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Ensayo de Dureza
Consiste en la aplicación de una carga en la superficie de un
material empleando un penetrador estandarizado
produciendo una marca superficial o impresión.
Métodos:
D. Rayado
D. Penetración
D. Rebote
Unidad II
I.- DUREZA AL RAYADO
Este tipo de ensayo es poco utilizado en los metales. Mayor
aplicación en el campo de la mineralogía. (Dureza Mohs)
Ensayo de Dureza Unidad II
II.- DUREZA POR PENETRACIÓN
Ensayo de Dureza Unidad II
DUREZA POR PENETRACIÓN
Método Brinell
Método Rockwell
Método Vickers
Ensayo de Dureza Unidad II
P: Fuerza aplicada en kg
S: Área del casquete
semiesférico en mm2
HB: Número de dureza
Brinell
Propuesto por James A. Brinell
en 1900. Fue el primer ensayo
de penetración estandarizado y
reconocido industrialmente.
1 - DUREZA BRINELL ASTM E10 Unidad II
𝐻𝐵 = 0,102 ∙2𝑃
𝜋 ∙ 𝐷 ∙ (𝐷2 − 𝑑𝑚2)
D: diámetro de la esfera (Acero (HBS:
Hardness Brinell Steel) y Carburo de
Tungsteno (HBW: Hardness Brinell W)
d: Media aritmética de los diámetros (d1
y d2) de la huella
P: carga aplicada
0,102: Factor de conversión para carga
en (N) según el S.I., debido a que
inicialmente el ensayo fue propuesto en
kgf.
1 - DUREZA BRINELL ASTM E10
Unidad II
1 - DUREZA BRINELL ASTM E10
Unidad II
1 - DUREZA BRINELL ASTM E10
Unidad II
1 - DUREZA BRINELL: Evolución Tecnológica
Unidad II
Respecto a las cargas, tienen que ser proporcionales al
cuadrado del diámetro, para que las huellas obtenidas sean
semejantes, y los resultados, comparables.
Es decir que P = K x D2
Constante Materiales Ejemplos
30 Materiales ferrosos y no
ferrosos resistentes
Aceros, hierro fundido. Aleaciones de:
Ni,Co, Ti
15 Solamente para cargas de
3000 kgf
Titanio y aleaciones. Aleaciones leves.
10 Materiales ferrosos dúctiles y
no ferrosos
Hierros fundidos, aleaciones de: Al, Cu,
latones, bronces, aleaciones de Mg. Zn.
5 Metales no ferrosos blandos Metales puros: Al, Mg, Cu, Zn.
2,5 Metales blandos Aleaciones de: Sn, Pb, Sb, Be, Li.
1,25 Metales muy blandos Metales puros: Be, Li.
1 Metales extra blandos Metales puros: Sn, Pb, Sb.
1 - DUREZA BRINELL ASTM E10
Unidad II
Cargas recomendadas para diferentes esferas y constantes.
Diámetro de Billas y Cargas Empleadas en el Ensayo Brinell
Espesor
Diámetro
Constantes de Ensayo K
30 10 5 2,5 1,25
Cargas en kg
30𝐷2 10𝐷2 5𝐷2 2,5𝐷2 1,25𝐷2
> 6 mm 10 3000 1000 500 250 125
6 a 3 mm 5 750 250 125 62,5 31,2
< 3 mm 2,5 187,5 62,5 31,2 15,6 7,8
1,25 46,9 15,6 7,81 3,91 1,99
0,625 11,7 3,91 1,953 0,977 0,488
1 - DUREZA BRINELL ASTM E10
Unidad II
Pro
f. D
r. C
. N
un
ura
Lectura y Designación
Acero de herramientas templado..........500
Acero duro (0,8% de Carbono)..............210
Acero dulce (0,1% de Carbono).............110
Bronce.....................................................100
Latón..........................................................50
Aluminio.............................................25 a 30
1 - DUREZA BRINELL ASTM E10
Unidad II
Ensayo de Dureza
Elección del material de la
esfera. De acero (para
materiales con dureza < 350
HB). De WC (para materiales
con dureza < 650 HB).
Elección de la carga
(Depende del material y de
la constante K)
Definición de la carga
aplicada (P = K x D2)
Validez del resultado:
(Diámetro de impresión:
0.24xD a 0.6xD)
1 - DUREZA BRINELL
Unidad II
Ensayo de Dureza
Un ensayo no debe ser
realizado en superficies
cilíndricas con radio de
curvatura menor que 5 veces
el radio de la esfera.
Bases prismáticas para ensayos en probetas
cilíndricas.
DUREZA BRINELL ASTM E10
Unidad II
Dureza Brinell – ASTM E10
En los aceros de % C < 0,8; la relación entre dureza y resistencia
aproximada es:
Billa de acero (S) < 450 HB (prácticamente ya no se usa).
Billa de carburo de tungsteno (W) hasta 650 HB.
2 - DUREZA ROCKWELL ASTM E18
Ensayo de Dureza
Se calcula la dureza en base a la profundidad de
penetración y la carga total no se aplica en forma continua.
Hay una carga inicial y otra adicional (varia según las
condiciones de ensayo).
Unidad II
DUREZA ROCKWELL ASTM E18
Los penetradores pueden
ser esferas de acero (billas
de Brinell) o diamantes
aplicadas con diferentes
cargas según el material y
su espesor.
Se basa también en la
resistencia que oponen los
materiales a ser
penetrados, en función de
la profundidad de la huella.
Unidad II
Dureza Rockwell ASTM E18
• La máquina Rockwell salió al mercado en 1924, llenando el vacío dejado
por Brinell (hasta 650 HB).
• La dureza se determina en función de la profundidad a la que penetra el
indentador.
• En el ensayo Rockwell actúan dos tipos de cargas:
– Primero se aplica una precarga de 10 kg.
– Luego, además de aquella, actúa otra carga mayor.
• La escala B (HRB) en metales blandos y semiduros.
• La escala C (HRC) en metales más duros.
2 - DUREZA ROCKWELL ASTM E18 Unidad II
ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (ASTM E18:2007)
Escala
Desig.
Rango
de
Escala
Tipo y tamaño
del penetrador
Carga
menor
Carga
mayor
Escala del
comparador
kg kg
Color
Ubicación Aplicaciones
A 20 -88 Cono de
diamante 10 60 rojo fuera
Aceros nitrurados, flejes estirados en frío,
hojas de afeitar. Carburos metálicos.
Tratamientos superficiales.
B 20 – 100 Bola de
1/16” 10 100 negro dentro
Aceros al Carbono sin temple, hierros
fundidos y algunas aleaciones no
ferrosas.
C 20 – 70 Cono de
diamante 10 150 rojo fuera
Aceros duros y herramientas. Dureza
superior a 100 HRB o 20 HRC
D 40 – 77 Cono de
diamante 10 100 rojo fuera
Aceros cementados con reducida
espesura superficial.
E 70 - 100 Bola de
1/8” 10 100 negro dentro
Materiales blandos, como antifricción y
piezas fundidas. Aleaciones de Al - Mg
F 60 – 100 Bola de
1/16” 10 60 negro dentro
Bronce recocido, aluminio, algunas
aleaciones de Al
G 30 – 94 Bola de
1/16” 10 150 negro dentro
Bronce fosforoso, hierro fundido
maleable, aleaciones de Be
H 80 - 100 Bola de
1/8” 10 60 negro dentro
Metales blandos, con poca
homogeneidad, fundición de hierro.
2 - DUREZA ROCKWELL
Unidad II
ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (Continuación)
Escala
Desig.
Rango
de
Escala
Tipo y tamaño
del penetrador
Carga
menor
Carga
mayor
Escala del
comparador
kg kg Color Ubicación Aplicaciones
K 40 - 100 Bola de
1/8” 10 150 negro dentro Metales de baja dureza y plásticos.
L “ Bola de
1/4” 10 60
negro
dentro
Iguales a Rockwell K. Cauchos y
plásticos
M “ Bola de
1/4” 10 100
negro
dentro
Iguales a Rockwell K y L. Madera y
plásticos
P “ Bola de
1/4” 10 150
negro
dentro Iguales a Rockwell K, L y M
R “ Bola de
1/2” 10 60
negro
dentro
Iguales a Rockwell K y L. Metales
muy blandos, antimonio y plásticos.
S “ Bola de
1/2” 10 100
negro
dentro
Iguales a Rockwell K, L y M
V “ Bola de
1/2” 10 150
negro
dentro
Iguales a Rockwell K, L, M, P, R o S.
2 - DUREZA ROCKWELL
Unidad II
2 - DUREZA ROCKWELL ASTM E18
45 HR C
Valor de dureza
Ensayo Rockwell
Escala C:
Cono de diamante
Carga: 150 kg
Unidad II
DUREZA ROCKWELL – PROFUNDIDAD DE
PENETRACIÓN
Basado en el valor de dureza Rockwell (HR)
Tipo de Penetrador Diamante Profundidad de Penetración (mm)
Método de Ensayo Común h = (100 – HR) 0,002
Superficial h = (100 – HR) 0,001
Tipo de Penetrador Esférico Profundidad de Penetración (mm)
Método de Ensayo Común h = (130 – HR) 0,002
Superficial h = (100 – HR) 0,001
Para un acero al carbono templado con dureza igual a 65
HRC la profundidad de penetración es:
h = (100 – 65) 0,002 = 0,07 mm
Unidad II
2.- DUREZA ROCKWELL ASTM E18
• Entre el número de dureza Rockwell y la profundidad de
penetración “hF” existe la siguiente dependencia:
3 - DUREZA VICKERS ASTM E92
El penetrador es una
pirámide de diamante
de base cuadrada con
un ángulo de 136° entre
caras opuestas
Unidad II
Configuración del
Método BRINELL
(HB)
Configuración del
Método VICKERS
(HV)
Unidad II 3 - DUREZA VICKERS ASTM E92
3.- Dureza Vickers ASTM E92
2d
P1,854 HV
P: Carga aplicada en kg
d: diagonal promedio de la huella en
mm
Las cifras Vickers coinciden con las de Brinell hasta 250 HB,
pero a partir de esa cifra la dureza Vickers es siempre algo
superior a la Brinell
Unidad II
Ensayo de Dureza
Material Dureza Vickers
(HV)
Límite de
Proporcionalidad
(MPa)
Diamante 84 000 54 100
Alumina 20 000 11 300
Carburo de W 21 000 6 000
Acero al C 450 200
Aleaciones de Al
recocido 270 120
Aleaciones de Cu
recocido 220 80
Plomo 60 15
3 - DUREZA VICKERS
Unidad II
Microdureza Vickers ASTM E384
• Se puede utilizar el método de microdureza Vickers, que emplea un
indentador similar al del método convencional.
• En Vickers se puede realizar macro o microdureza, las que emplean
dos máquinas diferentes.
• Se emplea la misma formula.
Microdureza vickers ASTM 384 Unidad II
Microdureza knoop ASTM 384
Propuesto en 1939.
El penetrador es una
pirámide de diamante
alargada con ángulos de
172°30´ y 130° entre caras
opuestas. Se produce una
marca donde la diagonal
mayor y la menor presentan
una relación de 7:1.
El intervalo de carga es de
1gf a 1000gf.
Capas superficiales, láminas
finas, fases microscópicas,
ZAT en soldaduras, etc.
Unidad II
Microdureza Knoop ASTM E384
Pro
f. D
r. C
. N
un
ura
Unidad II
Microdureza Knoop Unidad II
Dureza elástica o dinámica
• Un aparato muy empleado fue el Escleroscopio Shore (HSh).
• Se deja caer desde una determinada altura un pequeño martillo, parte de la
energía de caída será absorbida en producir la huella, por lo que el martillo
retrocederá, elevándose hasta una altura menor que la inicial de partida.
• La altura de rebote se toma como medida de la dureza elástica, cuanto
mayor sea el rebote mayor dureza.
• En la actualidad, el valor de la dureza Shore se lee en el dial del aparato de
ensayo.
Dureza elástica o dinámica
• El Equotip es una solución versátil para la prueba de
dureza utilizando la técnica dinámica del rebote de Leeb.
• Mide las velocidades de impacto y de retroceso (HL).
• Convierte directamente a HV, HB, HRC, HRB, HRA, etc.
CORRELACIONES ENTRE MÉTODOS
DE DUREZA
Ensayo de Dureza Unidad II
CORRELACIONES ENTRE MÉTODOS
DE DUREZA
Ensayo de Dureza Unidad II
CORRELACIONES ENTRE MÉTODOS
DE DUREZA Y RESISTENCIA MECÁNICA
Ensayo de Dureza Unidad II
Valores de DUREZA
Precauciones para realizar el ensayo
• Superficie plana y perpendicular al eje de aplicación de la carga.
• Superficie lisa, limpia de óxidos, grasas, pintura, etc.
• La distancia del borde de la pieza al centro de la huella debe ser
mayor o igual a 2,5 d.
• La distancia entre los centros de dos huellas consecutivas deber ser
mayor o igual a 3,0 d.
• Una recomendación es que el espesor de la muestra sea por lo
menos 10 veces la profundidad de la impresión.
PROBLEMA
• Al realizar el ensayo de dureza Brinell de
una plancha de acero de 3 mm de
espesor, se obtuvo una dureza de 228
HB.
• Indique el diámetro del indentador y la
carga empleada