Ensayos de Dureza y Resiliencia en Materiales: Métodos y Aplicaciones

Ensayo de Dureza Vickers

En el ensayo de dureza Vickers, el penetrador es una pirámide de base cuadrada, cuyas caras opuestas forman un ángulo de 136º. La dureza es función de la superficie lateral de la huella y de la carga aplicada. Como la superficie lateral de la huella no es una medida que podamos tomar directamente, la expresión, en términos de dimensiones que podemos medir, será la adecuada para este tipo de ensayo.

Ventajas del Ensayo Vickers

• Se puede emplear con piezas de espesores muy reducidos (hasta 0.2 mm).
• Puede medir dureza superficial, aunque la huella sea poco profunda.
• Se puede utilizar en superficies cilíndricas o esféricas.

Ensayo de Dureza Rockwell

El ensayo Rockwell se puede utilizar indistintamente con materiales muy duros o con materiales blandos.

• Para materiales blandos (con durezas menores que 200), el penetrador es una bola de acero de diámetro 1.5875 mm, y la dureza determinada será una dureza Rockwell B.
• Para materiales duros (con durezas mayores que 200), el penetrador es un cono de diamante de 120º en la punta, y la dureza determinada será una dureza Rockwell C.

El ensayo Rockwell es un ensayo rápido y fácil de realizar, pero menos preciso que los anteriores. En él, la dureza se obtiene en función de la profundidad de la huella y no de la superficie, como en el Brinell y el Vickers.

Procedimiento del Ensayo Rockwell

1. Se aplica una carga de 10 kg al penetrador (bola o cono), provocando una pequeña huella en la superficie del material a ensayar. Se mide la profundidad de esta huella, h₁, y se toma como referencia, colocando a cero el comparador de la máquina.
2. Se aumenta en 90 kg la carga, si se emplea el penetrador de bola, y en 140 kg si es el de cono, manteniendo la carga durante un tiempo entre 1 y 6 segundos. A continuación, se mide la profundidad de la huella producida, h₂.
3. Se retira la carga, con lo que el material trata de recuperar su posición inicial, quedando una huella permanente de una profundidad h_1+e.

La dureza Rockwell no se expresa directamente en unidades de penetración, sino como diferencia de dos números de referencia.

Ensayo de Dureza Brinell

En el ensayo Brinell, el penetrador es una bola de acero templado (muy duro). La dureza Brinell se calcula en función del área del casquete de la huella realizada y de la carga aplicada. Como el área del casquete de la huella no es una medida que podamos tomar directamente, la expresión, en términos de dimensiones que podemos medir, será la adecuada para este tipo de ensayo.

Restricciones del Ensayo Brinell

• No es recomendable para valores de dureza superiores a 500 HB si la bola del penetrador no es de carburo de tungsteno.
• Solo es adecuado para materiales de espesor grueso, ya que las huellas que se obtienen son nítidas y de contornos bien delimitados. Si se aplica a materiales de espesores pequeños, se deforma el material y los resultados obtenidos son erróneos. En estos casos, se deberá disminuir la carga aplicada, con lo que las huellas serán menos profundas, y el diámetro del penetrador, para que el diámetro de la huella quede comprendido entre D/4 y D/2.
• No es recomendable para piezas cilíndricas y esféricas.
• En este ensayo, la carga a aplicar depende del material a ensayar y del cuadrado del diámetro de la bola del penetrador.
• El tiempo de aplicación de la carga es función de la dureza del material a ensayar, oscilando entre 10 segundos y 3 minutos; a mayor dureza, menor tiempo de aplicación.

Ensayo de Resiliencia

El ensayo de resiliencia es un ensayo destructivo que consiste en romper una probeta del material a ensayar golpeándola con un péndulo. Para facilitar el inicio de la fisura, se realiza una hendidura o entalladura en la probeta.

El objetivo del ensayo es conocer la energía que puede soportar un material al recibir un choque o impacto sin llegar a romperse.

Para realizar este ensayo, se utiliza el péndulo Charpy, que consta de un brazo giratorio con una maza en su extremo, que se hace incidir sobre la probeta provocando su rotura.

El péndulo, de masa m, se encuentra a una altura inicial H, por lo que tiene una determinada energía potencial antes de iniciar el ensayo. Cuando se inicia el ensayo, se libera el péndulo que, tras golpear la probeta y romperla, continúa con su giro, alcanzando una altura final h, por lo que tendrá una nueva energía potencial.

La energía que ha absorbido la probeta durante su rotura será la diferencia de energías potenciales inicial y final.

Si la probeta no se rompe y el péndulo se detiene al chocar sobre ésta, es necesario aumentar la energía potencial del péndulo, ya sea aumentando la masa o bien aumentando la altura inicial.