ENSAYOS DE DUREZA

Explora el mundo de las pruebas de dureza, donde puedes aprender los principios de las pruebas de dureza para metales y materiales, incluidos los estándares industriales, los antecedentes teóricos, los cuatro métodos de prueba de dureza y consejos prácticos para la aplicación.

Ya seas un profesional en pruebas de dureza o estés comenzando, encontrarás recursos útiles, incluidos descargas gratuitas de carteles y notas de aplicación, así como acceso a seminarios web para apoyar tus necesidades de pruebas y análisis de materiales.

Para profundizar más en los detalles de las pruebas de dureza, explora nuestro folleto completo sobre el probador de dureza para obtener más información.

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¿Cuál es la definición de "ensayo de dureza"?

La aplicación del ensayo de dureza le permite evaluar las propiedades de un material, tales como su fuerza, ductilidad y resistencia al desgaste. También le ayuda a determinar si un material o el tratamiento de un material es adecuado para el propósito deseado.

El ensayo de dureza se define como "una evaluación que permite determinar la resistencia de un material a la deformación permanente mediante la penetración de otro material más duro". No obstante, la dureza no es una propiedad fundamental de un material. Sin embargo, cuando se extraen conclusiones de un ensayo de dureza, siempre se debe evaluar el valor cuantitativo en relación con:

La carga aplicada en el penetrador
Un perfil de tiempo de carga específico y una duración de carga específica
Una geometría de penetrador específica

¿Cómo se realizan los ensayos de dureza?

Por lo general, un ensayo de dureza consiste en presionar un objeto (penetrador) con unas medidas y una carga concretos sobre la superficie del material a evaluar. La dureza se determina al medir la profundidad de penetración del penetrador o bien midiendo el tamaño de la impresión dejada por el penetrador.

Los ensayos de dureza que miden la profundidad de penetración de dicho objeto son: Rockwell, ensayo de penetración instrumentado, y dureza de penetración de bola
Los ensayos de dureza que miden el tamaño de la impresión dejada por el penetrador son: Vickers, Knoop y Brinell

ENTENDEMOS SUS DESAFÍOS EN LA MEDICIÓN DE DUREZA

Verificar su material con el método de dureza adecuado es fundamental para garantizar una calidad de producto constante y cumplir con los valores normativos. Por eso necesita una solución que le ofrezca resultados perfectos en todo momento, con la rapidez y precisión que exige su proceso.

Es fundamental entender sus desafíos y objetivos en materia de ensayo de dureza para poder encontrar la solución más adecuada.

Desafío: Productividad y velocidad

Los laboratorios suelen tener dificultades para satisfacer las demandas de rendimiento y necesitan formas más eficaces de ensayar más muestras en menos tiempo. Nuestra última generación de equipos de medición de dureza ha sido diseñada para agilizar el proceso: con mayor precisión, autoenfoque más rápido, rangos de carga ampliados, mayor automatización, generación de informes más sencilla y mucho más.

Seleccionar el método de prueba de dureza adecuado

Cómo seleccionar el método del ensayo

El ensayo de dureza elegido debería basarse en la microestructura –p. ej.: la homogeneidad– del material que evalúe, así como el tipo de material, el tamaño de la pieza y su estado.

En todos los ensayos de dureza, el material bajo la penetración debería ser representativo de la totalidad de la microestructura (salvo que la tarea sea estudiar los diferentes componentes presentes en la microestructura). Por consiguiente, si una microestructura es muy tosca y heterogénea, se necesitará una impresión mayor que para un material homogéneo.

Existen cuatro ensayos de dureza a destacar, cada uno con sus respectivas ventajas y requisitos. Existen diferentes estándares para estos ensayos, que explican los procedimientos y la aplicación del ensayo de dureza en detalle.

Al seleccionar un método de ensayo de dureza, es importante considerar lo siguiente:

El tipo de material que se someterá al ensayo
Si es necesario cumplir alguna normativa concreta
La dureza aproximada del material
La homogeneidad/heterogeneidad del material
El tamaño de la pieza
La cantidad de muestras que se someterá a un ensayo

Los cuatro ensayos de dureza por penetración más comunes

El ensayo de dureza Rockwell

Rockwell es un ensayo de dureza rápido desarrollado para el control de producción, que cuenta con una lectura directa de los resultados y se utiliza principalmente con materiales metálicos. La dureza Rockwell (HR) se calcula midiendo la profundidad de la penetración después de haber forzado un penetrador en un material de muestra conforme a una carga concreta.

Por lo general, se usa en geometrías de muestras de mayor tamaño
Un "ensayo rápido" utilizado principalmente con materiales metálicos
Se suele utilizar en ensayos avanzados, como el ensayo Jominy (extremo templado) (HRC)

Obtener más información sobre el ensayo de dureza Rockwell

El ensayo de dureza Vickers

Vickers es un ensayo de dureza para todos los materiales sólidos, incluyendo los materiales metálicos. La dureza Vickers (HV) se calcula midiendo las longitudes diagonales causadas por una penetración realizada al introducir un penetrador piramidal de diamante con una carga concreta en un material de muestra. El tamaño de las diagonales de la penetración se lee ópticamente a fin de determinar la dureza usando una tabla o fórmula.

Este ensayo de dureza se utiliza para evaluar todos los materiales sólidos, incluyendo los metálicos
Es adecuado para un amplio rango de aplicaciones
Incluye un subgrupo de ensayos de dureza de soldaduras

Obtener más información sobre el ensayo de dureza Vickers

El ensayo de dureza Knoop

La dureza Knoop (HK) es una alternativa a los ensayos Vickers dentro del rango de evaluación de microdureza. Se utiliza básicamente para superar las fracturas en los materiales quebradizos, y para facilitar los ensayos de dureza en las capas finas. El penetrador es un diamante piramidal asimétrico, y la indentación se calcula midiendo ópticamente la longitud de la diagonal larga.

Se usa para materiales duros y quebradizos, como la cerámica
Está especialmente indicado para áreas pequeñas y alargadas, como los recubrimientos

Obtener más información sobre el ensayo de dureza Knoop

El ensayo de dureza Brinell

El ensayo de dureza Brinell se utiliza para muestras de mayor tamaño con una estructura de grano grande o irregular. La penetración del ensayo de dureza Brinell (HBW) deja una impresión relativamente grande al utilizar la bola de carburo de tungsteno. El tamaño de la penetración se lee ópticamente.

Se utiliza para materiales con una estructura de grano grande o irregular
Se utiliza para muestras de gran tamaño
Es idóneo para forjados y fundidos cuyos elementos estructurales son de gran tamaño

Obtener más información sobre el ensayo de dureza Brinell

CÓMO GARANTIZAR LA PRECISIÓN Y REPETIBILIDAD EN EL ENSAYO DE DUREZA

La aplicación correcta del ensayo de dureza requiere una preparación y una ejecución exhaustivas. No obstante, una vez que se establecen los principios básicos, la mayoría de los ensayos de dureza ofrecen una precisión y una repetibilidad adecuadas.

Factores que afectan al ensayo de dureza

Existen varios factores que afectan a los resultados de los ensayos de dureza. En términos generales, cuanto menor sea la carga utilizada en el ensayo de dureza, mayor será el número de factores que deberá controlarse para garantizar una conclusión precisa del ensayo de dureza.

A continuación se citan algunos de los factores más importantes a considerar para obtener una conclusión precisa del ensayo de dureza.

Deberán controlarse factores externos como: luz, suciedad, vibraciones, temperatura y humedad.
También se dispondrá de una mesa horizontal sólida para el durómetro, así como un soporte o sujeción de la muestra apropiado mediante un portamuestras o un yunque.
El penetrador deberá estar en posición perpendicular respecto a la superficie sometida al ensayo.
La configuración de la iluminación deberá ser constante durante los ensayos de dureza Vickers, Knoop o Brinell.
Será necesario recalibrar/verificar el durómetro cada vez que se cambie el penetrador o la lente de objetivo.

Optimice su control de calidad

DEFINICIÓN DE LAS CARGAS DE LOS ENSAYOS DE DUREZA

Oficialmente, las cargas aplicadas deberán expresarse en Newton (N). No obstante, históricamente las cargas se expresan en kilogramo-fuerza (kgf), gramo-fuerza (gf) o libra (p). La correlación entre kgf, kp y N es: 1,0 kgf = 1.000 gf = 1,0 kp = 9,81 N.

El término "ensayo de microdureza" suele usarse cuando las cargas de penetración son inferiores o iguales a 1 kgf
El término "ensayo de macrodureza" se usa cuando las cargas son superiores a 1 kgf

Si las normativas lo permiten, use la máxima carga/fuerza posible para el penetrador más grande a fin de obtener la precisión más alta.

Las cargas que se usan en cada uno de los cuatro métodos para materiales metálicos* cumplen con las diferentes normas ISO y ASTM.

HARDNESS TESTING METHOD	STANDARD	LOAD RANGE
VICKERS	ISO 6507 ASTM E384 ASTM E92	1 gf - > 100 kgf 1 gf - ≤ 1 kgf > 1 gf - ≤ 120 kgf	(0.00981 - > 980.7 N) (0.0098 - ≤ 9.807 N) (> 9.807 - ≤ 1176.800 N)
KNOOP	ISO 4545 ASTM E384	1 gf - 1 kgf 1 gf - 1 kgf	(0.0098 - ≤ 9.807 N) (0.0098 - ≤ 9.807 N)
BRINELL	ISO 6506 ASTM E10	1 kgf - 3000 kgf 1 kgf - 3000 kgf	(9.807 - 29420 N) (9.807 - 29420 N)
ROCKWELL	ISO 6508 ASTM E18	15 kgf - 150 kgf 15 kgf - 150 kgf	(147.1 - 1471 N) (147.1 - 1471 N)

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MAN Energy using Struers Hardness Testing machine

El durómetro aumenta la eficiencia

MAN Energy Solutions, uno de los principales proveedores mundiales de motores para la industria marítima, buscaba mejorar la eficiencia del ensayo de dureza en piezas de hierro fundido con recubrimiento térmico. La solución fue automatizar el ensayo con un durómetro Struers.

El resultado fue un proceso más rápido y eficiente realizado con una sola máquina.

Producto: Durómetro Duramin-40
Empresa: MAN Energy Solutions
Desafío: Ensayar de forma eficiente la dureza de piezas de hierro fundido con recubrimiento térmico.
Resultados: Un proceso más rápido y eficiente realizado con una sola máquina.

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Actualmente contamos con tres pósteres diferentes sobre ensayo de dureza – todos adecuados para cualquier laboratorio. Descargue todos los pósteres ahora.

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Solución de problemas en ensayos de dureza

Problemas comunes:

Escenario problemático 1:
Durante la preparación para el ensayo de dureza, puede resultar difícil obtener superficies planas y paralelas. Además, el penetrador debe estar perpendicular a la superficie de prueba. En el ensayo de dureza Vickers, las diagonales medidas no deben diferir más de un 5,0 % entre sí.
En el ensayo de dureza Knoop, las dos mitades de la diagonal larga no deben diferir más de un 10,0 %.

Si la desviación no se debe a la anisotropía del material, la mejor solución es utilizar un dispositivo de sujeción para mantener la muestra de modo que el penetrador penetre perpendicularmente a la superficie. Si no dispone de un dispositivo, asegúrese de que la preparación mecánica de la muestra proporcione superficies finales planas y paralelas.

Escenario problemático 2:
Si la superficie de una muestra es demasiado rugosa, puede resultar difícil evaluar las esquinas de la indentación, especialmente si se utiliza equipo automático. Los arañazos derivados de la preparación pueden provocar errores en la lectura del tamaño de la indentación durante el ensayo de dureza automático.

Utilice una superficie pulida. Los requisitos de preparación de superficie dependen de la carga aplicada y de la dureza del material: cuanto más blando es el material, mayor es el nivel de pulido necesario. Encuentre un método de preparación adecuado para su material con nuestro metalograma.

Escenario problemático 3:
Si la muestra no se limpia adecuadamente después de la preparación mecánica y se realiza una lectura óptica del ensayo de dureza, una lectura automática podría malinterpretar las esquinas de la indentación.

Asegúrese siempre de que las muestras estén bien limpias antes de realizar el ensayo de dureza, ya que los contaminantes del paño de pulido (como suciedad o fibras) pueden dificultar la lectura.

Escenario problemático 4:
En una muestra fuertemente atacada químicamente, puede resultar difícil evaluar las esquinas de la indentación, lo que podría derivar en una conclusión menos precisa del ensayo de dureza.

Se debe evitar el ataque químico en la medida de lo posible, ya que reduce la reflectividad de la superficie. Si es necesario atacarlo, es preferible hacerlo de forma ligera, para que sea posible distinguir las esquinas de la indentación. En algunos casos, como al evaluar una soldadura, el ataque puede ser necesario.

Escenario problemático 5:
La dureza medida parece mayor de lo esperado.

Verifique las reglas sobre el espaciado adecuado entre indentaciones para el tipo de ensayo de dureza previsto. Si las huellas están demasiado cerca entre sí, puede producirse un endurecimiento por deformación.

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MSc in Petroleum Engineering,
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