La dureza de los materiales metálicos se refiere a la capacidad del material para resistir la deformación local, particularmente la deformación plástica, las hendiduras o los rayones. Es un indicador de la suavidad o dureza del material.
La dureza se divide en tres tipos según los métodos de prueba.
Dureza al rayado: Se utiliza principalmente para comparar la dureza de diferentes minerales. El método implica utilizar una varilla con un extremo duro y el otro blando, y luego arrastrar la varilla a través del material que se está probando. El lugar donde aparecen los rayones determina la dureza del material. Cualitativamente, un objeto más duro deja un rasguño más largo, mientras que un objeto más blando deja un rasguño más corto.
Dureza de indentación: Se utiliza principalmente para materiales metálicos. El método implica aplicar una carga específica para presionar un penetrador designado en el material que se está probando. La dureza del material está determinada por el grado de deformación plástica local en la superficie. Debido a las variaciones en el penetrador, la carga y la duración de la carga, existen varios tipos de pruebas de dureza por indentación, incluidas la dureza Brinell, la dureza Rockwell, la dureza Vickers y la microdureza, entre otras.
Dureza de rebote: Se utiliza principalmente para materiales metálicos. El método implica permitir que un martillo especialmente diseñado caiga libremente desde una cierta altura e impacte la muestra del material que se está probando. La dureza del material está determinada por la cantidad de energía de deformación que la muestra absorbe (y luego libera) durante el impacto, que se mide por la altura a la que rebota el martillo.
Las pruebas de dureza más comunes para materiales metálicos (dureza Brinell, dureza Rockwell y dureza Vickers) se incluyen en la categoría de dureza por indentación. El valor de dureza representa la capacidad del material para resistir la deformación plástica cuando se presiona otro objeto contra su superficie. Las pruebas de dureza de rebote (Shore, Leeb) miden la dureza en función del grado de deformación elástica del metal, indicando el valor de dureza la capacidad del material para la deformación elástica.
Dureza Brinell
Un penetrador con un diámetroDUna bola de acero endurecido o de carburo se presiona en la superficie de la muestra con la fuerza de prueba correspondiente.F. Después del tiempo de retención especificado, se elimina la fuerza de prueba, dejando una muesca con un diámetrod. El valor de dureza Brinell se calcula dividiendo la fuerza de prueba por el área de la superficie de la muesca. El valor resultante es la dureza Brinell, denotada comoHBSoHBW.
HLa diferencia entreHBSyHBWradica en el tipo de penetrador utilizado.HBSse refiere a una prueba que utiliza una bola de acero endurecido como penetrador, generalmente empleada para medir los valores de dureza Brinell en materiales con una dureza inferior a 450, como aceros blandos, hierro fundido gris y metales no ferrosos.HBW, por otro lado, utiliza una bola de carburo como penetrador y se utiliza para medir valores de dureza Brinell en materiales con una dureza inferior a 650.
Para la misma pieza de prueba y bajo condiciones de prueba idénticas, los resultados de los dos métodos diferirán, conHBWLos valores suelen ser superiores a losHBSvalores. Sin embargo, no existe una relación cuantitativa fija entre los dos.
Desde 2003, China adoptó el estándar internacional y reemplazó el uso de bolas de acero endurecido por bolas de carburo para las pruebas de dureza Brinell. Como resultado,HBSya no se utiliza, yHBWse ha convertido en la notación estándar para la dureza Brinell. En muchos casos,media pensiónse utiliza solo para representar la dureza Brinell, que normalmente se refiere aHBW. Sin embargo,HBSTodavía se puede ver en alguna literatura y artículos académicos.
La prueba de dureza Brinell es adecuada para materiales como hierro fundido, aleaciones no ferrosas y diversos aceros recocidos o templados. No es adecuado para probar materiales demasiado duros, demasiado pequeños, demasiado delgados o muestras que no pueden tolerar grandes hendiduras en sus superficies.
Dureza Rockwell
El método utiliza un penetrador cónico de diamante con un ángulo de vértice de 120 grados o una bola de acero endurecido como penetrador, en combinación con una configuración de carga específica. La prueba comienza con una carga inicial de 10 kgf, seguida de la aplicación de una carga total (que es la suma de la carga inicial y la carga principal) de 60, 100 o 150 kgf. El penetrador se presiona secuencialmente contra la muestra bajo estas cargas. Después de aplicar la carga total, la dureza se determina por la diferencia en la profundidad de la indentación entre la profundidad bajo la carga inicial y la profundidad bajo la carga total una vez que se retira la carga principal, mientras permanece la carga inicial.
Este método se utiliza normalmente enDureza Rockwellpruebas. La profundidad de la indentación bajo la carga inicial y la carga total se utilizan para calcular el valor de dureza, que refleja la resistencia del material a la indentación bajo ambas cargas.
La prueba de dureza Rockwell utiliza tres fuerzas de prueba diferentes y tres tipos de penetradores, lo que da como resultado nueve combinaciones posibles, cada una de las cuales corresponde a una de las nueve escalas de dureza de Rockwell. Estas nueve escalas cubren casi todos los materiales metálicos utilizados habitualmente. Las escalas más utilizadas sonHRA (Ley de Derechos Humanos, HRB, yCDH, conCDHsiendo el más aplicado.
Tabla estándar común de pruebas de dureza Rockwell
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Símbolos de dureza |
Tipos de penetradores |
F/N(kgf) |
Alcance de la dureza |
Aplicaciones |
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HRA (Ley de Derechos Humanos |
Cono de diamante de 120 grados. |
588.4(60) |
20~88 |
Carburo, cermet y aceros endurecidos superficialmente |
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HRB |
Ø1.588mm Bola de acero endurecido |
980.7(100) |
20~100 |
Aceros recocidos y normalizados, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, hierro fundido. |
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CDH |
Cono de diamante de 120 grados. |
1471(150) |
20~70 |
Acero templado, acero templado y acero de superficie profunda endurecida |
Elescala HRCSe utiliza normalmente para valores de dureza que oscilan entre 20 y 70 HRC. Cuando el valor de dureza es inferior a 20 HRC, la sensibilidad de la prueba disminuye porque la punta cónica del penetrador penetra demasiado profundamente en el material. En este caso, elescala HRBSe debe utilizar en su lugar, ya que es más adecuado para materiales más blandos.
Cuando la dureza de la muestra supera los 67 HRC, la presión en la punta del penetrador se vuelve demasiado alta, lo que puede dañar el diamante y acortar significativamente la vida útil del penetrador. Por lo tanto, generalmente se recomienda cambiar alescala HRApara materiales con una dureza superior a 67 HRC.
La prueba de dureza Rockwell es fácil de operar, rápida y produce pequeñas muescas, lo que la hace adecuada para probar superficies de productos terminados, así como piezas de trabajo más duras y delgadas. Debido a la pequeña muesca, el valor de dureza puede fluctuar más significativamente en materiales con microestructuras o dureza desiguales, lo que resulta en una menor precisión en comparación con la prueba de dureza Brinell. La prueba de dureza Rockwell se usa comúnmente para medir la dureza de aceros, metales no ferrosos, materiales de carburo y otras aleaciones.
Dureza Vickers
El principio de medición de la dureza Vickers es similar al de la dureza Brinell. Se utiliza un penetrador piramidal de diamante con un ángulo incluido de 136 grados y una fuerza de prueba específica.Fse aplica a la superficie del material. Después de mantener la carga durante un período específico, se elimina la fuerza de prueba. El valor de dureza está determinado por la presión promedio ejercida sobre la superficie unitaria de la indentación de la pirámide de base cuadrada, y el valor de dureza se indica con el símboloalto voltaje.
El ensayo de dureza Vickers tiene un amplio rango de medición, capaz de medir materiales con valores de dureza que van desde10 a 1000 HV. La muesca es pequeña, lo que lo hace particularmente adecuado para medir materiales más delgados y capas superficiales endurecidas, como superficies carburadas o nitruradas.
Dureza Leeb
En la prueba de dureza Leeb, se utiliza un cuerpo de impacto con una bola de carburo de tungsteno para golpear la superficie de la muestra bajo una fuerza específica, provocando que rebote. Debido a la diferente dureza del material, la velocidad de rebote también varía. El dispositivo de impacto está equipado con un imán permanente y, a medida que el cuerpo de impacto se mueve hacia arriba y hacia abajo, la bobina circundante genera una señal electromagnética que es proporcional a la velocidad de rebote. Esta señal luego se convierte en el valor de dureza Leeb a través de un circuito electrónico, y el valor se indica con el símboloHL.
El durómetro Leeb no requiere una mesa de trabajo; Su sensor de dureza es tan pequeño como un bolígrafo y puede operarse directamente con la mano. Esto facilita el ensayo de piezas grandes y pesadas o de muestras geométricamente complejas sin dificultad.
Otra ventaja del probador de dureza Leeb es que causa un daño mínimo a la superficie del producto y, en algunos casos, se puede utilizar parapruebas no destructivas. Es particularmente exclusivo para pruebas de dureza en varias direcciones, espacios estrechos y áreas especializadas, donde otros métodos pueden resultar difíciles de aplicar.
