Propiedades y Métodos de Ensayo de Dureza en Materiales Metálicos

Dureza de Materiales: Concepto y Fundamentos

La dureza es una condición del material, no representa una propiedad fundamental de la materia, y está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas del material. No existe una definición única, ya que se relaciona directamente con el método de ensayo utilizado. Generalmente, la dureza se clasifica según el tipo de resistencia que mide:

1. Resistencia a la indentación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas (dureza por penetración).
2. Absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas (dureza por rebote).
3. Resistencia a la abrasión (dureza por desgaste).
4. Resistencia al rayado (dureza por rayado).

Independientemente de las definiciones enumeradas, en general, se entiende por dureza la propiedad que tienen los materiales de resistir la penetración de un indentador bajo carga. En este sentido, definiremos dureza como: la resistencia de un material a la deformación plástica localizada.

Clasificación de los Métodos de Ensayo

Los métodos utilizados para obtener los valores de dureza se pueden clasificar en dos grandes grupos según la forma de aplicación de la carga:

Ensayos Estáticos

En estos ensayos, la carga se aplica de forma estática o cuasi-estática. En general, la medida de dureza resulta del cociente de la carga aplicada (P) y el área de la huella que deja el indentador en la superficie, como es el caso de los métodos Brinell, Vickers y Knoop. Alternativamente, la dureza puede ser una medida de la profundidad de la indentación, como en el ensayo Rockwell.

Ensayos Dinámicos

En estos ensayos, la carga se aplica en forma de impacto. El indentador es lanzado sobre la superficie a ensayar con energía conocida, y el valor de dureza se obtiene a partir de la energía de rebote del penetrador luego de impactar en la muestra. Esto sucede en los métodos de Shore y Leeb.

Métodos Específicos de Dureza por Penetración

Dureza Brinell

El ensayo de dureza Brinell consiste en presionar la superficie del material a ensayar con una bolilla de acero muy duro o carburo de tungsteno, produciéndose la impresión de un casquete esférico correspondiente a la porción de la esfera que penetra (ver Fig. 1). El valor de dureza, conocido como número de Brinell HB, resulta de dividir la carga aplicada P por la superficie del casquete.

Dureza Rockwell

Al igual que en el ensayo Brinell, la dureza se determina en función del grado de penetración de la pieza a ensayar a causa de la acción del penetrador bajo una carga estática dada. Difiere del ensayo Brinell en que las cargas son menores y los penetradores más pequeños, por lo que la impronta será menor y menos profunda.

Además, el ensayo Rockwell no requiere la utilización de fórmula alguna para la determinación de la dureza. Esta se obtiene directamente del dial indicador de la máquina, ya que la misma está dada por el incremento de profundidad de penetración debido a la acción del penetrador, el cual puede ser una bolilla de acero o un cono de diamante.

Dureza Vickers

La determinación de la dureza Vickers es similar a la Brinell, ya que se obtiene del cociente de la carga aplicada por la superficie de la impronta. Sin embargo, en este caso se utiliza una carga pequeña y el penetrador es un diamante en forma de pirámide (como se muestra en la Fig. 9).

Método Shore (Dureza por Rebote)

Este método emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se mide la altura del rebote. A mayor rebote, mayor dureza. Es un método elástico, no de penetración como los otros, y la medición es directa en el instrumento.

Consideraciones para el Ensayo Shore

Para que el método de dureza Shore funcione exitosamente, es necesario:

• Realizar un mínimo de tres ensayos en la misma superficie, pero en sitios distintos.
• Evitar la alteración del resultado, ya que el golpe produce un endurecimiento localizado en la muestra.

Aplicaciones de la Medición de Dureza

En general, la medición de dureza se puede utilizar para:

• Evaluar la efectividad de un tratamiento térmico.
• Evaluar la resistencia al desgaste de un material.
• Evaluar la maquinabilidad del material.
• Obtener una idea de la resistencia a la tracción de un material.

Correlaciones entre Dureza y Otras Propiedades

Las correlaciones entre la dureza y alguna otra propiedad del material deben aplicarse de forma muy cuidadosa y solo sobre un rango acotado de materiales sobre los cuales se conoce su comportamiento. Así, por ejemplo, para aceros al carbono (C) recocidos y con menos de 0,8% de carbono, se tienen correlaciones específicas.