Ensayos de Dureza Estáticos

Método Brinell

Este método se basa en comprimir una esfera de acero duro (antiguamente de acero) sobre la pieza de estudio, generando una huella con dimensiones determinadas, lo que permite calcular el valor de la dureza cuantitativamente.

Si sobre una bola de diámetro “D” se aplica una carga “P”, se genera una huella en forma de casquete esférico de diámetro “d” en la superficie a ensayar.

Fórmula:

HBW = P/S (“P” es la carga aplicada sobre la bola)

S = π * D * f (“f” es la profundidad de la huella)

f = D/2 – √((D/2)² – (d/2)²) = D/2 – √((D²/4) – (d²/4)) = D/2 – √((D² – d²)/4) = D/2 – 1/2√(D² – d²) = 1/2(D – √(D² – d²))

S = π * D * (1/2) * (D – √(D² – d²))

Brinell aconsejó bolas de 10 mm de diámetro y cargas de 3000 kp. Actualmente se emplean cargas y diámetros de bolas menores, pero geométricamente semejantes, donde las cargas empleadas en el ensayo son proporcionales a los cuadrados de los diámetros de las bolas empleadas (K): P1/D1² = P2/D2² = K.

Particularidades en la ejecución del ensayo Brinell

  1. La superficie de ensayo debe estar perfectamente plana y uniforme, sin óxidos ni inclusiones, y libre de lubricante.
  2. El acabado superficial debe ser bueno para permitir la determinación exacta del diámetro de la huella.
  3. Se debe medir el diámetro de la huella en dos posiciones perpendiculares para calcular la media y obtener el valor real.
  4. El espesor de la pieza debe ser al menos ocho veces el valor de la profundidad del casquete esférico. No se debe realizar la impresión cerca del borde de la pieza.
  5. La distancia entre los centros de dos huellas próximas no debe ser inferior a 3 veces el diámetro medio de la huella.
  6. El método Brinell no proporciona resultados fiables cuando los valores de dureza superan los 450 kp/mm², y por encima de 650 los valores son inadmisibles debido a la deformación de la bola.
  7. El ensayo se debe realizar a temperatura ambiente.
  8. El diámetro de la bola debe ser lo mayor posible para ensayar una superficie amplia.
  9. El tiempo de aplicación de la fuerza máxima de ensayo sobre el indentador debe ser de entre 10 y 15 segundos.

Designación de la dureza Brinell

  1. Valor de la dureza Brinell: obtenido de la determinación del diámetro medio de la huella.
  2. Símbolo de dureza: HBW.
  3. Diámetro de la bola: expresado en mm.
  4. Valor de la fuerza de ensayo: expresado en kgf.
  5. Tiempo de aplicación de la carga.

Informe del ensayo

  • Referencia a la norma: ISO 6506.
  • Identificación de la probeta.
  • Temperatura del ensayo.
  • Resultado de la dureza.
  • Detalles o requisitos adicionales.

Método Vickers

Este método permite estudiar cualquier material sin precauciones por elevadas durezas. Se utiliza una pirámide cuadrangular de diamante con un ángulo entre caras de 136º, lo que permite:

  1. Mejor introducción del penetrador.
  2. Impresiones claras y poco profundas.
  3. Huellas geométricamente semejantes.
  4. Determinación de durezas que duplican las de Brinell.

Fórmula:

Dureza Vickers = HV = P/S (“P” es un dato conocido)

S = área de la cara de la pirámide * 4 caras = (1/2 * base * altura) * 4 = 2 * base * altura

Particularidades en la ejecución del ensayo Vickers

  1. Se debe realizar el ensayo sobre una superficie lisa.
  2. La rugosidad no debe ser excesiva.
  3. Se deben medir las dos diagonales de la huella y obtener la media aritmética.
  4. El espesor de la probeta debe ser superior a 1,5 veces el valor de la diagonal de la huella.
  5. La distancia entre el centro de la huella y el borde de la probeta debe ser 2,5 veces la longitud media de la diagonal de la huella (para acero, cobre y aleaciones de cobre).
  6. La distancia entre centros de huellas próximas debe ser de al menos 3 veces la media de la diagonal de la huella (para acero, cobre y aleaciones de cobre).
  7. En superficies curvas, se deben aplicar correctores.
  8. El ensayo se debe realizar a temperatura ambiente.
  9. El tiempo máximo para el ensayo de microdureza no debe superar los 10 segundos.
  10. El tiempo de aplicación de la fuerza debe estar comprendido entre 10 y 15 segundos.

Designación de la dureza Vickers

  1. Valor de la dureza Vickers: obtenido de la longitud media de la diagonal de la huella.
  2. Símbolo de dureza: HV (según UNE-EN ISO 6507-1).
  3. Valor de la fuerza de ensayo: expresado en kgf.
  4. Tiempo de aplicación de la carga: 10 a 15 segundos.

Informe de ensayo

  • Referencia a la norma: ISO 6507.
  • Identificación de la probeta.
  • Temperatura del ensayo.
  • Resultado de la dureza.
  • Detalles o requisitos adicionales.

Método Rockwell

En este método, el tiempo no es un factor limitante. Rockwell desarrolló un sistema que proporciona directamente el valor de la dureza sin medir la huella. La norma de este método es UNE-EN ISO 6508-1. Se distingue entre dureza Rockwell y dureza Rockwell superficial, que se diferencian en las escalas y el campo de aplicación. Se utilizan diferentes penetradores: un cono de diamante para materiales duros y una esfera para materiales blandos.

Fases del ensayo

  1. Se aplica una precarga al penetrador.
  2. Se aplica una carga adicional que introduce el penetrador a una profundidad h1.
  3. Se retira la carga adicional, manteniendo la precarga, y el penetrador retrocede a una profundidad h3.

Particularidades en la ejecución del ensayo Rockwell

  1. La superficie debe ser plana y uniforme.
  2. En superficies esféricas o cilíndricas, se deben aplicar correcciones.
  3. Se debe ajustar el penetrador en el durómetro.
  4. La duración de la precarga (“Fo”) no debe superar los 3 segundos.
  5. El espesor de la probeta debe ser al menos 10 veces la profundidad de la huella permanente (penetrador cónico) o 15 veces (penetrador esférico).
  6. La distancia entre centros de huellas próximas debe ser de al menos 4 veces el diámetro de la huella y mayor de 2 mm.
  7. La distancia entre el centro de la huella y el borde de la pieza debe ser de 2,5 veces el diámetro de la huella.
  8. La temperatura de ensayo debe ser ambiente.

Designación de la dureza Rockwell

  1. Valor de la dureza Rockwell: obtenido de la lectura del durómetro.
  2. Símbolo de dureza: HR.
  3. Símbolo de la escala Rockwell.
  4. Tipo de bola empleada.

Informe del ensayo

  • Referencia a la norma: ISO 6508.
  • Identificación de la probeta.
  • Temperatura del ensayo (si está fuera del intervalo de 10 a 35 °C).
  • Resultado de la dureza.
  • Detalles o requisitos adicionales.