Pruebas De Dureza

Pruebas de dureza

3.1 Generalidades

La dureza se define ingenierilmente como la resistencia a la penetración. Esta resistencia es la función de las propiedades mecánicas del material, sobre todo de su límite elástico y, en menor grado, de su tendencia al endurecimiento de trabajo, y del módulo de elasticidad. Si se tiene un material de composición dada, y se conoce su historial, se puede relacionar el límite elástico (para fines prácticos, el esfuerzo de cedencia) con la resistencia a la tensión, la ductilidad y la tenacidad. Por tanto, las pruebas de dureza pueden proporcionar datos de los que se pueden derivar muchas propiedades mecánicas importantes. Y, puesto que las pruebas de dureza se pueden llevar a cabo fácil y rápidamente, se usan ampliamente y se emplean para controlar procesos, así como para inspeccionar y determinar la acep¬tación de materiales y componentes.

Las pruebas de dureza comunes se basan en la aplicación lenta de una carga fija a un muescador que se abre paso sobre la superficie lisa de la muestra. Una vez que se quita la carga, se mide el área o bien la profundidad de la penetración, lo cual indica la resistencia a la carga. A continuación se analizan tres cla¬ses de pruebas.

3.2 Prueba de Brinell

La prueba de Brinell se basa en cargas mecánicas o hidráulicas hasta de 3,000 kg, que actúan a través de una bola de 10 mm de acero endurecido o de carburo. A fin de compensar las variaciones en la respuesta de los materiales a la aplicación de la carga, se debe especificar el tiempo que ésta se aplica. Para materiales duros, tales como el acero, un período de carga de quince segundos es el apropiado. Los metales y las aleaciones más blandos, por ejemplo el bronce, requieren alrededor de treinta segundos; y el magnesio, aproximadamente dos minutos. Después de quitar la carga, el diámetro de la impresión hecha por la bola se mide en milímetros. El número de dureza de Brinell, cuya abreviatura es BHN, es el cociente de la carga P, dividido por el área A de la impresión:

BHN = P .

D- (D2 - d2) π D / 2

En donde D es el diámetro de la bola y d el de la impresión.

En la práctica, el BHN se lee directamente en una tabla en la que se enumeran valores diferentes de d para varios valores de P.

La prueba de Brinell produce una impresión grande en la superficie de la pieza probada. Cuando no se pue¬da tolerar una impresión tan grande ( y a menudo éste es el caso), la prueba es destructiva. No obstante la impresión grande tiene la ventaja de que proporciona resultados más representativos que los de una impresión pequeña, la cual sería más sensible a heterogeneidades locales de suavidad y dureza. La magnitud de la impresión hace también que la prueba sea menos sensible a la presencia de escamas y acabado áspero, que cuando se efectúan pruebas a base de muescas pequeñas.

3.3 Pruebas de Rockwell

Las pruebas de Rockwell dependen de la medición de la profundidad diferencial de una deformación permanente, producida por la aplicación y la eliminación de cargas diferenciales. Se usan varias combinaciones de penetrador y carga, para adaptar las distintas pruebas de Rockwell a materiales de diversa dureza y espesor. Entre los penetradores se incluyen diamantes de forma cónica, conocidos como Brale, y bolas de acero duro, cuyos diámetros varían 1/16 a 1/2 pulgada. El diamante cónico tiene un ángulo de abertura de 120° y un radio de 0.2 mm, en la punta.

Las pruebas Rockwell estándar requieren que se emplee una carga ligera de 10 kg, para asentar firmemente el penetrador en la superficie de la muestra; esto se conoce como carga menor. Después de la aplicación de la carga menor, se pone a cero el calibrador de profundidad y se aplica y se retira una carga mayor, lla¬mada carga principal. Mientras está; actuando todavía la carga menor, se mide la profundidad de penetración permanente. El indicador de profundidad, que sirve para medir la penetración, se calibra en forma tal que su lectura se haga directamente en índices de dureza, en vez de pulgadas. Las cargas más usuales para las pruebas Rockwell están dar son de 60, 100 y 150 Kg.

Las pruebas Rockwell superficiales se utilizan para medir la dureza de muestras delgadas y de otras que sólo tienen una capa delgada de endurecimiento superficial ( que se conoce como cápsula) sobre una base blanda (llamada núcleo). Los penetradores existentes para las pruebas superficiales son los mismos que los que se emplean para las pruebas estándar. Las cargas para las pruebas superficiales son mucho más ligeras que para pruebas estándar; la carga menor es de 3 kg y la mayor de 15, 30 ó 45 kg.

La amplia gama de combinaciones de penetradores y cargas permite la adaptación de la prueba Rockwell a una variedad igualmente amplia de materiales de diversas durezas. El penetrador de diamante permite probar fácilmente los aceros más duros, y las bolas grandes permiten probar materiales blandos e, incluso, plás¬ticos. En general, se considera que las pruebas de Rockwell no son destructivas, ya que las cargas ligeras y los pequeños penetradores producen impresiones diminutas; sin embargo, a causa de la pequeñez de las im¬presiones, deben tomarse varias lecturas para obtener un resultado representativo. Además, cuanto menores sean las impresiones tanto mayor debe ser el cuidado que se tenga al preparar la superficie.

No obstante los esfuerzos especiales necesarios para preparar la superficie, la prueba Rockwell es más sencilla y se realiza con mayor rapidez que la de Brinell. Aunque la superficie de la muestra debe ser plana, si se quieren obtener los resultados óptimos, en las superficies no planas, la prueba de Rockwell da mejores re¬sultados que la de Brinell.

3.4 Pruebas con penetrador piramidal

Es difícil la medición del diámetro de la impresión hecha con la bola de Brinell. La ventaja de un penetrador piramidal sobre el de bola, reside en la facili¬dad relativa con que se mide la diagonal de la impresión. En la prueba de dureza de Vickers se utiliza como penetrador un diamante tallado en forma de pirámide de base cuadrada invertida. Se aplican cargas ligeras por medio de un sistema de pesas y palancas. La impresión de la prueba de Vickers se mide utilizando un microscopio y es tan pequeña que se la puede considerar como una medición semimicroscópica de dureza. En la prueba de dureza de Tukon se utiliza una pirámide que produce impresiones largas, estrechas y en forma de diamante. Este penetrador se llama penetrador o indentador de Knoop. La impresión larga puede medirse con mayor precisión que las diagonales iguales y más cortas de las impresiones cuadradas de Vickers( Fig 3.36). El penetrador de Knoop

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