ENSAYO DE DUREZA 2010

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales Departamento: Materiales y Tecnología Cátedra: Materiales I Carreras: IM - IME - IA DUREZA Página 1 de 15 ENSAYO DE DUREZA Generalidades Existen diferentes expresiones para definir dureza, por ejemplo resistencia a la penetración localizada, al rayado, al mecanizado, al desgaste o a la fluencia. Estas diversidad de definiciones, y los correspondientes múltiples métodos de medición que existen, junto con la ausencia de una definición fundamental del término indican que la dureza nos es una propiedad elemental de los materiales sino que debe ser entendida como el resultado de una mezcla de propiedades tales como la resistencia a la fluencia, el endurecimiento por deformación, la resistencia a la tracción, el módulo de elasticidad entre otras. Ahora bien desde el punto de vista de la ciencia de los materiales la dureza se define como la mayor o menor habilidad de un material para resistir a ser deformado plásticamente. A mayor dureza, mayor es la resistencia a ser deformado. Se han diseñado desde principio de 1900 procedimientos experimentales para determinar la dureza. Estos ensayos surgen como útiles en aquellos casos donde es necesario determinar en forma rápida y no destructiva las características mecánicas de los metales. Como consecuencia de ello el ensayo se aplica tanto a probetas confeccionadas especialmente, como a piezas ya terminadas o que se hallan en una etapa intermedia de su proceso de elaboración. El valor de dureza obtenido por cualquiera de los métodos existentes muchas veces es utilizado para estimar la resistencia a la tracción del metal, la intensidad del tratamiento térmico, la resistencia al desgaste y/o su aptitud para el mecanizado, no obstante se debe proceder con cuidado y criteriosamente pues estas relaciones se establecen a partir de la experiencia y conocimientos de índole empírico y por lo tanto son aplicables para casos muy particulares. Una de sus principales aplicaciones es que posibilita hacer, de manera sencilla, un seguimiento de las propiedades de los metales tratados térmicamente. Medición de Dureza De acuerdo a la magnitud de las fuerzas aplicadas y los desplazamientos obtenidos la medición de dureza puede ser definida a escala macro o microscópica. Los ensayos tipo macro son métodos rápidos y simples de obtener el valor de esta característica mecánica del material a partir de una muestra pequeña. No obstante en aquellos casos donde se quiere determinar por ejemplo, la resistencia al desgaste de algún tipo de recubriendo, la profundidad de la impronta puede resultar relativamente grande para efectuar una evaluación de este tipo que requeriría algo más a escala superficial. Cuando los materiales tienen una microestructura gruesa, son multifásicos, no homogéneos o proclives a fisurarse las determinaciones de macro-dureza son altamente dispersas y resulta difícil caracterizar de una manera clara al material. Es en estos casos donde las determinaciones del tipo de micro-dureza resultan apropiadas. Los ensayos de micro-dureza permiten determinar la dureza de un material a través de utilizar penetradores tipo Vickers o Knoop bajo la aplicación de cargas muy bajas (de 15 hasta 1000 grf como máximo). Las impresiones resultan tan pequeñas que deben ser medidas con ayuda de un microscopio de varios aumentos. Este tipo de ensayos es capaz de obtener la dureza de un micro-constituyente dentro de una estructura multifásica o permite establecer gradientes de dureza, muy útil esto último para el caso de aceros cementados o metales nitrurados. Existe un tercer grupo que utiliza cargas intermedias (30kgf o 45kgf) y que se denominan superficiales. El método Rockwell tiene esta variante como veremos adelante.

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DUREZA Página 1 de 15 ENSAYO DE DUREZA Generalidades Existen diferentes expresiones para definir dureza, por ejemplo resistencia a la penetración

localizada, al rayado, al mecanizado, al desgaste o a la fluencia. Estas diversidad de definiciones, y los correspondientes múltiples métodos de medición que existen, junto con la ausencia de una definición fundamental del término indican que la dureza nos es una propiedad elemental de los materiales sino que debe ser entendida como el resultado de una mezcla de propiedades tales como la resistencia a la fluencia, el endurecimiento por deformación, la resistencia a la tracción,

el módulo de elasticidad entre otras. Ahora bien desde el punto de vista de la ciencia de los materiales la dureza se define como la

mayor o menor habilidad de un material para resistir a ser deformado plásticamente. A mayor dureza, mayor es la resistencia a ser deformado. Se han diseñado desde principio de 1900 procedimientos experimentales para determinar la

dureza. Estos ensayos surgen como útiles en aquellos casos donde es necesario determinar en forma rápida y no destructiva las características mecánicas de los metales. Como consecuencia de ello el ensayo se aplica tanto a probetas confeccionadas especialmente, como a piezas ya terminadas o que se hallan en una etapa intermedia de su proceso de elaboración. El valor de dureza obtenido por cualquiera de los métodos existentes muchas veces es utilizado

para estimar la resistencia a la tracción del metal, la intensidad del tratamiento térmico, la resistencia al desgaste y/o su aptitud para el mecanizado, no obstante se debe proceder con cuidado y criteriosamente pues estas relaciones se establecen a partir de la experiencia y

conocimientos de índole empírico y por lo tanto son aplicables para casos muy particulares. Una de sus principales aplicaciones es que posibilita hacer, de manera sencilla, un seguimiento

de las propiedades de los metales tratados térmicamente. Medición de Dureza De acuerdo a la magnitud de las fuerzas aplicadas y los desplazamientos obtenidos la medición de dureza puede ser definida a escala macro o microscópica. Los ensayos tipo macro son métodos rápidos y simples de obtener el valor de esta característica mecánica del material a partir de una muestra pequeña. No obstante en aquellos casos donde se

quiere determinar por ejemplo, la resistencia al desgaste de algún tipo de recubriendo, la profundidad de la impronta puede resultar relativamente grande para efectuar una evaluación de este tipo que requeriría algo más a escala superficial. Cuando los materiales tienen una microestructura gruesa, son multifásicos, no homogéneos o proclives a fisurarse las determinaciones de macro-dureza son altamente dispersas y resulta

difícil caracterizar de una manera clara al material. Es en estos casos donde las determinaciones del tipo de micro-dureza resultan apropiadas. Los ensayos de micro-dureza permiten determinar la dureza de un material a través de utilizar penetradores tipo Vickers o Knoop bajo la aplicación de cargas muy bajas (de 15 hasta 1000 grf como máximo). Las impresiones resultan tan pequeñas que deben ser medidas con ayuda de un

microscopio de varios aumentos. Este tipo de ensayos es capaz de obtener la dureza de un micro-constituyente dentro de una estructura multifásica o permite establecer gradientes de dureza, muy útil esto último para el caso de aceros cementados o metales nitrurados. Existe un tercer grupo que utiliza cargas intermedias (30kgf o 45kgf) y que se denominan superficiales. El método Rockwell tiene esta variante como veremos adelante.

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DUREZA Página 2 de 15 Hoy en día son varios los métodos seguidos para la determinación de la dureza, por lo que solo se hará mención de los más importantes o generalizados. El siguiente cuadro es una clasificación de los ensayos de dureza.

En la actualidad los métodos de penetración son los más generalizados para determinar la dureza de los metales.

Métodos de medición de dureza por penetración Los cuatro métodos más utilizados y difundidos en la industria caen dentro de esta clase, ellos

son los ensayos Brinell, Rockwell, Vickers y el método Knoop. Básicamente lo que hacen cualquiera de estos métodos es determinar la resistencia que ofrece el metal a ser penetrado por una bolilla, cono o pirámide fabricada de un material indeformable o muy duro. Los ensayos consisten en medir el tamaño o la profundidad de la impronta dejada por la bolilla,

cono o pirámide en el metal bajo una determinada carga y dentro de un período de tiempo específico.

Ensayos de

dureza

Estáticos de penetración: Estos determinan la dureza de los metales por la resistencia que este opone a ser penetrado por

una bolilla de acero o carburo o bien por un diamante cónico o piramidal. Se mide como la relación entre la carga aplicada y el área o la profundidad de la impresión producida.

De rebote: Consisten en medir sobre una escala graduada la altura del

rebote de una bolilla de acero cuando es dejada caer sobre el material a ensayar desde una distancia determinada.

De rayado: Consiste en determinar bajo que carga un diamante de forma piramidal (90°) deja en el material que se ensaya un surco de 0,01 mm de ancho.

De abrasión y erosión:

Determinan la dureza por la velocidad de desgaste del material cuando sobre él actúan abrasivos granulares.

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DUREZA Página 3 de 15 Método Brinell Consiste en comprimir sobre la superficie del material a ensayar una bolilla de acero u otro material de alta resistencia durante un cierto tiempo t y bajo una determinada carga. Al

finalizar dicho tiempo y retirada la carga se podrá observar una marca sobre la superficie que

denominaremos impronta y cuya forma es la de un casquete esférico (ver figura N°1). El número Brinell surge de dividir la carga usada, expresada en kgf, por la superficie de la impronta dada en mm2. Aunque el resultado tiene unidades de presión el número no es utilizado con ese sentido.

Figura N° 1

Generalmente la máquina de ensayo utiliza como penetrador una bolilla de 10 mm de diámetro.

La carga aplicada varía según el material, para metales blandos como bronces, cobre o estaño se emplean 500 kg. Para aleaciones de aluminio se usan 1500 kg y 3000 kg para los aceros. El tiempo de aplicación de la carga va desde los 10 a los 15 segundos. Al cabo de este tiempo la carga es retirada dejando una impresión de forma redondeada. La etapa siguiente es medir el diámetro de la impronta. La apreciación requerida para esta medición es de 0,05 mm (cinco

centésimas de milímetro) y por lo tanto se deben emplear microscopios portátiles con bajos aumentos. El hecho que el penetrador más utilizado sea el de 10 mm no significa que no puedan emplearse bolillas de otros diámetros. La realidad es que en algunos casos resulta conveniente el uso de bolillas de menor diámetro.

Entre todos los ensayos de penetración el Brinell es el que produce la huella de mayor tamaño y profundidad. Esto hace que la dureza obtenida resulte un valor promedio surgido de una mayor cantidad de material lo cual resulta más representativo cuando se trata de materiales con

estructuras hetereogéneas como por ejemplo de grano múltiple (grano dúplex), multifásicas (fundiciones). Número Brinell La dureza, determinada a través de este método, comúnmente se la denomina “Número Brinell”

y resulta de dividir la carga aplicada por la superficie del casquete esférico dejado por la bolilla luego que la carga fue retirada.

S

PHB = (1)

HB: Numero Brinell P: carga aplicada S: superficie del casquete esférico o impronta

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DUREZA Página 4 de 15 La forma más sencilla de calcular el área del casquete es la que utiliza la medición del diámetro de la impronta “d”. Expresando la superficie de la impronta en función de su diámetro y

reemplazando en la (1) tenemos:

)dDD(D

P2H

22B

−⋅⋅⋅

⋅=π

(2)

HB: Numero Brinell P: carga aplicada D: diámetro de la bolilla utilizada en mm d: diámetro de la impronta en mm Existen gráficos, trazados a partir de la expresión anterior, que permiten determinar el número de dureza Brinell conociendo el diámetro de la impronta (ver figura N° 2). Esto agiliza aun más el

ensayo y evita errores de cálculo.

Figura N° 2

El resultado de un ensayo debe ser expresado con una sintaxis tal que permita revelar las

condiciones del ensayo empleadas. La estructura sugerida es la siguiente:

150 HB10/3000/30”

Lo cual significa que el número Brinell es de 150 y fue obtenido utilizando una bolilla de 10 mm de diámetro de acero endurecido con una carga aplicada de 3000 kg por un período de 30

segundos.

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DUREZA Página 5 de 15 Varios ensayos realizados sobre una misma muestra podrían arrojar valores levemente diferentes. Esta dispersión en los resultados es atribuible en parte a pequeñas variaciones de calidad del material (esto es más notable en materiales estructuralmente heterogéneos) o bien a errores en la medición del diámetro de la impronta. Pequeños errores conducen a leves

variaciones en el número Brinell. En virtud de lo anterior la dispersión se reduce si se trata de minimizar las fuentes de errores asociadas a la medición, paralaje, apreciación del instrumento utilizado, contraste de la imagen de la impronta, etc. Ensayos comparables. Constante de ensayo

Como el método Brinell se trata de un ensayo empírico esencialmente, las durezas obtenidas para un mismo material solo son comparables si las zonas deformadas son equivalentes, en

otras palabras cuando se obtienen improntas geométricamente semejantes o lo que es lo mismo que el ángulo de abertura (G) resulte igual para ambos casos.

tetanconsD

dsen ==α (3)

Esto significa que al ensayar dos materiales diferentes con igual bolilla (D=constante) para garantizar la semejanza geométrica de las improntas se debería ir variando la carga P hasta obtener el mismo diámetro d en ambas muestras. Esto transformaría al método en un procedimiento tedioso, largo, costoso que desvirtuaría su principal ventaja.

Ahora bien lo ideal sería encontrar una relación entre la carga y el penetrador que garantice la condición de semejanza.

Una forma de determinarlo es realizar el ensayo a dos muestras del mismo material con cargas y penetrados diferentes, luego igualar las expresiones (2) e imponer la condición de semejanza (3).

21 HBHB =

)dDD(D

P2HB;

)dDD(D

P2HB

2

2

2

222

22

2

1

2

111

11

−⋅⋅⋅

⋅=−⋅⋅⋅

⋅=ππ

Igualando las expresiones, reemplazando d en función de G y resolviendo nos queda:

222

2

221

1

))2/(sen(11(D

P

)))2/(sen(11(D

P

αα −−⋅=

−−⋅

Para que G permanezca constante y se cumpla la condición de semejanza se debe cumplir que:

22

2

21

1

D

P

D

P =

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DUREZA Página 6 de 15 Y en forma general

)tetancons(CD

P2

= (4)

A esta relación se la denomina constante de ensayo y me garantiza que dos números Brinell van a resultar comparables entre si.

Limitaciones

Existen limitaciones para el diámetro de la impronta, impresiones muy pequeñas resultan de ensayar materiales muy duros y por lo tanto es válido pensar en estos casos que la bolilla sufre

deformaciones elásticas excesivas que distorsionan los resultados. De igual forma materiales muy blandos dan lugar a impresiones de gran tamaño que pueden dañar los elementos de montaje. En definitiva se deben fijar límites a la relación (d/D). La experiencia dice que mientras

la relación (d/D) se mantenga dentro de los siguientes límites los errores de medición y por deformación de la bolilla serán reducidos.

5,0D

d25,0 <<

Teniendo en cuenta estas consideraciones las normas fijan un valor determinado para la constante de ensayo “C” según criterios diferentes, por ejemplo ASTM lo hace por rango de dureza mientras que IRAM en base al tipo de material. No obstante las dos en el fondo están

siendo coincidentes entre sí.

NORMA Material o Dureza Constante de Ensayo

IRAM 104

Aceros y fundiciones 30

Aleaciones de cobre y aluminio 10

Cobre y aluminio 5

Plomo, estaño y sus aleaciones 2,5 – 1,25 – 0,5

ASTM E-10

Dureza mayor a HB 160 30

Dureza entre HB 81 y HB 160 15

Dureza entre HB 26 y HB 81 5

Para metales muy blandos 2,5 - 1,25 - 1

Para ensayar materiales extremadamente duros se debe reemplazar el penetrador de acero por una bolilla de carburo de tungsteno. En caso de utilizar la bolilla de carburo de tungsteno de debe agregar “WC” al final. O sea:

500 HB10/3000/30”/WC

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DUREZA Página 7 de 15 Como se apuntó más arriba para materiales de alta dureza (comparables con la del penetrador de acero) la bolilla sufre deformaciones elásticas (aplastamiento) y el número Brinell resulta erróneo. Como valor límite se toma 450 HB para bolilla de acero y de 650 HB para la de carburo de tungsteno.

La norma ASTM E-10 establece un procedimiento para la determinación del número Brinell en materiales metálicos. En este caso la carga usualmente es 3000, 1500 o 500 kgf y el diámetro de la impresión resulta en el rango de 2,5 a 6 mm para la bolilla de 10 mm. La carga es aplicada paulatinamente y debe ser mantenida entre 10 a 15 segundos. Una vez retirada la carga se realizan dos mediciones del diámetro de la impresión, una a 90° respecto de la otra. Luego se

calcula el promedio y ese valor se reemplaza en la formula (2) o bien se lo emplea como dato para entrar a las curvas de conversión de la figura N° 2 para obtener el número Brinell.

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DUREZA Página 8 de 15 Método Rockwell Este ensayo basa la medición de dureza en el incremento neto registrado en la profundidad de penetración bajo determinadas condiciones de ensayo seleccionadas arbitrariamente. Al igual

que el método Brinell el número Rockwell indica la resistencia a la indentación, pero a diferencia de aquel lo que utiliza para determinar el valor de dureza es la medición de la profundidad de la impronta. El penetrador puede ser una bolilla de acero de un diámetro específico o un cono de diamante, a su vez las cargas que se emplean son varias también. El tipo de penetrador y la carga de ensayo

determinan la escala de dureza Rockwell utilizada (A, B, C, etc). El número o valor Rockwell de dureza no posee unidades y es comúnmente referidos a dichas

escalas. A mayor valor, cualquiera sea la escala utilizada, mayor será la dureza del material. Esta menos expuesto a errores y es más sencillo que el Brinell. Como ventaja principal es que puede se empleado tanto para metales blandos como en duros, además la determinación es

directa y por consiguiente rápida. No emplea instrumentos especiales para medir la impronta. El tamaño de la impresión es relativamente pequeño lo que lo hace adecuado para ser utilizado en piezas ya terminadas. El método Rockwell es el más versátil y usado de los ensayos de dureza.

Plásticos: En caso de los plásticos el número Rockwell no guarda una buena relación con otras propiedades fundamentales como en el caso de los metales. El método Rockwell se prefiere generalmente para plásticos duros tales como nylon, policarbonatos, acetatos donde son

menores los efectos de la fluencia lenta a temperatura ambiente sobre los resultados. Además los resultados obtenidos sólo son útiles cuando se requiere medir la resistencia relativa a la

indentación entre diferentes tipos de plásticos. Por el contrario el ensayo no sirve para predecir propiedades tales como resistencia a la abrasión o al desgaste, y en virtud de ello el número Rockwell nunca debería formar parte de una especificación de producto plástico.

Procedimiento Preparación de la superficie: La preparación del material bajo ensayo debe controlarse cuidadosamente para evitar cualquier alteración en su dureza. Existen factores tales como el

calentamiento generado durante el esmerilado o corte de la probeta, el endurecimiento durante operaciones de maquinado y pulido. Se debe tener cuidado que la superficie de prueba de la

probeta sea tal que la carga pueda aplicarse perpendicular a ella. La presencia de oxido, porosidades y material extraño que pudiera aplastarse o fluir abajo la presión de la prueba puede afectar los resultados. La superficie opuesta, en contacto con el soporte, debe estar

limpia, seca y libre de cualquier irregularidad superficial. Al probar materiales con recubrimiento, si se desea el valor de dureza del metal base, el revestimiento debe removerse completamente antes de determinar la dureza. Secuencia de ensayo: Se aplican dos cargas, una carga previa o inicial de 10 kgf cuya función es causar una penetración inicial asegurando el contacto con la superficie y que el penetrador se

“acomode” en su lugar, eliminando de esa forma los efectos de cualquier irregularidad superficial. Esencialmente lo que logra esta carga previa es crear una superficie suave para que actúe la carga adicional. Luego el dial debe ser colocado en el cero de la escala y seguidamente

se aplica la carga adicional. Una vez retirada la carga adicional se toma la lectura de la profundidad mientras aun permanece la carga inicial. El número de dureza Rockwell surge de la

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DUREZA Página 9 de 15 diferencia de profundidad de penetración entre la carga inicial y la carga adicional. El método utiliza un sistema de aguja-dial para indicar la diferencia de profundidad de penetración causada por éstas dos cargas. Finalmente el número Rockwell es leído directamente en la escala del dial o display en caso de

ser digital. El dial de la máquina realmente se mueve en función de la profundidad de penetración pero la lectura esta referida al número de divisiones de la escala. Cada división representa un desplazamiento del penetrador de 0,002 mm el cual fue elegido arbitrariamente. El desplazamiento producido por el penetrador de diamante en un acero templado u otro

material se dureza similar esta comprendido entre 0,06 mm y 0,11 mm. Por lo que una escala de cien divisiones será suficiente para abarcar dicho rango. No obstante cuando se utiliza la bolilla

de acero en materiales más blandos la profundidad puede llegar hasta los 0,25 mm, sobrepasando el límite de la escala (0,2 mm). Es por ello que el dial de la máquina posee en realidad dos escalas superpuestas, una segunda desplazada 30 divisiones respecto de la anterior

(ver figura N° 3). Esto hace que el cero de la escala principal (de color negro) coincida con la división 30 de la escala secundaria (roja) de forma que el alcance del método se extienda hasta 0,26 mm de profundidad. La aguja se desplaza en sentido antihorario de forma que el valor leído no corresponde a la profundidad de la impronta sino a la diferencia entre el número de divisiones de la escala

utilizada y la profundidad.

Número Rockwell C = 100 - e

Número Rockwell B = 130 - e

Esto se estableció así para que cuanto más duro sea el material mayor sea el valor del número Rockwell que le corresponda.

Figura N° 3

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DUREZA Página 10 de 15 Penetradores

Cono de diamante: Este tipo de penetrador debe emplearse en pruebas de dureza para

las escalas A, C y D. Consiste en un cono de diamante cuyo ángulo es de 120º ±0.5º y su eje debe coincidir con la dirección de penetración también con una tolerancia de 0.5º. La

punta es un casquete esférico con un radio de 0.200 mm. La forma del casquete y el valor del radio del penetrador tienen una influencia importante en el valor de la dureza obtenida. La anisotropía del diamante hace difícil el maquinado del mismo en forma totalmente simétrica. Por lo cual es necesario comparar los resultados obtenidos con un penetrador patrón sobre piezas patrón de diferentes

durezas. Bolilla de acero: Este tipo de penetrador debe emplearse en los ensayos de dureza para

las escalas B y F. Consiste en una esfera de acero templado y pulido, con un diámetro de

1.588 mm ±0.003 mm (1/16”); Para la escala E, se utiliza una bolilla de diámetro 3.175

mm ±0.004 mm. Como ya dijimos la bolilla debe estar pulida y no debe presentar

defectos superficiales. Debe eliminarse y anularse la prueba si presenta una deformación mayor a la tolerancia indicada anteriormente o cualquier otro defecto superficial.

Para ambos tipos de penetradores debe evitarse la acumulación de: polvo, tierra, grasa o capas de óxidos, dado que esto afectaría los resultados de la prueba. Escalas Rockwell La combinación que emplea como penetrador la bolilla de acero de 1/16” de diámetro y una

carga total de 100 kgf recibe denominación de escala “Rockwell B”. Estas condiciones de ensayo son recomendables para materiales de baja resistencia tales como las aleaciones de cobre, acero de bajo carbono y aleaciones de aluminio. El valor de dureza debe ser leído en la escala del dial

correspondiente (habitualmente de color rojo). Al ensayar materiales de dureza mayor, como ser aceros aleados o fundiciones, las condiciones

deben ser 150 kgf de carga total y cono de diamante de 120° como penetrador. La escala se denomina “Rockwell C” y el número HRC se lee sobre la otra escala de dial (de color negro). Existen otras 13 escalas, además de la B y C, que también son individualizadas con una letra.

La correcta designación de una dureza Rockwell es el número de dureza seguido por las letras HR (de Hardness Rockwell) y una letra que indica la escala utilizada. Por ejemplo 55HRC

especifica una dureza de 55 unidades medidas sobre la escala C. Escalas Rockwell Superficial Utilizando máquinas especiales podemos ampliar el campo de aplicación del método. Lo que se hace es emplear los habituales penetradores (el cono de diamante y las mismas bolillas) pero

disminuyendo la carga inicial a 3 kgf y las cargas adicionales toman los siguientes valores: 12 kgf, 27 kgf y 42 kgf. Esta variante es conocida con el nombre de “Rockwell Superficial”. La máquina de Rockwell Superficial trabaja de la misma manera que la estándar empleándose para piezas de poco espesor (hojas de afeitar), superficies con tratamientos de endurecimiento superficial o en piezas pequeñas que colapsarían al ser ensayadas por el método Rockwell

regular.

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DUREZA Página 11 de 15 A diferencia del método tradicional el dial solo posee una única escala de 100 divisiones, correspondiéndole a cada división 0,001 mm (milésima de milímetro). Esto significa que el recorrido total del penetrador será de una décima de milímetro (0,1 mm). Al igual que en el caso del método estándar las diferentes combinaciones posibles de cargas con

penetradores se identifican con una letra, N – T – W – X – Y. La sintaxis para expresar la dureza Rockwell superficial es la siguiente:

HR30N

donde: 30 es la carga de ensayo y la N indica el uso del cono de diamante como penetrador. La figura N° 4 muestra la relación de tamaños entre las impresiones producidas por Brinell,

Rockwell C y Rockwell Superficial.

Figura N° 4

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DUREZA Página 12 de 15 Método Vickers Es un método estandarizado para determinar la dureza de los materiales, especialmente en aquellos metales con superficies considerablemente duras. La superficie es sometida a una

presión (carga) durante un lapso de tiempo determinado a través de una punta de diamante de forma piramidal cuadrada. Luego se miden las diagonales de la impronta por medio de un microscopio y se calcula el valor de dureza Vickers.

“DUREZA VICKERS ES UNA MEDIDA DE LA DUREZA DE UN MATERIAL, CALCULADA A PARTIR DEL TAMAÑO DE LA IMPRESIÓN DEJADA BAJO CARGA POR UN PENETRADOR DE

FORMA PIRAMIDAL” Una de las características de este método es que permite establecer una escala continua de valores comparables entre si que abarca todo el amplio rango de durezas encontradas en los

aceros. El penetrador utilizado en el ensayo Vickers tiene forma de pirámide cuadrada cuyo ángulo entre caras opuestas es de 136º (ver figura Nº 5). Las cargas utilizadas para presionar el diamante van desde 1 kg hasta 120 kg. El tamaño de las improntas varía con la dureza del material, pero

normalmente las diagonales no superan los 0,5 mm y por lo tanto deben ser medidas con ayuda de un microscopio de aumentos calibrado.

Figura Nº 5: Penetrador Vickers

El número Vickers (HV) se define como el cociente entre la carga aplicada y el área de la impronta:

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DUREZA Página 13 de 15

A

FHV =

Y se calcula a través de la siguiente fórmula:

2854,1

d

FHV ⋅=

donde F es la carga en kg y d la diagonal promedio de la impronta medida en milímetros Como se puede deducir hay mucha similitud entre este método y el Brinell. No obstante tienen algunas diferencias como ser, el diamante tiene la ventaja de que no sufre deformación con el tiempo ni el uso, además la impresión lograda con Vickers resulta de un mayor contraste frente al fondo claro, esto permite una lectura sencilla del tamaño de la impronta comparando con el

casquete esférico del método Brinell

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DUREZA Página 14 de 15 Método Knoop Este método de ensayo usa un indentador de diamante con forma de pirámide elongada de cuatro caras cuyos ángulos, a diferencia del penetrador Vickers, son distintos 130° y 172°30 (ver

figura N° 6).

Figura Nº 6: Penetrador Knnop

La impronta dejada por la punta tiene forma romboédrica con una de las diagonal siete veces mayor a la otra. El valor de la dureza Knoop esta relacionada a la profundidad que alcanza el

penetrador. Una de las ventajas de este método frente por ejemplo al Vickers es que al utilizar bajas cargas (presiones) pueden ser utilizados en materiales frágiles como vidrios o cerámicos. Usualmente emplea bajas cargas que raramente sobrepasan el kg, esto conduce a improntas de aproximadamente 0,01 a 0,1 mm de longitud. Como apuntamos más arriba, el ancho de la

marca será 1/7 veces menor al largo y la profundidad 1/30 veces menor. Determinación del número Knoop El área de la impresión bajo carga puede ser calculada determinando sólo la longitud de la

impronta (eje de mayor longitud), lo cual suele hacerse con ayuda de un microscopio. Una vez medida la longitud (l) tenemos:

)mm(l

)kg(F229,14H

22V ⋅=

donde F es la carga en kilogramos fuerza y l en milímetros. Siempre el número Knoop debe referenciarse al valor de la carga utilizada.

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DUREZA Página 15 de 15 Comparación entre escalas de dureza