ANÁLISIS DE MODELOS MATEMÁTICOS USADOS PARA LA DETERMINACIÓN DEL ESPESOR DE RECUBRIMIENTOS A PARTIR DE MEDIDAS DE DUREZA

MARIO ROBERTO ROSENBERGER; MANZUR, JORGE; LUBACZEWZKI, ITATÍ; SCHVEZOV, C. E.

Posadas

Jornada; VIII Jornadas Científico Tecnológicas de la Facultad de Ciencias Exactas, Químicas y Naturales de la Universidad Nacional de Misiones,; 2011

SECIP - UNAM

Los materiales compuestos son aquellos fabricados por la combinación de dos o más de tal forma de combinar sus propiedades de la manera más apropiada a las aplicaciones. Uno de los materiales compuestos más simples son los materiales con recubrimiento. Casos típicos son los aceros de herramientas de corte que se recubren de algún carburo metálico que le da bajo coeficiente de fricción y alta resistencia al desgaste, otro caso es el de los recubrimientos hemocompatibles que recubren aleaciones de acero inoxidable o aleaciones de titanio. En estos materiales es importante conocer el espesor del recubrimiento. Una de las técnicas más simples para su determinación es una medida indirecta que se basa en un ensayo de dureza por indentación. Los ensayos de dureza se realizan con equipos convencionales y miden la dureza imprimiendo una impronta en la cara recubierta. La profundidad de esta impronta puede ser menor, igual o mayor que el espesor del recubrimiento. Esta profundidad puede regularse con la carga empelada para presionar el material compuesto. El resultado de la dureza será una combinación de la dureza del material del recubrimiento y del material del sustrato. Si la profundidad es mucho menor que el espesor, predominará el valor de la dureza del recubrimiento, si es mucho mayor predominará la dureza del sustrato y si es intermedia la dureza tomará un valor intermedio. Existen diferentes modelos matemáticos utilizados para determinar la dureza combinada en función del espesor del recubrimiento, y las propiedades mecánicas básicas de los materiales del recubrimiento, del sustrato y del indentador. En este trabajo se comparan tres modelos los cuales utilizan como parámetros la dureza y el modulo elástico del sustrato y recubrimiento y la geometría del indentador formulados en diferentes combinaciones. Se estudia el intervalo de validez de tales modelos y la estabilidad de las ecuaciones matemáticas para ser resueltas por métodos numéricos. Los modelos comparados son: el modelo de Jönsson y Hogmark (JH), el modelo de Burnett  y Rickerby (BR) y el modelo de Chicot y Lesage (CL). El modelo JH considera únicamente las durezas individuales de los materiales constituyentes y la dureza combinada es una función polinómica del espesor. El modelo BR considera una zona de deformación plástica hemisférica y la dureza combinada es función lineal del espesor. El modelo CL considera una ley de mezclas para la zona de deformación plástica debajo del indentador y la dureza combinada es función lineal del espesor del recubrimiento. El modelo JH al ser parabólico presenta dos valores para las medidas de espesor, y según la relación entre los valores de dureza individuales del recubrimiento y del sustrato ambos valores serán físicamente consistentes. Este problema no ocurre con los modelos BR y CL. Por otro lado, los tres modelos considerados tienen un valor de tamaño de impronta mínima y, por lo tanto, de carga de ensayo mínima la cual no debe superarse pues los modelos subestimarían el espesor. Este valor crítico puede calcularse en función de las propiedades de los materiales individuales y determina el valor de carga mínima a utilizar en los ensayos. El valor de carga máxima no está limitado por los modelos.