Son múltiples las utilidades que los resultados de la medición de dureza en los materiales nos pueden proporcionar. Citamos a continuación los usos habituales de la medición de la dureza:

– Analizar la homogeneidad de un material.

– Comprobar la homogeneidad de un tratamiento.

– Búsqueda de fallos en soldaduras y ensambles.

– Obtener la resistencia al desgaste.

– Evaluar aproximadamente la resistencia a tracción

La dureza no es exactamente una propiedad del material, sino que depende de otras propiedades como la elasticidad, la plasticidad y la cohesión. De hecho, utilizamos el término dureza para definir conceptos tan distintos como los siguientes:

- Dureza al rayado

- Dureza a la penetración

- Dureza al impacto o capacidad de rebote

- Dureza al desgaste

Todos estos conceptos se pueden determinar mediante ensayos en función a unos baremos o unidades de medida establecidos. Muchos de estos ensayos pueden realizarse in situ y en general son poco destructivos o requieren de muestras de reducidas dimensiones, lo que siempre supone una ventaja. Los ensayos se dividen en dos grandes grupos.

  • Ensayos dinámicos: En los que se hace impactar algo sobre el material a ensayar.

  • Ensayos estáticos: En los que se aplica una carga continua sobre el material.

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1-. Medición de dureza al rayado

DUREZA MOHS: Su uso es habitual para determinar la dureza de minerales y rocas. Se determina si un cuerpo es rayado o no por otro más duro según las siguiente escala: 1-Talco 2-Yeso 3-Calcita 4-Fluorita 5-Apatita 6-Feldespato 7-Cuarzo 8-Topacio 9-Corindón y 10-Diamante, correspondiendo el valor 1 al talco como más blando y el 10 al diamante como más duro.

Normativa de referencia:

UNE-EN 15771:2011 Esmaltes vítreos y de porcelana. Determinación de la dureza al rayado de la superficie según la escala de Mohs

Para ensayos sobre esmaltes vítreos y de porcelana se utiliza el método de ensayo según la norma UNE-EN 15771:2011.

DUREZA A LA LIMA: Consiste en aplicar una lima metálica sobre el material. Es un procedimiento simple y tiene muy poca exactitud. Se suele utilizar para materiales templados. Puede considerarse que si la lima raya el material su dureza será superior 60 Rockwell C, y si no lo raya será inferior a 60 Rockwell C (Método que desarrollaremos más adelante) No hay norma específica para este ensayo, pero puede consultarse la norma UNE-EN ISO 6508-1:2007 correspondiente al método Rockwell.

DUREZA MARTENS: Se aplica sobre superficies nitruradas (La nitruración es un tratamiento termoquímico que se le da al acero y cuyo resultado es un incremento de la dureza superficial, la resistencia a la corrosión y a la fatiga) Consiste en medir la anchura “a” de la huella que produce en un material una punta de diamante de forma piramidal y de 90º en el vértice, aplicado con una carga determinada constante. Una vez medida la anchura de la huella “a” calculamos la dureza Martens según la fórmula: ∆m = 104/a2; donde “a es la anchura de la huella. Puede consultarse la norma UNE-EN ISO 14577-2005.

DUREZA TURNER: Es una variante de la dureza Martens. La dureza viene dada en función de la carga necesaria “P” para conseguir una deformación tal que a = 10 micras. El valor de la carga será el valor de la dureza Turner.

2.- Medición de la dureza a la penetración:

Dureza HERTZIANA: El ensayo mide la carga necesaria para dejar huella. Se realiza aplicando la carga sobre una bolas de 1,5 a 4 mm de acero con tratamiento de dureza (contacto hertziano) Se utiliza en determinadas fundiciones. También para provocar pequeños defectos por contacto hertziano antes de realizar otros ensayos, simulando de este modo el futuro comportamiento de una pieza.

Dureza BRINELL (HBS y HBW): Es uno de los más empleados, pero no puede utilizarse en aceros templados. Este método consiste en presionar una bola de acero duro o carburo de tungsteno de un diámetro conocido (denominada penetrador) sobre el material a ensayar por medio de una carga y durante un tiempo también conocido.

El valor de dureza HB viene dado por: HB= P/S (Carga /superficie de la huella) Kg/mm2, si bien el número de Brinell se suele tomar directamente de una tabla de referencia con el valor del diámetro de la impronta.

Los valores normales para este ensayo son:

- Diámetro de la bola: 10 mm.

- Valor de la carga: 3.000 Kp.

- Duración de la carga: 15 segundos.

El resultado puede expresarse con el siguiente esquema: 130 HBS 10/3000/15. Donde se indica que 130 es el valor de la dureza Brinell obtenida de la superficie de la huella, 10 el diámetro de la bola en mm (D), 3.000 el valor de la carga P, y el último valor, 15, corresponde al tiempo de presión (entre 10-30 segundos para aceros)

Se obtienen buenos resultados en materiales de bastante grueso: Superiores a 6 mm. Para espesores inferiores se suele disminuir el diámetro de la bola y el valor de la carga, de modo que el diámetro de la huella (d) quede comprendido entre los siguientes valores:

0,24D < d < 0,6D

No es recomendable en piezas cilíndricas o esféricas, ni cuando se obtenga una huella poco visible. La distancia entre el borde de la probeta y el centro de la huella no debe ser menor que el valor 2,5d.

Se puede obtener un valor aproximado del contenido de carbono en los aceros mediante la siguiente expresión, si bien es bastante inexacto:

C(%) = (HBS – 80) /141

Normas de referencia para la dureza Brinell:

UNE-EN ISO 6506-1:2006 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Brinell. Parte 1: Método de ensayo (ISO 6506-1:2005)

UNE-EN ISO 6506-4:2007 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Brinell. Parte 4: Tabla de valores de dureza. (ISO 6506-4:2005)

UNE-EN 1534:2011 Suelos de madera. Determinación de la resistencia a la huella (Brinell). Método de ensayo

UNE 102039:1985 Yesos y escayolas de construcción. Determinación de la dureza Shore C, y de la dureza Brinell

Dureza MONOTRON: Variante de la dureza Brinell, denominada así por el nombre de la máquina que realiza el ensayo. Esta incorpora un sistema que mide la deformación causada en el material sin necesidad de realizar una medición posterior, proporcionando el mismo valor que la dureza BRINELL.

Dureza MEYER (HBW): Otra variación de la dureza Brinell en la que “S” es la superficie proyectada de la huella.

Dureza ROCKWELL (HRx): Se determina la dureza en función de la profundidad de la huella, a diferencia de la dureza Brinell, donde se relacionaba con la superficie. Permite medir durezas en materiales blandos y duros, como los aceros templados. Cuenta con distintas escalas de medición (A, B,, C, D, E, F, G, H, K, N, y T)

 Medición de la dureza en materiales

Durómetro Rockwell (Zwick Ibérica)

En materiales blandos, la identación se obtiene mediante esfera de acero de diámetro = 1,5875 mm o 3,175 mm

En materiales duros se obtiene mediante un cono de diamante de a 120º.

Las cargas se aplican en dos tiempos; primero se aplica la carga de ensayo preliminar y posteriormente la carga de ensayo adicional. Con estos valores y la profundidad de la huella se determina la dureza Rockwell.

En las escalas A, C y D el valor de la dureza Rockwell se representa mediante el valor numérico de la dureza seguido de HR y la escala de medida. Por ejemplo 45 HRA. En las escalas B, E, F, G, H y K, hay que añadir al final la letra S si la esfera es acero o W si es de carburo (eje. 65HRBS). A la escala N se le añade el valor de la carga (eje. 75HR25N) y en la escala T también se indica la naturaleza de la esfera (eje. 35HR35TS)

Normas de referencia:

UNE-EN ISO 6508-1:2007 ERRATUM:2011 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Rockwell. Parte 1: Método de ensayo (escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T). (ISO 6508-1:2005).

UNE-EN ISO 6508-1:2007 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Rockwell. Parte 1: Método de ensayo (escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T). (ISO 6508-1:2005)

UNE-EN ISO 3738-1:2011 Metales duros. Ensayo de dureza Rockwell (escala A). Parte 1: Método de ensayo. (ISO 3738-1:1982)

UNE-EN ISO 2039-2:2000 Plásticos. Determinación de la dureza. Parte 2: Dureza Rockwell. (ISO 2039-2:1987)

Dureza VICKERS (HV): El método Vickers se deriva directamente del método Brinell (grado de penetración de una pieza) Es muy usual y en particular se usa para piezas delgadas (hasta 0,2 mm), templadas, o de reducidas dimensiones. La diferencia estriba en que las cargas son menores y los penetradores más pequeños. Se obtiene un valor correspondiente a la superficie de la huella (identación) que se suele realizar con una punta piramidal de diamante de base cuadrangular y ángulo en el vértice entre caras de 136°. La dureza Vickers viene dada por: HV = P/S[Kg/mm2]donde S es la superficie de la impronta y P la carga aplicada.

 ZHV30 Medición de la dureza en materiales

Durómetro Vickers (Zwick Ibérica)

Las cargas aplicadas son más pequeñas que en el ensayo Brinell (entre 1 y 120 Kp), siendo la más utilizada la de 30 Kp. El tiempo de aplicación oscila entre 10 y 30 segundos, siendo 15 segundos el más empleado. Es un ensayo recomendable para durezas superiores a 500 HB. Se puede utilizar en materiales duros y blandos.

Obtendremos un valor similar a la dureza Brinell hasta valor de 300; a partir de aquí la dureza Vickers es superior a la Brinell.

Algunas normas de referencia:

UNE-EN ISO 6507-1:2006 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Vickers. Parte 1: Método de ensayo (ISO 6507-1:2005)

UNE-EN 23878:2001 Metal duro. Ensayo de dureza Vickers. (ISO 3878:1983)

UNE-EN ISO 4516:2002 Recubrimientos metálicos y otros recubrimientos no orgánicos. Ensayos de microdureza Vickers y Knoop. (ISO 4516:2002)

UNE-EN ISO 14271:2012 Soldeo por resistencia. Ensayo de dureza Vickers en soldaduras por puntos por resistencia, por protuberancias y por costuras (carga reducida y microdureza). (ISO 14271:2011)

Dureza KNOOP (HK): Este método se reserva para láminas muy delgadas (menos de 2 mm), como en el caso de la geología (lámina delgada). También se usa en vidrios. Similar a la dureza Vickers, en este caso, el penetrador es una pirámide rómbica con relación entre diagonales de 1:7.

Algunas normas de referencia:

UNE 43721:1984 Ensayos de vidrio. Medida de la dureza Knoop

UNE-EN ISO 4545-1:2006 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Knoop. Parte 1: Método de ensayo (ISO 4545-1:2005)

UNE-EN ISO 4545-4:2006 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Knoop. Parte 4: Tablas de valores de dureza (ISO 4545-4:2005)

UNE-EN 14205:2004 Métodos de ensayo para piedra natural. Determinación de la dureza Knoop

UNE-EN ISO 4516:2002 Recubrimientos metálicos y otros recubrimientos no orgánicos. Ensayos de microdureza Vickers y Knoop. (ISO 4516:2002)

Dureza POLDI: Se trata de un ensayo dinámico a diferencia de los anteriores. La carga es aplicada con un golpe de martillo que ocasionará dos huellas: una en el material a ensayar y otra en una probeta de dureza conocida. El valor de dureza se obtiene de la comparación de la huellas, por lo que no tiene relación directa con la carga de impacto aplicada. Es un ensayo prácticamente en desuso.

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3-. Medición de la dureza elástica:

Dureza SHORE (HS): Mide la reacción elástica del material, cuando dejamos caer sobre él o intentamos penetrar un material más duro. Mientras más blando sea el material, mayor cantidad de la energía que lanzamos o presionamos se absorbe en el choque. El resto de energía se traduce en un rebote que es lo que medimos en este ensayo.

 Medición de la dureza en materiales

Durómetro shore (Zwick Ibérica)

El método de laboratorio se basa en dejar caer un percutor desde una altura de unos 250 mm por una guía escalada, midiéndose la altura del rebote. Debemos tener la seguridad de que la superficie a ensayar sea plana pues de lo contrario se desvirtúa el ensayo. Se considera un ensayo no destructivo.

El método in situ mide con qué profundidad un cuerpo penetra dentro de un material. A mayor dureza del material, menor la profundidad de penetración y mayor es la carga que tendremos que aplicar.

En ambos métodos existen distintas escalas de medida adaptadas a distintos tipo de material: A, B, C, D, E, 0, 00 ,000 y D0. Por ejemplo la D se emplea para plásticos duros y la C para medir la dureza shore del yeso o perlita fraguada sobre un paramento. Lo habitual es pedirle a un enlucido de yeso, perlita o escayola una dureza Shore media, tomada in situ, no menor de 45C, desechando aquellas zonas aisladas que no superen un valor de 30C.

Algunas de las normas de referencia:

UNE 102039:1985, Yesos y escayolas de construcción. Determinación de la dureza Shore C, y de la dureza Brinell.

UNE-ISO 7619-1:2011, Caucho vulcanizado o termoplástico. Determinación de la dureza de indentación. Parte 1: Método del durómetro (dureza Shore).

UNE-ISO 7619-1:2011 ERRATUM:2011, Caucho vulcanizado o termoplástico. Determinación de la dureza de indentación. Parte 1: Método del durómetro (dureza Shore).

UNE-EN ISO 868:2003, Plásticos y ebonita. Determinación de la dureza de indentación por medio de un durómetro (dureza Shore). (ISO 868:2003)

Método DINÁMICO para ensayo de la dureza al rebote (L): Basado en la medida de la velocidad de impulsión y rebote de un cuerpo impulsado mediante un resorte contra la superficie del material a ensayar. Puede relacionarse mediante curvas con la dureza Brinell y la dureza Rockwell.

Dureza por rebote ó DUROSCOPIO: Basado en la reacción elástica que se produce al dejar caer un penetrador con forma de casquete esférico sobre el material a ensayar. Se compara el ángulo inicial de 70º con el ángulo que produce el rebote. Los datos se obtienen mediante tablas.

4-. Medición mediante ultrasonidos:

Método UCI (Ultra Sonic Contac Impedance): Los métodos Vickers, Knoop o Brinell requieren la evaluación óptica posterior de la huella producida por el identador. El método UCI la huella no se evalúa ópticamente, sino a través de la medición electrónica del corrimiento de la frecuencia ultrasónica con la que se excita el identador. La identación profunda (material blando) producirá un mayor corrimiento en la frecuencia de oscilación del sistema, mientras que un material duro producirá un menor. La frecuencia de oscilación del identador es captada por piezoreceptores, a partir de la cual se calcula el valor de dureza Vickers en función del corrimiento en la frecuencia de oscilación.

5.- Medición de la dureza pendular:

Se basa en la resistencia que opone un material a que oscile un péndulo sobre él. Sirve para materiales con reacción elástica muy alta. Consiste en 2 péndulos, uno se apoya sobre un eje de cuarzo y el otro sobre el material a ensayar. Se dejan caer y empiezan a oscilar, al ser diferentes materiales hay diferentes durezas, por lo que hay una descompensación de oscilaciones. Cuando las oscilaciones coinciden de nuevo, se mide el tiempo que han tardado en coincidir, y ese tiempo se traduce a la dureza correspondiente. Existen distintos métodos como el de Persoz o el método Le Rolland.

Algunas normas de referencia:

UNE-EN 12600:2003. Vidrio para la edificación. Ensayo pendular. Método de ensayo al impacto y clasificación para vidrio plano.

UNE-EN 12600:2003 ERRATUM:2011. Vidrio para la edificación. Ensayo pendular. Método de ensayo al impacto y clasificación para vidrio plano.

6-. Medición de la dureza por método óptico:

Método óptico de medición de dureza: Mediante aparatos portátiles que incluyen un penetrador o identador Vickers y un sistema de cámara digital que permite ver a través del indentador (diamante) podemos establecer la dureza. Cuando la carga alcanza el valor máximo se obtiene la imagen de impresión que puede ser evaluada de forma manual o automática. Tiene la ventaja de que se permite realizar mediciones en cualquier dirección. Podemos obtener una gráfica de presión-dureza en tiempo real.

7-. Conversión de valores de dureza.

Para los distintos valores de dureza existen tablas o fórmulas de conversión.

conversión dureza rockwell medición de dureza en materiales conversión dureza rockwell2 medición de dureza en materiales

También existen varias tablas que relacionan, aproximadamente, los distintos tipos de dureza con la resistencia tracción de un material. Se muestra un ejemplo a continuación de la relación para metales no austeníticos:

Tabla conversión valores de dureza con la resistencia a tracción tabla1

Tabla conversión valores de dureza con la resistencia a tracción tabla1

Fotografías: Todas las fotografías de la maquinaria de ensayos contenidas en esta entrada han sido cedidas por Zwick Ibérica, Equipos de Ensayo, S.L.
Referencias bibliográficas (22)
 
 
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