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Angel Ernesto Cocoletzi Flores Universidad Aeronáutica en Querétaro. Ensayos de Dureza. Brinell / NORMA ASTM E10-08 Alcance. Para materiales cuya dureza Brinell es superior a los 400 se recomienda utilizar penetradores duros (de carburos metálicos). A partir de estos valores de dureza la deformación en el penetrador comienza a ser importante, y esta debe ser menor de ±0,005D. Por esta razón el empleo de este método está limitado a una dureza máxima de HB = 600. De esta manera se puede decir que a partir de los 400 Brinell es recomendable determinar la dureza a través de métodos como el Rockwell o Vickers. Por último es claro que el método no es aplicable a piezas de espesor delgado ya que la penetración usual puede ser mayor que dicho espesor. Tampoco es aplicable a superficies cementadas, nitruradas, o recubiertas ya que la profundidad de penetración puede ser mayor al espesor que alcanza el tratamiento en la superficie. Es un método conveniente en materiales poco homogéneos tales como las fundiciones materiales de grano grueso y piezas forjadas, debido a que el tamaño de la impronta permite obtener un mejor promedio de la dureza en la zona. Además si se utiliza la profundidad h de la impronta para la determinación de la dureza, la superficie a ensayar no requiere demasiada preparación. Como regla general: cuanto mayor es la huella menor es el requerimiento de preparación superficial. Definiciones de términos específicos de esta norma. Dureza Brinell: Es el cociente obtenido de dividir la carga de ensayo F, expresada en

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Angel Ernesto Cocoletzi Flores Universidad Aeronáutica en Querétaro. Ensayos de Dureza.

Brinell / NORMA ASTM E10-08Alcance.Para materiales cuya dureza Brinell es superior a los 400 se recomienda utilizar penetradores duros (de carburos metálicos). A partir de estos valores de dureza la deformación en el penetrador comienza a ser importante, y esta debe ser menor de ±0,005D. Por esta razón el empleo de este método está limitado a una dureza máxima de HB = 600. De esta manera se puede decir que a partir de los 400 Brinell es recomendable determinar la dureza a través de métodos como el Rockwell o Vickers. Por último es claro que el método no es aplicable a piezas de espesor delgado ya que la penetración usual puede ser mayor que dicho espesor. Tampoco es aplicable a superficies cementadas, nitruradas, o recubiertas ya que la profundidad de penetración puede ser mayor al espesor que alcanza el tratamiento en la superficie. Es un método conveniente en materiales poco homogéneos tales como las fundiciones materiales de grano grueso y piezas forjadas, debido a que el tamaño de la impronta permite obtener un mejor promedio de la dureza en la zona. Además si se utiliza la profundidad h de la impronta para la determinación de la dureza, la superficie a ensayar no requiere demasiada preparación. Como regla general: cuanto mayor es la

huella menor es el requerimiento de preparación superficial.

Definiciones de términos específicos de esta norma.Dureza Brinell: Es el cociente obtenido de dividir la carga de ensayo F, expresada en kilogramos fuerza, por área de impresión, expresada en milímetros cuadrados, considerando la superficie de ésta como un casquete esférico de una esfera de diámetro D.

Simbología.La dureza Brinell se representa por el símbolo HB, precedido de valor de dureza e indicando el diámetro de la esfera usada, así como la carga aplicada.

Ejemplo: 350 HB 5/750 es una dureza Brinell de 350, medida con una esfera de 5mm de diámetro y con una carga de 750 kgf. Si el tiempo de duración de la carga difiere de lo específico en el número 6.4.6, se añadirá un número que corresponderá al tiempo de duración de la carga en segundos.

HBS para los casos en que se utilice bola de acero.

HBW para cuando se utilice bola de carburo de tungsteno.

Angel Ernesto Cocoletzi Flores Universidad Aeronáutica en Querétaro. Método de ensayo.

FundamentoSe imprime en la pieza de ensayo una esfera de acero endurecido de diámetro D, mediante la acción de una carga F, durante un tiempo determinado, se retira la carga y se mide el diámetro promedio "d" de la impresión dejada sobre la superficie ensayada.

Equipo. Dispositivo para aplicación de

la carta, con características que pueda aplicarse la carga en forma lenta, uniforme y sin choques ni vibraciones.

Esferas, de acero endurecido, con diámetro nominal no menor que un milímetro, a menos que se precise otra cosa en la especificación del material.

Normalmente se usan esferas con diámetros de 1; 2; 2,5; 5 y 10 milímetros.

La esfera de acero endurecido debe tener una dureza no menor de 850 HV 10. Debe, además, estar pulida y libre de defectos superficiales.

Procedimiento. El ensayo generalmente se realiza a

temperaturas ambientales entre 0° y 40°C. Cuando se considere necesario realizar del

ensayo bajo condiciones controladas, éste deberá llevarse a cabo a una temperatura de 20 ± 2ºC en climas moderados, y 27 ± 2ºC en climas tropicales.

Colocar la probeta de ensayo sobre un soporte rígido. Las superficies de contacto deben estar limpias y libres de materias extrañas (aceite, óxido, polvo, etc). La probeta debe apoyarse perfectamente sobre el soporte, de manera que no ocurran desplazamientos.

Durante todo el ensayo, el aparato debe estar protegido contra vibraciones o choques.

Por regla general, la distancia del centro de la impresión al borde de la probeta debe ser lo menos 2,5 veces el diámetro de la impresión y la distancia entre los centros de dos impresiones adyacentes por lo menos cuatro veces el diámetro de la impresión. El ensayo deberá realizarse de modo que se evite cualquier factor que pueda alterar el resultado del ensayo (como pandeo en los bordes o distorsión de la probeta).

Colocar la esfera en contacto con la superficie de la probeta y aplicar la carga normalmente a esta superficie en forma gradual y sin choques ni vibraciones, hasta alcanzar la de ensayo.

Mantener la carga por espacio de 10 a 15 segundos.

Sobre cada impresión, medir dos diámetros perpendiculares entre sí y tomar el valor medio de estas medidas.

Para que el ensayo sea válido, el diámetro medio de la impresión será: 0,25 D < d < 0,50 D.

Para medir el diámetro de la impresión se usará un microscopio u otro instrumento apropiado, capaz de garantizar una lectura con una precisión de ± 0,25 %.

Se puede emplear cualquier método que permita una mejor medición del diámetro de la huella, siempre que no afecte a la misma.

El número de mediciones para un ensayo de precisión nunca será inferior a tres. Cuando un valor es muy diferente a los otros, debe ser descartado y tomado una nueva medición.

Preparación de la probeta. La superficie de la probeta de

ensayo debe ser plana, pulida y exenta de óxidos y materias extraños, para que permita determinar con exactitud el diámetro de la impresión.

La preparación de la probeta de ensayo debe realizarse sin alterar las condiciones originales del material, evitando calentamientos apreciables o endurecimientos superficiales.

El espesor de la probeta debe ser, por lo menos, ocho veces la profundidad h de la impresión. Sobre la cara opuesta de la superficie ensayada no debe aparecer deformación alguna, después de efectuado el ensayo.

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Rokwell / NORMA ASTM E18 – 11Alcance.El método como el Rokwell, en el cual la medición de la dureza es mucho más ágil y objetiva.

El ensayo es aplicable a todo tipo de materiales metálicos:

a) Blandos. Se utiliza como penetrador una bola de acero templado, similar al del ensayo Brinell.

b) Duros. Se utiliza como penetrador un cono de diamante de 120° de ángulo de vértice redondeado en la punta.

c) Duros. Se utiliza como penetrador un cono de diamante de 120° de ángulo de vértice redondeado en la punta.

Definiciones de términos específicos de esta norma.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.

Para el cono de diamante

HR=100− h0.002

Para bolas de cero HR=130− h0.002

Simbología.El número de dureza Rockwell se denota como HR seguido de la letra mayúscula de la escala:

64 HRC

Esta notación indica una fuerza Rockwell de 64 unidades en la escala C (diamante, carga total 159 kgf)Cuando se utiliza una bola como indentador, la designación de la escala es seguida por la letra “S” si es de acero o “W” si es de carburo de tungsteno.

La denominación de la dureza Rockwell ensayada es por escalas, de A a L, que identifica la precarga, carga y tipo de penetrador. La tabla 2.8 especifica distintas variantes del ensayo Rockwell existentes.

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Método de ensayo. FundamentoEn este método el penetrador es impulsado contra el material con una fuerza previamente establecida. Una vez que el aparato penetrado alcanza equilibrio y la fuerza inicial se ha alcanzado, se aplica una fuerza mayor y se mide la diferencia de penetración entre la primera fuerza y la segunda. El resultado de esa diferencia será el nivel de dureza del material.

Equipo. Máquina, para los ensayos

Rockwell se usa el esclerocopio, posee incorporado un sistema de medición de la profundidad de penetración, el cual muestra la dureza Rock well obtenida durante el ensayo.

Indentadores, el identador de diamante debe ser un cono con punta esférica altamente pulido. El ángulo debe ser de 120°± 30’. La punta debe ser una esfera de diámetro nominal 0.200 mm.

Las esferas deben tener una dureza Vickers (HV) de al menos 850. Las bolas tienen diámetros y tolerancias como se muestra en la siguiente tabla.

Procedimiento Ay C. Se cocoloca la probeta de ensayo sobre un

soporte rígido, a fin de que apoye perfectamente y no sufra desplazamiento durante el ensayo. Las superficies en contacto deben estar limpias y exentas de materias extrañas(aceites, óxidos, etc).

Se coloca el penetrador en contacto con la superficie de la probeta, perpendicularmente, realizando esta operación con el máximo cuidado para evitar sobrepasar esta carga.

Se ajusta el aparato una vez alcabzada la precarga Fo, hasciendo coincidir la aguja indicadora con el origen de las lecturas, aplicando el penetrador progresivamente hasta alcanzar la carga F1, en un lapso de tiempo de 3 a 6 segundos.

Se mantiene la carga F1 por un lapso de 10 segundos, después que el indicador de profundidad se haya detenido.

Se hace la descarga de la máquina manteniendo la precarga F0.

Se lee sobre el cuadrante del aparato el incremento permanente o de penetración del penetrador, del cual se deduce la dureza rockwell.

Preparación de la probeta. El espesor de la probeta a

ensayar no debe ser menor que 8 e(e=0.002),para valores más específicos ver tablas de la norma, de forma tal que sobre la cara opuesta a la superficie ensayada, no aparezca deformación alguna después de efectuado el ensayo.

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Vickers / NORMA ASTM E92 – 82Alcance.Este método es considerado como el método universal de medición de dureza y se le considera como una versión mejorada del método Brinnel.

Posibilidad de ensayar láminas metálicas delgadas, pequeñas muestras, tubos de pared delgada, materiales con capas especiales tratadas, capas galvánicas.

Definiciones de términos específicos de esta norma.El número de dureza Vickers HV- relaciona la aplicación de una fuerza y área de una impresión permanente hecha por un identador con forma de pirámide de diamante de base cuadrada habiendo incluido caras con ángulos de 136°.

HV=1.8544 Pd2

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

El método estándar se realiza bajo las siguientes condiciones:

Indentador : pirámide de diamante α = 136°

Carga (P): 1...120 kgf Duración de la carga (t): 10 ... 15 s

Simbología.El número de dureza Vickers se denota como HV. Ejemplo: 440 HV 30

Esta notación indica una dureza Vickers de 440 bajo carga de 30 kgf. Aplicada por un tiempo de 10 a 15s.

440 HV 30/20, Esta notación indica una dureza Vickers de bajo de 30 kgf. Aplicada por un tiempo de 20s.

Angel Ernesto Cocoletzi Flores Universidad Aeronáutica en Querétaro.

Método de ensayo.FundamentoEs una prueba de dureza por penetración, en la cual se usa una maquina calibrada para aplicar una carga compresiva predeterminada, con un penetrador piramidal de diamante de base cuadrada y ángulos entre caras de 136º apoyado sobre la superficie del material bajo prueba. Para conoces la dureza después de retirar la carga se miden las diagonales de la huella resultante.

Equipo. MAQUINA DE PRUEBA, soporta

la probeta y permite un contacto gradual y suave entre esta y el penetrador, bajo una carga predeterminada que se aplica durante un periodo de tiempo dado. El diseño de la maquina debe ser tal que no tenga balanceos o movimientos laterales de la probeta y del penetrador, mientras se aplica o retira la carga, se utiliza un microscopio de medición que generalmente va montado en la máquina.

PENETRADOR DE DIAMANTE. El penetrador debe estar finamente pulido con aristas bien definidas. La base de la pirámide debe ser cuadrada y sus caras opuestas deben formar un ángulo de 136º.

MICROSCOPIO DE MEDICION. Las divisiones de la escala micrométrica del microscopio, o de cualquier otro dispositivo de medición, deberán ser tal que pueda medirse la longitud de las diagonales de una huella con una aproximación de 5%, lo que sea mayor efectuada en una probeta, con la superficie pulida.

Procedimiento. MAGNITUD DE LA CARGA DE PRUEBA: Pueden

usarse cargas de prueba desde 1.96 N hasta 980.7 N conforme con los requisitos de la prueba. Él número de dureza Vickers es prácticamente independiente de la carga de prueba.

APLICACIÓN DE LA CARGA DE PRUEBA: La carga de prueba debe aplicarse y retirarse suavemente sin golpes o vibraciones. El tiempo de aplicación de la carga de prueba completa debe ser de 10 a 15 segundos a menos que se especifique otra cosa.

ESPACIO ENTRE HUELLAS: El centro de loa huella no debe estar cercano a la orilla de la probeta u otra huella en una distancia igual a dos veces y media la longitud de la diagonal de la huella. Cuando se prueba material con recubrimiento, la superficie de unión debe considerarse como una orilla para el cálculo del espacio entre huellas.

MEDICION DE LA HUELLA: Deben medirse ambas diagonales de la huella y su valor promedio usarse como base para el cálculo del número de dureza Vickers. Se recomienda efectuar la medición con la huella centrada, tanto como sea posible, en el campo óptico del microscopio.

Preparación de la probeta. ACABADO, la superficie de la

probeta debe prepararse de tal manera que se definan claramente los extremos de las diagonales y puedan medirse. Al preparar la probeta debe tenerse cuidado de no revenir la superficie durante el rectificado de la misma o de no endurecerla por trabajo mecánico durante el pulido.

Angel Ernesto Cocoletzi Flores Universidad Aeronáutica en Querétaro. Comparación de métodos.Durómetro Ventajas Desventajas

Rockwell

Ciclo de ensayo rápido. El soporte y/o ajuste de la muestra es crítica para el resultado. (Elija un método portable).

Resultado de dureza instantáneo. No aplicable para muestras que tienen capas de endurecimiento superficial.(Elija el método Vikers)

Posibilidad de automatización. El rango de cargas es de 147.1 N a 1471N(Las fundiciones o metalmecánicas requieren cargas de ensayo menores o iguales a 10 N y mayores a 30000N, por lo cual quedan exentas de medición las fundiciones grises y las chapas de menos de 0.15 mm de espesor).

No se requiere dispositivo óptico para medir la indentación(beneficio económico)

Debido a la gran variedad de escalas, los aceros no tratados se miden con durómetros híbridos.(Bancos Rockwell con penetradores y escalas Brinell).Esto no está estandarizado.

Menor sensibilidad de arrojar números de dureza erróneos debido a superficies de nuestras no del todo preparadas.Influencia del operador despreciable sobre el resultado.

Shore para metales(con escleroscopio)

El procedimiento es muy rápido y simple.

Las muestras delgadas deben ser bien sujetadas y estar limpias (Suelde la muestra a un soporte si no tiene otra alternativa).

La indentación dejada en la superficie del componente es invisible, por lo que puede considerarse ensayo no destructivo.

El penetrador debe caer en distintas áreas de la muestra para evitar lecturas erróneas en zonas ya medidas y que puede haber sido plastificadas.

El dispositivo puede ser portable, lo cual permitirá medir rodillos de laminación, moldes de forja, etc.

El acabado superficial de la muestra debe tener una rugosidad superior a 8, ser plana y con un espesor de 2mm.Cilíndricas no son posibles.

Vickers Casi no existe límite para las escalas de dureza.

Tiempo elevado para conseguir un acabado

Angel Ernesto Cocoletzi Flores Universidad Aeronáutica en Querétaro.

superficial de gran calidad en la muestra.(elija Rockwell)

Posibilidad de ensayar laminas metálicas delgadas, pequeñas muestras, tubos de pared delgada, materiales con capas especiales tratadas, capas galvánicas.

La indentación no es muy legible en algunos materiales debido a la distribución irregular de la carga.

Indentación pequeña. Medir la longitud de la diagonal puede arrojar un resultados erróneo.(Intente actualizar a un sistema automatizado de medición.)

No hay cambio en los valores de dureza independientemente de la carga que se use.

El resultado de la medición puede ser influencia por la calidad de la superficie de la muestra.(Elija Rockwell).

No hay cambio en los valores de dureza independientemente de que la muestra se mueva en dirección a la carga aplicada.

La influencia del operador puede afectar la medición de la dureza (Intente usar un sistema automatizado de medición con software integrado).

Brinell

Ensayo apto para materiales no homogéneos.

La capacidad de dureza límite es 650 HBW. (Elija Vickers)

Apto para ensayar muestras grandes que no están acabadas superficialmente, como piezas forjadas, fundidas, prensadas, laminadas en caliente y tratadas térmicamente.

No aplicable para ensayar muestras pequeñas y delgadas(Elija Vickers).

El penetrador es simple y robusto, permitiendo puede ser medida con ayuda de un microscopio simple.

Consume mucho tiempo la preparación de la superficie de la muestra y medir la indentación(Elija Rockwell).

La indentación puede ser medida con ayuda de un microscopio simple.

Gran daño relativo en las muestras debido a la indentación(Elija Vickers).

El número Brinell obtenido puede multiplicarse por un coeficiente específico de cada material para determinar el esfuerzo a la tracción del mismo.

La indentación es medida ópticamente con la vista humana, lo cual puede arrojar una interpretación errónea (Intente adoptar un programa de evaluación de imágenes asistido por computadora).Los ensayos son en superficies.

Angel Ernesto Cocoletzi Flores Universidad Aeronáutica en Querétaro. Trabajos citadosASTM E10. (2011). American Society for Testing Materials. Recuperado el 11 de septiembre de

2015, de American Society for Testing Materials: www.astm.org

ASTM E12, A. S. (27 de Marzo de 2012). ASTM. Recuperado el 11 de septiembre de 2015, de ASTM: http://www.astm.org/

ASTM E18-11, A. S. (2012). ASTM. Recuperado el 11 de septiembre de 2015, de ASTM: http://www.astm.org/

Pelorosso, P. O. (s.f.). Metalografia y ensayos de Metales. . CEsarini Hnos.

Santos E, Y. D. (2001). Acerca del ensayo de dureza . Notas Cientificas INDUSTRIAL DATA.