Ensayos de Dureza en Materiales

Dureza

Se entiende por dureza la resistencia que ofrece un material a ser rayado o penetrado por una pieza de otro material diferente. No existe una medida absoluta de la dureza, por lo que es necesario siempre hacer referencia al método de medida utilizado (ensayos de dureza al rayado y a la penetración). Es una propiedad de gran importancia práctica, ya que está ligada al comportamiento de un material frente a la abrasión o desgaste y a la facilidad con que puede ser sometido a mecanizado.

Ensayos de Dureza al Rayado

Escala de Mohs

En este ensayo se compara el material que se pretende analizar con 10 minerales tomados como patrones, numerados del 1 al 10 en orden creciente de dureza, según la llamada Escala de Mohs:

1. Talco
2. Yeso
3. Calcita
4. Fluorita
5. Apatito
6. Feldespato
7. Cuarzo
8. Topacio
9. Corindón
10. Diamante

Un material es rayado por los que tienen un número superior y raya a los que poseen un número inferior.

Dureza Martens

Se emplea un cono de diamante con el que se raya la superficie del material cuya dureza se quiere medir. La dureza al rayado Martens es el inverso de la anchura de la raya obtenida cuando se aprieta con una fuerza determinada.

Ensayos de Dureza a la Penetración

Se mide la resistencia que ofrece un material a ser penetrado por una pieza de otro material diferente, llamada penetrador, el cual se empuja con una fuerza controlada y durante un tiempo fijo contra la superficie del material cuya dureza se quiere determinar. El valor de la dureza se obtiene dividiendo la fuerza aplicada al penetrador entre la superficie de la huella que este deja en el material.

Ensayo Brinell

El penetrador es una esfera de acero templado, de gran dureza, con un diámetro que oscila entre 1 y 10 mm durante 15 segundos. La dureza, según este ensayo, se calcula dividiendo el valor de la fuerza aplicada al penetrador entre la superficie de la huella que este produce en el material.

HB = F/S (kp/mm²)

Para medir el diámetro de la huella se utiliza una lupa microscópica. La prueba Brinell presenta los siguientes inconvenientes:

• No se pueden realizar sobre esferas o cilindros.
• Grandes errores en la medida del diámetro de la huella cuando la deformación es pequeña.
• Materiales de durezas no muy altas, que son inferiores a la del penetrador.

Ensayo Vickers

El penetrador es un diamante, tallado en forma de pirámide de base cuadrada con un ángulo de 136° entre dos caras opuestas. La dureza Vickers se calcula, de forma parecida a la Brinell, dividiendo la fuerza con la que se aprieta el penetrador entre el área de la huella que este deja en el material.

HV = F/S (kp/mm²)

La diagonal de la huella se mide con un microscopio. Las cargas que se aplican varían desde 1 a 120 kp, la general es de 30 kp. Ventajas:

• No es necesario sustituir el penetrador al variar la carga.
• Se puede utilizar en superficies curvas.
• El valor de la dureza es prácticamente independiente del valor de la carga.
• Se puede hacer sobre materiales muy duros.

Ensayo Rockwell

Es el ensayo más utilizado por su rapidez y el pequeño tamaño de las huellas, aunque es menos preciso. Para materiales blandos se utiliza un penetrador de forma esférica de 1.59 mm de diámetro (escala de dureza Rockwell B (HRB)). Para materiales duros se emplea un cono de diamante con un ángulo de 120° redondeado en su punta con un casquete esférico de radio igual a 0.2 mm (escala de dureza Rockwell C (HRC)). Pasos:

1. Precarga de 10 kp.
2. A continuación, se aplica al penetrador el resto de la carga (90 kp en HRB y 140 kp en HRC).
3. Transcurridos unos segundos, se reduce la carga hasta alcanzar el valor de la precarga. La huella ahora será mayor que en el primer paso. La máquina del ensayo Rockwell mide la diferencia e = h3 - h1 y, para expresar la dureza de tal manera que los materiales más duros tengan una dureza Rockwell mayor, se efectúa la siguiente operación: HRC = 100 - e o HRB = 130 - e