Primero, debe comprender que las pruebas de dureza previenen fallas en los materiales. Es preferible elegir el método de prueba incorrecto que malgastar dinero o pasar por alto defectos muy básicos. Cada metal requiere un enfoque diferente.
¿Qué es la dureza?
La dureza mide la resistencia a la deformación permanente. Se debe presionar algo contra un material y luego ver a qué profundidad se introduce. Los materiales más duros resisten la penetración. La física simple tiene implicaciones complejas.
Existen diferentes escalas para esto porque los distintos materiales se comportan de forma distinta. El acero requiere un enfoque, el aluminio otro, la cerámica algo completamente distinto. Una escala universal implicaría concesiones en todas partes. Los ingenieros detestan las concesiones.
El mayor error es creer que dureza equivale a resistencia. Esto es erróneo. La dureza mide la resistencia localizada a la penetración. La resistencia mide la capacidad de carga. El vidrio es duro, pero se daña fácilmente.
Los 6 métodos más comunes de prueba de dureza de metales
Domina estos seis métodos. El resto son variaciones especializadas. Cada método tiene aplicaciones específicas donde predomina.
Prueba de dureza Rockwell
Primero, debe saber que Rockwell mide la profundidad de la indentación bajo carga. Aplique primero una carga pequeña, luego una carga mayor y luego mida la diferencia de profundidad. La prueba es rápida, proporciona una lectura directa y no requiere cálculos. Es un instrumento industrial de gran rendimiento por una buena razón.
Tres escalas dominan la metalurgia. La escala HRC utiliza una carga de 150 kgf con un indentador cónico de diamante para acero templado y aleaciones duras. La escala HRB utiliza una carga de 100 kgf con una bola de acero para metales más blandos como el aluminio y el acero recocido. La escala HRA utiliza 60 kgf con un cono de diamante para acero fino y carburo.
Prueba de dureza Brinell
Entonces, debe saber que Brinell utiliza un penetrador de bola grande bajo una carga pesada. Mide el diámetro de la indentación ópticamente. Esta gran indentación compensa las variaciones del material. Es ideal para materiales de grano grueso, como piezas fundidas y forjadas.
¿Por qué usar Brinell? Las piezas fundidas tienen estructuras no homogéneas. Los métodos de indentación pequeña impactan en el punto duro, no en el punto blando y arrojan valores insignificantes. La indentación grande de Brinell promedia todo. Se obtienen valores de dureza representativos.
Prueba de dureza Vickers
Además, debe saber que Vickers utiliza un indentador piramidal de diamante. Este mide la longitud diagonal de la huella cuadrada. El método utiliza el mismo indentador para todos los niveles de dureza. La carga varía de 1 gf a 100 kgf.
La versatilidad del rango de carga hace que Vickers sea universal. La microdureza utiliza valores de 1 a 1000 gf. La macrodureza utiliza valores de 1 a 100 kgf. Utiliza el mismo principio de prueba, pero con diferentes escalas. Un mismo método abarca desde recubrimientos blandos hasta carburo endurecido.
Prueba de dureza Knoop
Mientras tanto, Knoop utiliza un penetrador de diamante alargado. Crea una hendidura asimétrica. Mide solo la diagonal larga. Las cargas varían de 10 a 1000 gf.
Debe usar Knoop cuando la prueba Vickers pueda agrietar su muestra. Materiales frágiles como cerámica y vidrio. Recubrimientos muy delgados donde la profundidad es importante. Pruebas cerca de bordes donde el espacio es limitado. Materiales anisotrópicos donde la dirección es importante.
Prueba de dureza Leeb
Además, Leeb mide la velocidad de rebote. El método consiste en dejar caer un cuerpo de impacto con una bola de carburo de tungsteno sobre la superficie. A continuación, se mide la altura de rebote. Un rebote más alto equivale a un material más duro.
Las pruebas portátiles lo cambiaron todo. Puede llevar el probador a la pieza en lugar de cortar muestras. Pruebe piezas fundidas de gran tamaño in situ. Verifique los ganchos de la grúa sin necesidad de retirarlos. Las pruebas de campo son posibles sin acceso al laboratorio.
Prueba de dureza Shore
Además, la prueba Shore se realiza en elastómeros y plásticos blandos. Un indentador con resorte mide la profundidad de penetración. Se requieren diferentes escalas para diferentes rangos de materiales: Shore A para caucho blando, Shore D para plásticos duros.
Las escalas comunes incluyen Shore A, Shore D y Shore 00 para materiales extremadamente blandos. Cada escala cubre un rango de dureza específico.
Comparación y conversión de escalas de dureza
La conversión entre escalas se hace necesaria cuando los proveedores reportan escalas diferentes. Las especificaciones del cliente son HRC; el certificado del material es HB. Necesita realizar la conversión.
Existen tablas de conversión estándar de acero, como ASTM E140, Rockwell a Brinell y Brinell a Vickers. Estas tablas deben utilizarse con materiales ferrosos.
Advertencia: Las conversiones son estimaciones. Los materiales no se transforman de la misma manera.
La conversión es ineficaz cuando se utilizan materiales diferentes. La conversión de HRC a HRB es exitosa en el caso del acero, pero falla en el aluminio. El control cruzado de clases de materiales genera valores incorrectos. Se requieren datos de conversión específicos para cada material en materiales no ferrosos.
Cómo elegir la prueba de dureza adecuada para su aplicación
El tipo de material es lo primero que decide. Las capacidades de la máquina son las siguientes. Por último, asegúrese de considerar los requisitos de precisión.
Consideraciones sobre el tipo de material
Los metales ferrosos prefieren la dureza Rockwell para su producción y la Brinell para su fundición. Los metales no ferrosos funcionan con Rockwell B o Brinell, según su nivel de dureza. Se requieren cargas ligeras en Brinell para materiales muy blandos.
Todo es diferente en los estados templado y recocido. El acero recocido utiliza HRB. Si se elige una escala inadecuada, las puntuaciones se quedan estancadas en los extremos o carecen de sentido.
Las estructuras homogéneas pueden someterse a cualquier proceso. Las estructuras de grano grueso requieren una gran indentación Brinell. Fundiciones: hierro fundido, bronce, metal en polvo.
Se debe prestar especial atención a los tratamientos y recubrimientos superficiales. Los componentes cementados deben tener una indentación superficial. Se utilizan las herramientas Vickers o Knoop para verificar la profundidad de las cajas. Leeb realiza una comprobación rápida y conoce la precisión.
Tamaño y geometría de la muestra
Las limitaciones de espesor se aplican a todos los métodos de indentación. El espesor mínimo es 10 veces la profundidad de la indentación. Si se infringe esta regla, los resultados pierden validez. El sustrato influye en las lecturas.
Los requisitos de superficie varían según el método. Brinell requiere una superficie plana amplia. Rockwell necesita menos. Vickers funciona con piezas pequeñas. Adapte el método al área de prueba disponible.
Las superficies curvas y las formas irregulares complican las pruebas. Leeb las maneja mejor. Rockwell requiere un área plana. Brinell exige un área plana aún mayor. Vickers tolera pequeñas áreas planas, pero requiere acceso óptico.
Cuando las pruebas portátiles son la única opción, Leeb gana a pesar de las limitaciones de precisión. No se puede trasladar una pieza fundida de 450 kg al laboratorio. Mejor lleve el probador a la pieza fundida.
Requisitos de precisión y resolución
El control de calidad de producción utiliza Rockwell o Brinell. Las pruebas rápidas proporcionan una precisión suficiente. Ayudan a detectar mezclas de materiales y a verificar el tratamiento térmico. La velocidad es más importante que la precisión.
La investigación y el desarrollo exigen Vickers. Análisis de microestructura, optimización de recubrimientos, desarrollo de materiales. La precisión es más importante que la velocidad. Documente todo con precisión micrométrica.
La verificación de campo se basa en Leeb a pesar de sus limitaciones. Verifique el equipo instalado, revise las piezas sospechosas y analice los materiales. La precisión aproximada no supera ningún dato. Realice un seguimiento de los hallazgos críticos con pruebas de laboratorio.
El equipo cuesta dinero. La capacitación cuesta dinero. La calibración cuesta dinero. Primero, debe calcular el costo total antes de comprar el equipo.
Errores comunes en las pruebas de dureza y cómo evitarlos
Los errores en la preparación de la superficie afectan la precisión. Escala, óxido, recubrimientos, superficies rugosas. Limpie el área de prueba con una lima o amoladora. El acabado de la superficie afecta más a los métodos ópticos que a los Rockwell.
Un espaciado de prueba incorrecto entre las indentaciones es un error. El espaciado mínimo es tres veces el diámetro de la indentación. Un espaciado más estrecho permite la interacción de los campos de tensión. Los resultados pierden relevancia. Siga estrictamente los requisitos de espaciado.
Una mala selección de la escala es una pérdida de tiempo. ¿Probar acero endurecido con HRB? Las lecturas se mantienen en el máximo. ¿Probar aluminio con HRC? Las lecturas se mantienen en el mínimo. Ajuste la escala al rango de dureza esperado.
La negligencia en la calibración aumenta gradualmente el error. La calibración anual detecta la desviación del equipo. Utilice bloques de prueba certificados antes de realizar mediciones críticas. Documente el historial de calibración.
Los errores de conversión se acumulan al realizar varias conversiones. Convertir HRC a HB y luego a HV multiplica los errores de aproximación. Convierta una sola vez si es necesario. Nunca encadene conversiones.
Las violaciones del espesor de la muestra generan datos incorrectos. La profundidad de la indentación excede el espesor recomendado. El sustrato influye en la lectura. Los resultados no son relevantes. Verifique el espesor antes de la prueba.
Conclusión
¿Por qué Brinell es el método de prueba de dureza preferido en equipos pesados? Componentes grandes, microestructuras gruesas y cargas de impacto. La indentación Brinell promedia las propiedades del material mejor que los métodos de indentación pequeña. La fiabilidad comprobada en campo es esencial en aplicaciones exigentes.