Métodos de Ensayo de Dureza: Estáticos, Dinámicos y Microdureza

Ensayo de Dureza con Lima

Podemos encontrar piezas que debemos mecanizar y de las que no sabemos su dureza. Para ello, se intenta incidir sobre el material mediante una lima de picado fino. Puede pasar que **arranque viruta** o que la **lima patine**.

Ensayos de Dureza Estáticos

Existen varios métodos dentro de los ensayos estáticos:

Método Brinell

Consiste en comprimir una **esfera de acero** sobre la pieza a estudiar. Esto genera una huella, y con esa huella se calcula la dureza mediante la fórmula:

$$H = P/S \text{ (Kp/mm}^2\text{)}$$

Las cargas usadas en el ensayo tienen que ser proporcionales a los cuadrados de los diámetros de las bolas. Esto se traduce en una constante $K$ que depende del tipo de material:

$$P = KD^2$$

Particularidades del Ensayo Brinell

• La superficie debe ser **plana y uniforme**.
• El acabado superficial debe ser bueno para medir exactamente el diámetro de la huella.
• Se medirá la huella en **dos posiciones perpendiculares**.
• El espesor de la pieza debe ser igual a 8 veces la profundidad del casquete.
• La distancia mínima entre dos huellas debe ser 3 veces el diámetro medio de la huella.
• Los resultados no son fiables al superar los **450 Kp**.
• Se realiza a temperatura ambiente.
• El diámetro de la bola debe ser lo mayor posible.
• Tiempo de incremento de peso (entre 2 y 8 segundos); mantener el peso máximo (entre 10 y 15 segundos).

Designación de la Dureza Brinell

Se indica el valor de la dureza, el símbolo de dureza, el diámetro de la bola, el valor de la fuerza y el tiempo de aplicación de la carga.

Informe de Ensayo Brinell

• Referencia a la norma que rige el ensayo.
• Identificación de la probeta.
• Temperatura a la que se hizo el ensayo (cuando esté fuera de los parámetros estándar).
• Resultado de la dureza.
• Detalles que pudieran afectar a la prueba.

Método Vickers

Utiliza un penetrador con **pirámide cuadrangular** cuyo ángulo entre caras es de 136º. Ofrece una mejor introducción del penetrador gracias al material en el que está realizado, generando impresiones claras y poco profundas. Las huellas son geométricamente semejantes. Permite determinar durezas de hasta **1000 Kp/mm²**.

Particularidades del Ensayo Vickers

• Ensayos sobre superficie lisa (la rugosidad no debe ser excesiva).
• Se miden las dos diagonales de la huella y se calcula la **media aritmética**.
• Espesor de la probeta = 1.5 * valor de la diagonal.
• Distancia entre centro y borde = 2.5 * longitud media de la diagonal (en materiales ligeros será de 3 veces).
• Distancia entre centros = 3 * media de la diagonal de la huella.
• Temperatura ambiente (entre 10 °C y 35 °C).
• Tiempo de aplicación:
  1. Penetrador en contacto y aplicación progresiva de la carga (entre 2 y 8 segundos).
  2. Tiempo de aplicación de la fuerza (entre 10 y 15 segundos).
  3. Microdureza: no superará los 10 segundos.

Designación e Informe de Ensayo Vickers

La designación de la dureza y el informe de ensayo son iguales que en el método Brinell.

Método Rockwell

Se usa principalmente en **materiales muy duros**. Se utiliza un **cono de diamante de 120º** y punta redonda. Para materiales blandos se usa una esfera como penetrador.

Fases del Ensayo Rockwell

1. El penetrador toca la pieza y se aplica la precarga, generando una huella $h_0$.
2. Se aplica otra carga que hace descender el penetrador $h_1$.
3. Retiramos cargas y, por la elasticidad, la pieza retrocede hasta $h_3$.

La dureza se calcula mediante la diferencia de profundidades:

$$H = h_3 - h_0$$

Particularidades del Ensayo Rockwell

• Superficie plana y uniforme.
• Para realizarlo en superficies esféricas se tendrán en cuenta unas correcciones.
• Para empezar el ensayo se ajustará el penetrador en el durómetro.
• Aplicación de fuerza preliminar: 3 segundos.
• Tiempo en la aplicación de la carga: entre 1 y 8 segundos. Permanecerá 4 segundos.
• Espesor de la probeta = 10 * profundidad de la huella.
• Distancia entre centros = 4 * diámetro de la huella y mayor de 2 mm.
• Desde el centro al borde = 2.5 * diámetro de la huella.

Designación e Informe de Ensayo Rockwell

La designación de la dureza y el informe de ensayo son iguales que en el método Brinell.

Conversión de los Valores de Dureza

El ensayo nos da la medida de la **resistencia** que opone un cuerpo a dejarse penetrar y sus propiedades mecánicas. Se puede determinar la **resistencia a la tracción** a través de los resultados de dureza.

Ensayos de Dureza Dinámicos

Los ensayos dinámicos tienen más errores que los estáticos, pero son **rápidos en la ejecución**, destacan por la sencillez de los instrumentos y su **portabilidad**.

Método por Choque (Dureza Poldi)

El esfuerzo sobre la bola actúa **de golpe**. Se transmite el esfuerzo a un **yunque** que lo transmite al patrón, y este a la pieza, creando dos huellas: una en el patrón y otra en la pieza.

Método de Retroceso (Dureza Shore)

Se fundamenta en la **energía elástica** que absorbe el material. Se lanza desde una altura un **martillo con punta de diamante redondeada** que deformará la pieza. El resto de la energía hará que rebote. La **altura del rebote** determina la dureza.

Ensayo Knoop (Microdureza)

Se utiliza para medir **durezas superficiales**. Es similar al método Vickers. El penetrador es una **pirámide de diamante**. Las cargas empleadas son pequeñas y se denominan **microdurezas** (las que no superan los 200 g).

La fórmula para calcular la dureza Knoop es:

$$H = F / (0.07028 \cdot L^2)$$