3. ENSAYOS DE PROPIEDADES MECÁNICAS (II)

ENSAYO DE DUREZA

La dureza es la resistencia que presenta un material para ser deformado en su superficie ante la acción dinámica de otro cuerpo. 

Es una propiedad que da una idea de la capacidad resistente del material, proporcionando además, una indicación sobre su resistencia al rayado y al desgaste o abrasión.

Existen diferentes significados según los campos:

• Metalurgia: resistencia a la indentación
• Polímeros: reacción elástica del material
• Mineralogía: resistencia al rayado
• Mecanizado: resistencia al corte
• Lubricación: resistencia a la abrasión
• Diseño: resistencia mecánica

En general se puede medir la dureza atendiendo a:

• Resistencia  que presentan los materiales a ser rayados por otros.
• Dureza que presentan los materiales a ser penetrados por otro más duro.

Ensayos de dureza por resistencia

Escala de MOHS

Se basa en que un cuerpo puede ser rayado por otro que sea más duro. Esta escala está compuesta por 10 minerales ordenados de forma que cada uno de ellos es rayado por el siguiente.

Ensayo MARTENS

Se mide la anchura (a) de la rayadura que produce en el material una punta de diamante piramidal (ángulo en el vértice de 90º) bajo carga constante. 

Ensayos de dureza por rebote 

En estos ensayos se emplean esclerómetros que constan de un tubo graduado de 0 a 100 y en cuyo interior se impulsa un proyectil (la forma de este depende del esclerómetro empleado y del material a ensayar) que impacta en el material desde una posición fija. La altura del rebote determina la dureza del material. 

Esclerómetro

Partes de un esclerómetro

Una variante sería el método dinámico que se basa en la medida de las velocidades de impulsión (VB) y rebote (VA) del cuerpo móvil impulsado por un resorte contra la superficie del material a ensayar, calculándose la dureza como: 

Ensayos de dureza por indentación 

Mediante este tipo de ensayos se evalúa la oposición que ofrece un material a que otro más duro pueda hacer mella en su superficie por efecto de una presión. 

Tabla de ensayos por indentación

Instrumentación

Durómetro

Indentadores

Proyector de perfiles

• Método BRINELL (Dureza HB)

Mide la huella del casquete esférico que deja una bola de acero endurecido al ser comprimida sobre una superficie plana y lisa del material a ensayar hasta alcanzar la carga prevista y mantenida cierto tiempo. La dureza se expresa mediante el cociente entre la carga aplicada y la superficie del casquete. 

• Método VICKERS (Dureza HV)

El indentador es una pirámide diamante de base cuadrada, formando las caras opuestas en el vértice en un ángulo de 136º. La dureza se expresa como el cociente entre la carga y la superficie de la huella proyectada. 

• Método ROCKWELL (Dureza HR)

Expresa la dureza en función de la profundidad que alcanza la huella. 

Se procede a ensayar el material en tres pasos:

1. Se aplica una precarga (P0) midiéndose la profundidad alcanzada (e0).
2. Se incrementa la carga en un valor (P1). 
3. Se retira la carga P1 manteniéndose P0. Se mide la profundidad permanente ef. 
4. La diferencia entre las profundidades es la dureza del material.

Existen diferentes variantes del método Rockwell, siendo las más usadas la B(HRB)  y la C (HRc). 

Ensayos Rockwell C y Rockwell B

• Método KNOOP (Dureza HK)

Para este método de ensayo se una un indentador de diamante con forma de pirámide alargada que presiona con una carga P contra la superficie de la probeta y se mide la diagonal mayor (L) de la huella tras retirar la carga. 

Este método es adecuado para probetas pequeñas o delgadas, y para materiales frágiles (cerámicas o vidrios).

Ensayo Knoop

La dureza del material ensayado se expresa según la fórmula: 

* Conversión de los valores de los diferentes métodos de ensayos de dureza

Conversión de las diferentes escalas de dureza

Relación entre la dureza y la resistencia

Existe una relación empírica entre la resistencia mecánica a la tracción (sR) y la dureza Brinell(HB) para los aceros.