Ensayos de dureza. Características, normas, equipos. Ensayos Vickers, Brinell, Rockwell

Ensayos de Dureza: Conceptos y Métodos

Introducción a los ensayos de dureza

• En esta clase se estudian los ensayos de dureza, que miden la presión de contacto promedio al presionar un penetrador (cónico, piramidal o esférico) sobre una superficie plana del material.

• La dureza se calcula midiendo la dimensión de la indentación hecha por el penetrador o mediante una curva que relaciona profundidad de penetración con carga aplicada.

Normas y Parámetros

• Se mencionan las normas relevantes para medir dureza, como Brinell NFI 10109-1 y Vickers NF ISO 6.507-1. La dureza se considera un parámetro intrínseco del material.

• El resultado se expresa adimensionalmente; el valor indica la presión media en kgf/mm² seguido por "H" (hardness) y un índice que señala el tipo de penetrador utilizado.

Ventajas y Desventajas

• Las ventajas incluyen ser métodos no destructivos, fáciles de implementar, rápidos y económicos si se cuenta con el equipo adecuado.

• Como desventaja, es difícil obtener interpretaciones mecánicas directas; las propiedades mecánicas no se obtienen directamente a partir de la dureza medida.

Método Vickers

• El método Vickers utiliza un indentador en forma de pirámide cuadrada con ángulos laterales definidos en 136 grados.

• La dureza Vickers se calcula como la relación entre la fuerza aplicada (kgf) y la superficie de contacto (mm²), estimando esta última a partir del tamaño de impresión dejado por el indentador.

Consideraciones sobre Muestras

• El espesor mínimo para las muestras debe ser mayor a 1.5 veces la diagonal de las impresiones; además, deben estar separadas adecuadamente para evitar interacciones entre impresiones.

• Si las impresiones están demasiado cerca, puede haber deformación plástica del material que afecte los resultados.

Microdureza y Nanodureza

• Este método también es aplicable para microdurezas donde el indentador es más pequeño; permite comparar fácilmente diferentes tamaños sin cambiar geometría durante la penetración.

• Para mediciones representativas en microestructura, el diámetro debe ser menor a tres micrómetros; esto limita los resultados según resolución del microscopio óptico utilizado.

Cálculo Estadístico

Medición de Dureza: Ensayos Brinell y Rockwell

Introducción a la Medición de Dureza

• La dureza se mide utilizando una relación que involucra un coeficiente Alfa, el número de medidas n, la confianza y la varianza. Es crucial considerar estos factores para obtener resultados confiables.

Ensayo Brinell

• El ensayo Brinell consiste en aplicar una carga fija sobre una bola que se mantiene en contacto con la superficie del material. Se mide la dureza tras retirar la bola, asumiendo que el área de impresión no cambia significativamente.

• La presión de contacto media se calcula dividiendo la carga duplicada por el área de contacto entre la bola y la superficie. Esta área se determina a partir del diámetro de la impresión dejada por la bola.

Consideraciones Importantes

• Es necesario que el espesor del material sea al menos ocho veces mayor que el valor de penetración del indentador para asegurar mediciones precisas.

• Si hay un retraimiento elástico significativo, esto puede llevar a sobreestimar la dureza, ya que afectaría las dimensiones reales del área medida.

Cargas y Normativas

• Las cargas aplicadas deben ser suficientes para minimizar los efectos del retraimiento elástico. Existen tablas normativas que indican las cargas según el diámetro de la bola y durezas específicas.

Automatización y Comparación con Rockwell

• El ensayo puede automatizarse completamente, facilitando así grandes cartografías en piezas. A diferencia del Brinell, el ensayo Rockwell utiliza una precarga inicial antes de aplicar una carga adicional para medir dureza.

Proceso del Ensayo Rockwell

• En Rockwell, después de aplicar una precarga (F1), se mide el desplazamiento inicial (h1). Luego se aplica una carga adicional (F2), y tras retirarla, se evalúa la abolladura residual.

• Los tipos de indentadores pueden variar; sin embargo, es importante tener en cuenta las tensiones residuales generadas durante las pruebas previas.

Distancias Mínimas y Validez del Ensayo

• Para evitar interferencias en las mediciones debido a tensiones residuales, es fundamental espaciar adecuadamente las impresiones realizadas sobre el material.

• La norma establece que debe haber al menos seis veces el diámetro entre dos impresiones consecutivas para garantizar validez en los resultados.

Tablas Comparativas

• Existen tablas comparativas para estimar resistencia a partir de valores medidos en ensayos específicos; estas son válidas solo para ciertos materiales como aceros al carbono bajo condiciones definidas.

Ejemplo Práctico: Medición Real

• Se presenta un ejemplo práctico donde un técnico monta una pieza en un durómetro Rockwell C para realizar mediciones directas siguiendo normas establecidas.