Medición de la dureza en materiales (2)

Veremos en este segundo artículo de nuestro monográfico sobre la medición de dureza en materiales el grupo de los ensayos de resistencia a la penetración.

GRUPO B. DUREZA A LA PENETRACIÓN

B1. Contacto hertziano

DUREZA HERTZIANA (ensayo estático de penetración)

Empleada en determinar el comportamiento de elementos metálicos en contacto con superficies curvas. Se realiza aplicando distintas cargas sobre bolas de 1,5 a 4 mm de diámetro de acero con tratamientos especiales de dureza en lo que denominamos contacto hertziano (contacto con elementos esféricos o cilíndricos)

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Fractura en ensayo de dureza hertziana

Este ensayo no se suele utilizar únicamente como referente de dureza sino para determinar al mismo tiempo el futuro funcionamiento de piezas metálicas en contacto con elementos esféricos o cilíndricos, ya que se busca la posibilidad de que se produzcan fisuras por fracturas frágiles y deformaciones cuasi-plásticas producidas a distintas cargas.

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Fractura en ensayo de dureza hertziana

 

DUREZA BRINELL (ensayo estático de penetración)

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

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El valor de dureza HBW viene dado por: HB= F/S (Carga / área de la superficie curva de la huella) N/mm2.

Para el cálculo de la superficie se toman 2 diámetros perpendiculares d1 y d2 y de la media obtendremos el valor d.

De aquí mediante la siguiente expresión calculamos la dureza Brinell HBW:

HBW =  2F/ π D2 (1- √1- d2/D2)

Los valores normales para este ensayo son:

– Diámetro de la bola (D): 10 mm.

– Valor de la carga (F): 3.000 Kp.

– Duración de la carga: 15 segundos.

El resultado debe expresarse con el siguiente esquema: 60 HBW 10/30/15. Donde se indica que 60 es el valor de la dureza Brinell obtenida de la superficie de la huella, 10 el diámetro de la bola en mm (D), 30 el valor de la carga P en Newtons, y el último valor, 15, corresponde al tiempo de presión (entre 10-30 segundos para aceros)

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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(%) = (HBW – 80) /141

También existe una correlación entre la dureza Brinell y resistencia  a la tracción:  σT = 0,346 HBS, si bien debemos tomar esta valor con mucha reserva.

Existen valores recomendados de relación fuerza/diámetro (F/D) para cada material a ensayar. Los materiales más comunes ensayados con esta técnica son: Acero, aleaciones de níquel o titanio, cobre y sus aleaciones, plomo, estaño y metales ligeros. La relación F/D oscila entre el valor 1 para plomo y estaño hasta 30 para el acero.

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Durómetro Brinell

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

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DUERZA MEYER (ensayo estático de penetración)

Variación de la dureza Brinell en la que la superficie de referencia S es la proyectada por la huella, en lugar del área de la superficie curva de la huella.

DUREZA MONOTRON (ensayo estático de penetración)

Utiliza una semiesfera de diamante de 0,75 mm de diámetro. En este caso se establece previamente una profundidad y se mide la fuerza  para alcanzarla, lo cual lo hace un ensayo muy impreciso.  Se desarrolló para medir la dureza en  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) Actualmente se encuentra en desuso.

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Cabecera: Rrudzik
Durómetro Brinell: Frobles
Esquema dureza Brinell: Lokilech
Imágenes dureza Hertziana: ver referencia bibliográfica (67)
Referencias bibliográficas (67)