Prueba de dureza Es un método que se utiliza para comprobar la resistencia de un material a la deformación. La prueba de dureza Knoop utiliza un penetrador que penetra aproximadamente la mitad de la profundidad de la prueba de dureza Vickers, lo que la hace adecuada para materiales frágiles como cerámica, placas delgadas y recubrimientos.
Contenido
¿Qué es la prueba de dureza Knoop?
La prueba de dureza Knoop, también llamada prueba de microdureza, es una técnica de microindentación utilizada para medir la dureza de los materialesEste proceso se realiza presionando un pequeño penetrador de diamante extendido sobre la superficie de una muestra con una carga ligera. La técnica fue desarrollada en 1939 por Frederick Knoop y su equipo en la Oficina Nacional de Normas, de ahí su nombre. Se utiliza en lugar de otros métodos porque permite manipular materiales muy pequeños sin causar daños graves.
El principio de funcionamiento
El principio de la prueba de dureza Knoop es directo y preciso. El penetrador se presiona contra el material mediante una carga controlada. Esto forma una huella que se mide para calcular la dureza del material.
¿Qué es el indentador Knoop?
El penetrador Knoop tiene forma de diamante piramidal con las siguientes características:
- Las diagonales largas y cortas tienen una relación de diferencia de longitud de 7 a 1.
- Hay un ángulo de 130° entre los lados cortos y 172.5° entre los lados largos.
Esta forma alargada es lo que lo hace perfecto para medir características pequeñas y recubrimientos delgados, porque reduce la profundidad de penetración mientras hace un buen uso de la longitud de la impresión.
Relación entre la sangría y la dureza
Tras la prueba, se utiliza un microscopio para medir la longitud de la diagonal de la huella. El índice de dureza Knoop (KHN) se calcula mediante una fórmula específica, donde la dureza es inversamente proporcional al área de la huella. Verá un ejemplo a medida que avancemos.
Procedimiento de prueba de dureza Knoop
Este procedimiento comienza con la preparación de la muestra, la elección de las herramientas adecuadas y luego continúa con la sangría, la medición y el cálculo.
Prepare su muestra
Limpie adecuadamente su muestra, asegúrese de que esté lisa y colóquela de manera que no se mueva durante la prueba para evitar cometer errores en sus mediciones.
Seleccione el equipo necesario
El equipo que necesitará para este procedimiento es: una máquina de prueba de microdureza, un penetrador Knoop escalado, un microscopio y un sistema que le permita controlar la carga aplicada para evitar resultados inexactos.
Iniciar el proceso de sangría
La carga aplicada durante la sangría normalmente pesa entre 10 y 1,000 gramos-fuerza (gf), dependiendo del material y del espesor de la muestra.
Después, utilice el indentador Knoop para cargar la muestra durante aproximadamente 10 a 15 segundos con la carga seleccionada. Transcurrido el tiempo de permanencia, suelte la carga y observe la hendidura con el microscopio de precisión.
Tome medidas y calcule la dureza
Mientras observa la hendidura con el microscopio, mida la diagonal larga y anote el valor correcto en milímetros. Introduzca estos valores en la fórmula de Knoop y calcule la dureza del material.
Aplicaciones de la prueba de dureza Knoop
La prueba de Knoop se utiliza principalmente para medir lo siguiente:
Recubrimientos delgados: se utiliza para probar superficies delgadas como capas de óxido y recubrimientos metálicos, como galvanizado, cromado.
Materiales frágiles: adecuados para cerámica, vidrio, carburos y minerales duros donde los penetradores tradicionales pueden causar grietas.
Piezas micrométricas: La prueba de dureza Knoop se distingue por su especialización en el manejo de materiales de tamaño muy pequeño. Por ello, es aplicable en campos como la ingeniería biomédica, la fabricación de semiconductores y el desarrollo de instrumentos de alta precisión.
Ventajas y limitaciones
Ventajas
- Provoca un daño mínimo a la muestra analizada en comparación con otros métodos.
- Es ideal para medir películas y recubrimientos de capa fina utilizados en sustratos sin necesariamente perforar el sustrato.
- Las mediciones se pueden realizar repetidamente sin problemas, siempre que se sigan todos los procedimientos correctamente.
Limitaciones
- El proceso depende de la naturaleza de la superficie, lo que significa que la superficie de la muestra debe ser lisa y pulida para obtener lecturas precisas.
- Este método requiere más tiempo para realizarse, a diferencia de las pruebas de macrodureza.
- La sangría se mide utilizando solo la longitud de la diagonal larga, esto podría impedir obtener una lectura correcta al probar materiales anisotrópicos como la madera.
- Aunque es ideal para materiales delicados, este método no se puede utilizar para probar muestras blandas como el caucho.
Diferencia entre las pruebas de dureza Knoop y Vickers
A continuación se muestra una comparación detallada de knoop y pruebas de dureza Vickers.
| Característica | Botón | Vickers |
|---|---|---|
| Forma del penetrador | Una pirámide alargada en forma de diamante. | Una forma de diamante bien proporcionada. |
| Profundidad de sangría | Una penetración superficial (aproximadamente la mitad de la Vickers) | Una penetración más profunda |
| Materiales que se utilizan mejor en | Piezas pequeñas, capas delgadas y materiales frágiles | Materiales voluminosos con forma y tamaño uniformes en todas partes |
| Medidas tomadas | Utiliza solo la diagonal larga | Utiliza diagonales largas y cortas |
Preguntas Frecuentes
1. ¿Importa el espesor de la muestra?
Sí, según la norma ASTM, el espesor de la muestra debe ser al menos diez veces la profundidad de la indentación, mientras que la norma ISO indica que debe ser un tercio de la longitud diagonal medida. Si no se cumple esta condición, las lecturas serán erróneas.
2. ¿El uso del método Knoop depende de la longitud diagonal?
Sí, si la longitud de la diagonal mayor es inferior a 20 micrómetros (20 μm), no se puede realizar la prueba de dureza Knoop. Las lecturas y los cálculos serán inexactos.
3. ¿Existe un rango de carga para la prueba de dureza Knoop?
Sí, este método tiene un rango de carga. Las normas ASTM e ISO indican que oscila entre 1 gramo-fuerza (1 gf) y 2 kilogramos-fuerza (2 kgf). Esto significa que solo se utiliza para probar cargas bajas.