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Ensayo de Dureza

Consiste en la aplicación de una carga en la superficie de un

material empleando un penetrador estandarizado

produciendo una marca superficial o impresión.

Métodos:

D. Rayado

D. Penetración

D. Rebote

Unidad II

I.- DUREZA AL RAYADO

Este tipo de ensayo es poco utilizado en los metales. Mayor

aplicación en el campo de la mineralogía. (Dureza Mohs)

Ensayo de Dureza Unidad II

II.- DUREZA POR PENETRACIÓN

Ensayo de Dureza Unidad II

DUREZA POR PENETRACIÓN

Método Brinell

Método Rockwell

Método Vickers

Ensayo de Dureza Unidad II

P: Fuerza aplicada en kg

S: Área del casquete

semiesférico en mm2

HB: Número de dureza

Brinell

Propuesto por James A. Brinell

en 1900. Fue el primer ensayo

de penetración estandarizado y

reconocido industrialmente.

1 - DUREZA BRINELL ASTM E10 Unidad II

𝐻𝐵 = 0,102 ∙2𝑃

𝜋 ∙ 𝐷 ∙ (𝐷2 − 𝑑𝑚2)

D: diámetro de la esfera (Acero (HBS:

Hardness Brinell Steel) y Carburo de

Tungsteno (HBW: Hardness Brinell W)

d: Media aritmética de los diámetros (d1

y d2) de la huella

P: carga aplicada

0,102: Factor de conversión para carga

en (N) según el S.I., debido a que

inicialmente el ensayo fue propuesto en

kgf.

1 - DUREZA BRINELL ASTM E10

Unidad II

1 - DUREZA BRINELL ASTM E10

Unidad II

1 - DUREZA BRINELL ASTM E10

Unidad II

1 - DUREZA BRINELL: Evolución Tecnológica

Unidad II

Respecto a las cargas, tienen que ser proporcionales al

cuadrado del diámetro, para que las huellas obtenidas sean

semejantes, y los resultados, comparables.

Es decir que P = K x D2

Constante Materiales Ejemplos

30 Materiales ferrosos y no

ferrosos resistentes

Aceros, hierro fundido. Aleaciones de:

Ni,Co, Ti

15 Solamente para cargas de

3000 kgf

Titanio y aleaciones. Aleaciones leves.

10 Materiales ferrosos dúctiles y

no ferrosos

Hierros fundidos, aleaciones de: Al, Cu,

latones, bronces, aleaciones de Mg. Zn.

5 Metales no ferrosos blandos Metales puros: Al, Mg, Cu, Zn.

2,5 Metales blandos Aleaciones de: Sn, Pb, Sb, Be, Li.

1,25 Metales muy blandos Metales puros: Be, Li.

1 Metales extra blandos Metales puros: Sn, Pb, Sb.

1 - DUREZA BRINELL ASTM E10

Unidad II

Cargas recomendadas para diferentes esferas y constantes.

Diámetro de Billas y Cargas Empleadas en el Ensayo Brinell

Espesor

Diámetro

Constantes de Ensayo K

30 10 5 2,5 1,25

Cargas en kg

30𝐷2 10𝐷2 5𝐷2 2,5𝐷2 1,25𝐷2

> 6 mm 10 3000 1000 500 250 125

6 a 3 mm 5 750 250 125 62,5 31,2

< 3 mm 2,5 187,5 62,5 31,2 15,6 7,8

1,25 46,9 15,6 7,81 3,91 1,99

0,625 11,7 3,91 1,953 0,977 0,488

1 - DUREZA BRINELL ASTM E10

Unidad II

Pro

f. D

r. C

. N

un

ura

Lectura y Designación

Acero de herramientas templado..........500

Acero duro (0,8% de Carbono)..............210

Acero dulce (0,1% de Carbono).............110

Bronce.....................................................100

Latón..........................................................50

Aluminio.............................................25 a 30

1 - DUREZA BRINELL ASTM E10

Unidad II

Ensayo de Dureza

Elección del material de la

esfera. De acero (para

materiales con dureza < 350

HB). De WC (para materiales

con dureza < 650 HB).

Elección de la carga

(Depende del material y de

la constante K)

Definición de la carga

aplicada (P = K x D2)

Validez del resultado:

(Diámetro de impresión:

0.24xD a 0.6xD)

1 - DUREZA BRINELL

Unidad II

Ensayo de Dureza

Un ensayo no debe ser

realizado en superficies

cilíndricas con radio de

curvatura menor que 5 veces

el radio de la esfera.

Bases prismáticas para ensayos en probetas

cilíndricas.

DUREZA BRINELL ASTM E10

Unidad II

Dureza Brinell – ASTM E10

En los aceros de % C < 0,8; la relación entre dureza y resistencia

aproximada es:

Billa de acero (S) < 450 HB (prácticamente ya no se usa).

Billa de carburo de tungsteno (W) hasta 650 HB.

2 - DUREZA ROCKWELL ASTM E18

Ensayo de Dureza

Se calcula la dureza en base a la profundidad de

penetración y la carga total no se aplica en forma continua.

Hay una carga inicial y otra adicional (varia según las

condiciones de ensayo).

Unidad II

DUREZA ROCKWELL ASTM E18

Los penetradores pueden

ser esferas de acero (billas

de Brinell) o diamantes

aplicadas con diferentes

cargas según el material y

su espesor.

Se basa también en la

resistencia que oponen los

materiales a ser

penetrados, en función de

la profundidad de la huella.

Unidad II

Dureza Rockwell ASTM E18

• La máquina Rockwell salió al mercado en 1924, llenando el vacío dejado

por Brinell (hasta 650 HB).

• La dureza se determina en función de la profundidad a la que penetra el

indentador.

• En el ensayo Rockwell actúan dos tipos de cargas:

– Primero se aplica una precarga de 10 kg.

– Luego, además de aquella, actúa otra carga mayor.

• La escala B (HRB) en metales blandos y semiduros.

• La escala C (HRC) en metales más duros.

2 - DUREZA ROCKWELL ASTM E18 Unidad II

ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (ASTM E18:2007)

Escala

Desig.

Rango

de

Escala

Tipo y tamaño

del penetrador

Carga

menor

Carga

mayor

Escala del

comparador

kg kg

Color

Ubicación Aplicaciones

A 20 -88 Cono de

diamante 10 60 rojo fuera

Aceros nitrurados, flejes estirados en frío,

hojas de afeitar. Carburos metálicos.

Tratamientos superficiales.

B 20 – 100 Bola de

1/16” 10 100 negro dentro

Aceros al Carbono sin temple, hierros

fundidos y algunas aleaciones no

ferrosas.

C 20 – 70 Cono de

diamante 10 150 rojo fuera

Aceros duros y herramientas. Dureza

superior a 100 HRB o 20 HRC

D 40 – 77 Cono de

diamante 10 100 rojo fuera

Aceros cementados con reducida

espesura superficial.

E 70 - 100 Bola de

1/8” 10 100 negro dentro

Materiales blandos, como antifricción y

piezas fundidas. Aleaciones de Al - Mg

F 60 – 100 Bola de

1/16” 10 60 negro dentro

Bronce recocido, aluminio, algunas

aleaciones de Al

G 30 – 94 Bola de

1/16” 10 150 negro dentro

Bronce fosforoso, hierro fundido

maleable, aleaciones de Be

H 80 - 100 Bola de

1/8” 10 60 negro dentro

Metales blandos, con poca

homogeneidad, fundición de hierro.

2 - DUREZA ROCKWELL

Unidad II

ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (Continuación)

Escala

Desig.

Rango

de

Escala

Tipo y tamaño

del penetrador

Carga

menor

Carga

mayor

Escala del

comparador

kg kg Color Ubicación Aplicaciones

K 40 - 100 Bola de

1/8” 10 150 negro dentro Metales de baja dureza y plásticos.

L “ Bola de

1/4” 10 60

negro

dentro

Iguales a Rockwell K. Cauchos y

plásticos

M “ Bola de

1/4” 10 100

negro

dentro

Iguales a Rockwell K y L. Madera y

plásticos

P “ Bola de

1/4” 10 150

negro

dentro Iguales a Rockwell K, L y M

R “ Bola de

1/2” 10 60

negro

dentro

Iguales a Rockwell K y L. Metales

muy blandos, antimonio y plásticos.

S “ Bola de

1/2” 10 100

negro

dentro

Iguales a Rockwell K, L y M

V “ Bola de

1/2” 10 150

negro

dentro

Iguales a Rockwell K, L, M, P, R o S.

2 - DUREZA ROCKWELL

Unidad II

2 - DUREZA ROCKWELL ASTM E18

45 HR C

Valor de dureza

Ensayo Rockwell

Escala C:

Cono de diamante

Carga: 150 kg

Unidad II

DUREZA ROCKWELL – PROFUNDIDAD DE

PENETRACIÓN

Basado en el valor de dureza Rockwell (HR)

Tipo de Penetrador Diamante Profundidad de Penetración (mm)

Método de Ensayo Común h = (100 – HR) 0,002

Superficial h = (100 – HR) 0,001

Tipo de Penetrador Esférico Profundidad de Penetración (mm)

Método de Ensayo Común h = (130 – HR) 0,002

Superficial h = (100 – HR) 0,001

Para un acero al carbono templado con dureza igual a 65

HRC la profundidad de penetración es:

h = (100 – 65) 0,002 = 0,07 mm

Unidad II

2.- DUREZA ROCKWELL ASTM E18

• Entre el número de dureza Rockwell y la profundidad de

penetración “hF” existe la siguiente dependencia:

3 - DUREZA VICKERS ASTM E92

El penetrador es una

pirámide de diamante

de base cuadrada con

un ángulo de 136° entre

caras opuestas

Unidad II

Configuración del

Método BRINELL

(HB)

Configuración del

Método VICKERS

(HV)

Unidad II 3 - DUREZA VICKERS ASTM E92

3.- Dureza Vickers ASTM E92

2d

P1,854 HV

P: Carga aplicada en kg

d: diagonal promedio de la huella en

mm

Las cifras Vickers coinciden con las de Brinell hasta 250 HB,

pero a partir de esa cifra la dureza Vickers es siempre algo

superior a la Brinell

Unidad II

Ensayo de Dureza

Material Dureza Vickers

(HV)

Límite de

Proporcionalidad

(MPa)

Diamante 84 000 54 100

Alumina 20 000 11 300

Carburo de W 21 000 6 000

Acero al C 450 200

Aleaciones de Al

recocido 270 120

Aleaciones de Cu

recocido 220 80

Plomo 60 15

3 - DUREZA VICKERS

Unidad II

Microdureza Vickers ASTM E384

• Se puede utilizar el método de microdureza Vickers, que emplea un

indentador similar al del método convencional.

• En Vickers se puede realizar macro o microdureza, las que emplean

dos máquinas diferentes.

• Se emplea la misma formula.

Microdureza vickers ASTM 384 Unidad II

Microdureza knoop ASTM 384

Propuesto en 1939.

El penetrador es una

pirámide de diamante

alargada con ángulos de

172°30´ y 130° entre caras

opuestas. Se produce una

marca donde la diagonal

mayor y la menor presentan

una relación de 7:1.

El intervalo de carga es de

1gf a 1000gf.

Capas superficiales, láminas

finas, fases microscópicas,

ZAT en soldaduras, etc.

Unidad II

Microdureza Knoop ASTM E384

Pro

f. D

r. C

. N

un

ura

Unidad II

Microdureza Knoop Unidad II

Dureza elástica o dinámica

• Un aparato muy empleado fue el Escleroscopio Shore (HSh).

• Se deja caer desde una determinada altura un pequeño martillo, parte de la

energía de caída será absorbida en producir la huella, por lo que el martillo

retrocederá, elevándose hasta una altura menor que la inicial de partida.

• La altura de rebote se toma como medida de la dureza elástica, cuanto

mayor sea el rebote mayor dureza.

• En la actualidad, el valor de la dureza Shore se lee en el dial del aparato de

ensayo.

Dureza elástica o dinámica

• El Equotip es una solución versátil para la prueba de

dureza utilizando la técnica dinámica del rebote de Leeb.

• Mide las velocidades de impacto y de retroceso (HL).

• Convierte directamente a HV, HB, HRC, HRB, HRA, etc.

CORRELACIONES ENTRE MÉTODOS

DE DUREZA

Ensayo de Dureza Unidad II

CORRELACIONES ENTRE MÉTODOS

DE DUREZA

Ensayo de Dureza Unidad II

CORRELACIONES ENTRE MÉTODOS

DE DUREZA Y RESISTENCIA MECÁNICA

Ensayo de Dureza Unidad II

Valores de DUREZA

Precauciones para realizar el ensayo

• Superficie plana y perpendicular al eje de aplicación de la carga.

• Superficie lisa, limpia de óxidos, grasas, pintura, etc.

• La distancia del borde de la pieza al centro de la huella debe ser

mayor o igual a 2,5 d.

• La distancia entre los centros de dos huellas consecutivas deber ser

mayor o igual a 3,0 d.

• Una recomendación es que el espesor de la muestra sea por lo

menos 10 veces la profundidad de la impresión.

PROBLEMA

• Al realizar el ensayo de dureza Brinell de

una plancha de acero de 3 mm de

espesor, se obtuvo una dureza de 228

HB.

• Indique el diámetro del indentador y la

carga empleada