DUREZA

Se entiende por dureza por la propiedad superficial del material de resistir la deformación

elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos inferidos por otro cuerpo, más

duro, el cual no sufre ningunas deformaciones residuales. La dureza constituye una de las

propiedades más importantes a causa de que, correctamente interpretada, da mucha

información acerca de la condición o estado del material.

Los diferentes métodos utilizados para obtener los valores de dureza se pueden clasificar

en dos grupos según la forma de aplicación de la carga:

Ensayos estáticos: en los que la carga se aplica en forma estática o cuasi-estática.

En este caso un indentador que presiona contra la superficie del ensayo con una

carga que se aplica en forma relativamente lenta, la medida de dureza en este

método resulta del cociente de la carga aplicada y el área de la huella que deja el

indentador en la superficie, como sucede en el método Brinell y vickers, como bien

es una medida de la profundidad de la indentacion como el método Rockwell.

Ensayos dinámicos: son los que la carga se aplica en forma de impacto, el

indentador es lanzado sobre la superficie del ensayo con una energía conocida y

el valor de dureza se obtiene a partir de la energía de rebote del penetrador luego

de haber impactado en la muestra, como es el caso del método de Shore y en el

de Leeb.

Podemos decir que se mide la dureza cuando se ha establecido una correlación entre la

dureza y alguna otra propiedad del material (La resistencia a la abrasión, a la tracción o al

desgaste, etc). Importante es saber que dichas correlaciones son aplicables en forma muy

cuidadosa sobre un rango acotado de materiales sobre los cuales se conoce,

empíricamente, las condiciones en que se cumple la relación entre la propiedad buscada

y el valor de la dureza.

INDENTADOR

El indentador o también llamado el penetrador puede ser una bola de acero templado, o

un cono diamante, o un indentador de diamante en forma de pirámide de base cuadrada,

la cual se fuerza contra la superficie del material a ensayar bajo condiciones específicas y

se mide el diámetro de la impresión resultante luego de remover la carga, para calcular la

dureza.

El probador Brinell es un método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de una

máquina calibrada, se fuerza una bola endurecida contra la superficie del material a

analizar y se mide el diámetro de la indentacion resultante (Ver figura 1).

Figura 1.

Como definición a la norma estándar ASTM E 10-78, el número de dureza Brinell (como

esfuerzo de contacto), es la relación de la carga P que efectúa el penetrador esférico de

diámetro D, al área de la superficie de la huella:

HBSO HBW= FA

= FπD2

¿¿ ;

HBS para los casos en que se utilice bola de acero

HBW para cuando se utilice bola de carburo de tungsteno

Para el método de dureza Vickers se hace penetrar un indentador de diamante en forma

de pirámide de cuatro caras con un ángulo determinado en el vértice, bajo una carga

predeterminada, contra la superficie del material a ensayar y se mide la diagonal

resultante de la impresión ( ver figura 2).

Figura 2.

Con base a la norma estándar ASTM E-92 el número de dureza Vickers es:

Donde “d” es la media aritmética de las diagonales d1 y d2.

Los métodos Brinell y Vickers poseen una insuficiencia principal, que la medición de las

características geométricas de la impronta toma mucho tiempo, además dicha medición a

veces no es exacta. Por esto surgió la necesidad de desarrollar otros métodos de

determinación de la dureza llevando al desarrollo de métodos como el Rockwell, en el

cual la medición de la dureza es mucho más ágil y objetiva.

El estándar ASTM E 18-03 define la dureza Rockwell como un método de ensayo por

indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza un penetrador

cónicoesferoidal de diamante contra la superficie del material a ser ensayado, en dos

operaciones, y se mide la profundidad permanente de la impresión bajo condiciones

específicas de carga. Y se define el número de dureza Rockwell como un número

derivado del incremento neto en la profundidad del indentador cuando la fuerza en el

indentador es incrementada desde una fuerza previa (preliminar específica) hasta una

fuerza total (específica) y luego retornada al valor de fuerza previa (ver figura 3).

Figura 3

Para determinar la dureza Rockwell se utilizan dos tipos de indentadores: el cónico-

esferoidal de diamante y el de bola (acero o carbono de tungsteno) de varios diámetros

Entre el número de Rockwell y la profundidad de la impronta h existe la siguiente

dependencia:

DUROMETRO

Los durómetros también llamados instrumentos o medidores de dureza son dispositivos

utilizados para medir o determinar la dureza de los materiales.

Para la medición de la dureza el funcionamiento del durómetro es:

Una vez seleccionado el material al cual se quiere conocer la dureza, se normaliza la

fuerza que se le ha de aplicar a través de un identador o penetrador, que deber estar

normalizado (ajustado a una norma).Dependiendo de la profundidad o tamaño de la huella

resultante de haber aplicado la fuerza, obtendremos la dureza del material.

Figura 4. Partes de un durómetro

La dureza de los materiales tiene distintas clasificaciones y para cada una de estas un

durómetro, lo más utilizados son:

Durómetro Rockwell: Obtiene la medición de la dureza del material de manera

directa obteniendo una huella pequeña del material, por lo que su procedimiento

es considerado como ensayo no destructivo.

Durómetro Vickers: Utilizado para materiales blandos, aunque sus mediciones

coinciden con las de la escala Brinell.

Durómetro Brinell: Los durómetros Brinell miden la resistencia a la tracción del

material analizado.

ESCALA DE DUREZA

En el transcurso de la historia, durante el estudio y clasificación de los minerales, hubo un

momento en que se hacía pertinente establecer un método que permitiera discernir los

diferentes grados de dureza de las rocas y minerales. Los primeros ensayos de dureza se

basaron en el comportamiento de los minerales según su capacidad de rayar a otro más

blando. Para ello se definió una escala llamada Mohs, que se debió a su creador Friedrich

Mohs, empezó a clasificar los minerales por sus características físicas, en vez de por su

composición química.

La escala de Mohs es una relación de diez minerales ordenados por su dureza, que van

del 1 al 10 de menor a mayor. El diamante se encuentra en lo más alto de la escala, con

una dureza de 10, el talco es el más blando, con una dureza de 1. Se puede utilizar los

minerales de los que conoces su dureza para determinar la dureza de cualquier otro

minera.

Para aplicar la escala de dureza (ver tabla 1), intenta rallar la superficie de una muestra

del mineral desconocido con una muestra de un mineral de dureza conocida que se

encuentra en la escala. Si la muestra desconocida no se puede rallar con un trozo de

calcita (3) pero sí que se puede rallar con un trozo de fluorita (4), entonces su dureza esta

entre 3 y 4. Se podría utilizar este test para distinguir entre calcita y barita o barita y

fluorita.

Tabla 1.

Por no guardar la misma proporción en los intervalos, se han establecido otras escalas de

dureza, basadas en otros métodos, aunque la escala de Mohs aún se aplica en geología

debido a su sencillez y facilidad para estimar la dureza de los minerales con medios

simples.

CAMPOS DE APLICACIÓN DEL ENSAYO

DE DUREZA

Los campos de aplicación del ensayo de dureza son muchos, pero lo más destacado son:

En la industria farmacéutica: En la medición de la dureza de pastillas y cápsulas

para verificar que puedan resistir el proceso de producción, empaque, distribución

y venta, también para asegurarse de que la dureza del medicamento permita su

desintegración dentro del cuerpo o que sea fácil de masticar.

En la construcción: Para determinar la dureza del metal y resistencia de los

materiales con los que se ha de construir o del metal que se está forjando para

garantizar que cumplen con determinados estándares de seguridad y de calidad.

En productos de fundación y forjado: El valor de dureza es una magnitud

importante a la hora de controlar procesos de producción de piezas de fundición y

forjado. Para el control de componentes, a menudo, se utiliza el método Brinell con

altas fuerzas de ensayo para obtener mediante huellas grandes un valor medio

estable de los componentes estructurales.

METODOS DE DUREZA

PORTATIL

Medidor de dureza portátil sirven para la determinación rápida de la dureza de una

superficie, los probadores convencionales de dureza, Rockwell, Brinell o Vickers requieren

siempre que la pieza se traiga al equipo de prueba, debido a que esto no siempre es

posible por razones prácticas y sobre todo por razones de geometría, los probadores de

dureza portátiles han sido desarrollados para permitir la prueba de los componentes en

sitio. Las pruebas de dureza con instrumentos portátiles para campo han avanzado

enormemente en estos tiempos en los que la presión de los costos y los requisitos de

calidad son más estrictos; éstas representan no solamente una ventaja de rapidez sino

también económica con respecto de las pruebas de dureza tradicionales realizadas en

equipos estacionarias en los procesos de producción modernos.

Dependiendo del método de prueba, otros valores numéricos son entonces determinados,

los cuales son debidos y caracterizados por:

1.- La forma y el material del penetrador.

2.- El tipo y el tamaño de la carga, es decir carga de prueba.

Los diferentes métodos de prueba pueden dividirse en dos grupos:

- Método de prueba estático.

- Método de prueba dinámico.

a) Método de prueba estático

En este método la carga se aplica total o parcialmente estática. Después de quitar la

carga de prueba, el valor de dureza se define como el cociente de la carga de prueba y la

superficie o el área proyectada de la huella permanente en escalas de dureza (Brinell,

Vickers o Knoop). En pruebas de dureza en escala Rockwell, la dureza se determina por

medio de la profundidad de penetración permanente de un cuerpo debido a la carga de

prueba.

b) Método de prueba dinámico

En comparación con el método estático, en este caso la carga se aplica en el modo de

impacto, y la dureza se determina en base a su huella “pérdida de energía”.

Unos de estos diferentes métodos de prueba de dureza:

-Método UCI – ASTM A 1038:

Como en las pruebas de dureza Vickers o Brinell, la pregunta es en cuanto al tamaño de

la huella de prueba dejada en el material por un diamante Vickers después de aplicar una

carga de prueba fija, esto también ocurre en la prueba de dureza Vickers según el método

de Impedancia Ultrasónica de Contacto (UCI).

Sin embargo, las diagonales de la prueba no se determinan ópticamente para el valor de

dureza como de costumbre, pero el área de la huella es detectada electrónicamente

midiendo el cambio de una frecuencia ultrasónica.

Los equipos del método UCI – ASTM A 1038 y sus aplicaciones son:

Equipo MIC 10:

Aplicación típica:

• Material de grano fino

• Materiales endurecidos

• Capas delgadas

• Mejoramiento de dureza: sobre curvas en soldadura,

etc

Equipo MIC 20:

Aplicación típica:

• Todas las aplicaciones UCI

• Todas las aplicaciones de rebote.

-Método de Rebote – ASTM A956:

Aun cuando los sensores de dureza operan de acuerdo al método Leeb o de rebote, el

tamaño de la huella de prueba generada depende de la dureza del material. Sin embargo

en este método la pérdida de energía de un supuesto impacto de cuerpo es medido

indirectamente.

Una masa, en este caso el cuerpo de impacto con una bola de carburo de tungsteno

unida a su extremidad, es rebotada contra la superficie de prueba a una velocidad

definida por la fuerza del resorte. El impacto crea una deformación plástica de la

superficie debido a que el cuerpo de impacto pierde parte de su velocidad original, es

decir cuanto más suave es el material, mayor es la pérdida de energía.

Los equipos del método de Rebote – ASTM A956 y sus aplicaciones son:

Equipo Dynamic:

Aplicación típica:

• Partes mecánicas o unidades de motor hechas de

aleaciones de acero y aluminio.

• Componentes sólidos con superficie comorolada.

• Largas series de productos durante la producción.

Equipo MIC 20:

Aplicación típica:

• Todas las aplicaciones UCI

• Todas las aplicaciones de rebote.

- Método TIV:

El TIV (método óptico a través del indentador) es un dispositivo de prueba portátil de

acuerdo al método Vickers. Este incluye un sistema óptico (cámara CCD) el cual permite

ver “por el diamante” (a través del indentador), este método permite observar

directamente el proceso de penetración del diamante Vickers en el material de prueba.

El medidor de dureza TIV puede ser usado dependiendo del material, sin ninguna

calibración adicional.

Los equipos del método TIV y sus aplicaciones son:

Equipo TIV:

Aplicación típica:

• Pruebas de dureza sobre materiales distintos sin calibración.

• Pruebas de dureza sobre componentes delgados (placas de

metal, bobinas)

• Superficies endurecidas.

Bibliografica

Gabriel Calle y Edison Henao, dureza rockwell

Gabriel Calle y Edison Henao UTP, dureza brinell

Gabriel Calle y Edison Henao, dureza RICKERS

www.mineraltown.com/InfoColeccionar/DUREZA_ESCALA_DE_MOHS.htm

www.quiminet.com/articulos/el-durometro-definicion-caracteristicas-y-funcionamiento-

2558457.htm

www.llogsa.com/dureza