Comprobar la dureza de cualquier material es primordial para sus aplicaciones. Si no se determina la dureza, sería imprudente utilizar el material. La dureza controla muchas otras características de los materiales. Sin embargo, existen diferentes tipos de pruebas de dureza.
Cada una de estas pruebas de dureza varía en la forma de medir la dureza. Esto hace que el proceso de selección sea desalentador y complicado. Sin embargo, entender cómo funcionan esas pruebas hará que las cosas sean mucho más manejables. ¿Verdad? Los fabricantes utilizan algunas de ellas en función de sus necesidades. Analicemos cada una de estas pruebas.
Descripción general de la dureza y sus pruebas
Antes de sumergirnos, ¿no se pregunta por qué necesitamos medir la dureza del material? Al fin y al cabo, esta medición nos lleva a hablar de estas diversas pruebas. Medir la dureza es crucial a la hora de seleccionar el material para su proyecto. Pero, ¿qué es la dureza en sí?
La dureza es la capacidad de cualquier material para resistir la fuerza o la deformación. Es la definición típica de diccionario. Pero en la vida rutinaria, la entendemos como la capacidad de un material para resistir el desgaste. Define lo bueno o fuerte que será un material. La dureza indica la durabilidad de los materiales.
Hablemos de la importancia de la medición de la dureza. Probar y conocer la dureza nos proporciona una valiosa información sobre el material. Nos dice si un material será duradero o adecuado para una aplicación específica. Hay que tener en cuenta que esta rigidez influye en muchas otras características de los materiales. Por ejemplo, los materiales rígidos o duros son resistentes al desgaste.
Soporta fácilmente las tensiones y no se rompe con facilidad. Por el contrario, los materiales con menos dureza son débiles y propensos al desgaste. Por eso es esencial medir la dureza. Indica lo resistente que será un material durante su uso. Conocer una dureza ayuda a los ingenieros a estimar otras características del material.
Diferentes tipos de durómetros
Estoy seguro de que ya tiene una idea más clara de por qué los ensayos de dureza son fundamentales. Permítame que le diga algo más: hay una gran variedad de pruebas de dureza. Cada uno de ellos utiliza diferentes herramientas o máquinas para realizar la prueba. Para utilizarlos es necesario conocer su forma de trabajar.
Esta es la lista de las pruebas de dureza más comunes:
- Ensayo de dureza Rockwell
- Ensayo de dureza Brinell
- Ensayo de dureza Vickers
- Prueba de dureza Knoop
- Prueba de dureza Leeb
- Prueba de dureza Shore
- Prueba de dureza Webster
Cada una de estas pruebas tiene unas especificaciones concretas. Examinémoslas y veamos cómo funcionan.
1- Ensayo de dureza Rockwell
El ensayo de dureza Rockwell es más fiable y ampliamente utilizado. Una máquina especializada en ensayos de dureza Rockwell se utiliza en el proceso de ensayo. El material sometido a las pruebas sufre la fuerza o carga. El penetrador es un componente crítico de la máquina que aplica cargas a la pieza.
El ensayo Rockwell consiste en utilizar dos cargas. La primera carga suele ser más baja o menor. La segunda es más intensa y elevada (mayor). Por ejemplo, el operario utilizará la primera carga de 10 kg a través del penetrador sobre la pieza. Esta carga creará cierta penetración en la superficie del material, ¿verdad?
El operario medirá la profundidad creada por la penetración del penetrador. Una vez hecho esto, se aplicará la segunda carga al material. Pero esta segunda carga será más intensa y elevada que la primera. Si la primera es de 10 Kgfel segundo sería 60 Kgf. Esta carga de 60 Kgf creará más profundidad y penetración.
El operario medirá de nuevo la profundidad creada por la segunda carga. A continuación, comparará la profundidad creada por las dos cargas. Esta comparación dará el valor de dureza. Este tipo de ensayo suele ser adecuado para metales duros y aleaciones. Recuerde que hay diferentes escalas de prueba Rockwell disponibles e ideales para probar diversos materiales.
Puede que estés confundido sobre la carga y su valor. Generalmente, estas primera y segunda cargas dependen de la escala Rockwell que hayamos utilizado. Esta escala es diferente para los distintos materiales. Normalmente, la primera carga (menor) permanece igual. La segunda carga o carga significativa varía. Aquí está la tabla que muestra las escalas con las cargas:
| Escala Rockwell | Carga menor | Carga principal |
| Rockwell A (HRA) | 10 Kgf | 60 Kgf |
| Rockwell B (HRB) | 10 Kgf | 100 Kgf |
| Rockwell C (HRC) | 10 Kgf | 150 Kgf |
2- Ensayo de dureza Brinell
El ensayo de dureza Brinell no es nuevo y se utiliza desde hace muchas décadas. Esta prueba consiste en aplicar fuerza al material a través de bolas de acero o carburo. La bola de carburo se utiliza en el penetrador. Se aplica una fuerza de al menos 3000 kilogramos a la superficie del material.
Esta fuerza extrema crea una hendidura o profundidad. Midiendo esta profundidad se obtiene la dureza Brinell. No es tan sencillo como parece. Hay muchos factores que determinan la dureza Brinell final de cualquier material. Entre ellos se incluyen el tiempo de permanencia, la fuerza aplicada, la profundidad creada, etc.
Una cosa que me gusta del ensayo de dureza Brinell es que da un único valor de dureza para los materiales. A diferencia del ensayo Rockwell, en el ensayo Brinell no hay varias escalas de dureza. Todo lo que tienes que hacer es colocar una muestra en el soporte. Aplicar la fuerza y realizar cálculos sencillos. Aquí está la lista de algunas durezas Brinell de algunos materiales.
| Material | Número de dureza Brinell (BHN) |
| Madera blanda (por ejemplo, pino) | 1,6 HB |
| Aluminio puro | 15 HB |
| Cobre | 35 HB |
| Acero dulce | 120 HB |
| Diboruro de renio | 4600 HB |
HB en la tabla indica la "Dureza Brinell". El nombre de esta prueba es una especie de homenaje a su inventor, el Dr. Johan August Brinell. Una variedad de Máquinas de ensayo Brinell están disponibles, y su precio varía. En general, esta prueba es adecuada para materiales gruesos y resistentes, ya que aplica una fuerza extrema.
3- Ensayo de dureza Vickers
Esta prueba se inventó en 1924. Es ligeramente diferente de otros métodos, ya que no se preocupa por la profundidad creada en la superficie del material. En cambio, está más relacionado con el tamaño de la hendidura. Voy a explicar esta prueba con más detalle. El sitio Durómetro Vickers consiste en un penetrador con forma de diamante piramidal.
El operario aplica fuerza sobre la superficie del material con este indentador de diamante piramidal. Esta fuerza crea una hendidura en la superficie de la pieza de trabajo del material. Ahora, los fabricantes miden el tamaño de esta indentación. Tenga en cuenta que esta indentación tendrá forma de diamante, igual que la forma de un indentador.
Este ensayo también se utiliza para piezas y partes pequeñas, por lo que las indentaciones pueden ser pequeñas. Por ello, los operarios utilizan microscopios para analizar el tamaño de la muesca. Una vez medido el tamaño de la indentación, se introducen los valores en la fórmula, en la que intervienen distintos parámetros.
Esta fórmula y este cálculo proporcionan al operario la dureza exacta del material. Al igual que el ensayo Brinnel, este método utiliza una única escala, lo que facilita la comprensión del resultado para los profanos. Como se trata de medir el tamaño de pequeñas hendiduras, también se denomina microdurómetro.
4- Ensayo de dureza Knoop
Esta prueba es similar a la dureza Vickers hasta cierto punto. Utiliza un indentador de diamante con forma romboédrica alargada para crear una muesca alargada. En general, este ensayo es adecuado para materiales pequeños. El operador observa la indentación en forma de diamante utilizando un microscopio.
En primer lugar, se coloca el material en el soporte de la máquina. Se aplica una pequeña fuerza de alrededor de 1 kg o incluso menos. Esta fuerza crea una hendidura más alargada. Por tanto, el operario no mide el tamaño total de la hendidura. En su lugar, mide la longitud diagonal larga y la analiza y calcula.
Tenga en cuenta que esta prueba Knoop implica el cálculo de la dureza a través de una fórmula. Lo que me gusta de este ensayo es que puede probar la dureza de materiales delgados, pequeños y quebradizos. Generalmente, todos los demás ensayos de dureza aplican una fuerza elevada que hace que el material sea propenso a romperse. Pero esta prueba Knoop funciona aplicando una fuerza suave.
Lo más destacado: La diferencia entre los ensayos Knoop y Vickers radica en la forma del penetrador. La prueba de Vicker utiliza un penetrador de diamante piramidal. En cambio, la prueba de Knoob utiliza un penetrador alargado. A diferencia de la prueba de Vickers, el operario sólo mide la longitud diagonal larga.
5- Prueba de dureza Leeb
El ensayo Leeb se distingue de todos los demás ensayos de dureza. La razón es que se basa en la velocidad de rebote de la bola (penetrador). Utiliza una bola dura de carburo de tungsteno como penetrador. La máquina utilizada para esta prueba es compacta y portátil.
Durante el ensayo, la máquina lanza o impulsa la bola dura o el penetrador sobre la superficie del material. Los penetradores golpean la superficie y regresan. Las máquinas miden la velocidad de rebote de la bola tras el impacto. Tras chocar con la superficie, también comprueban la velocidad y la distancia a la que ha llegado la bola (penetrador).
Calculando y analizando esta medida se obtiene la dureza exacta del material. Así, esta prueba se basa en la velocidad de rebote de la pelota después de golpear el material. Cuanto más rígida sea la superficie, más rápido rebotará la bola, y viceversa. Este ensayo de dureza Leeb es adecuado para metales pesados de más de 5 kg. Su precisión no será fiable si se utiliza una pieza pequeña.
6- Prueba de dureza Shore
Esta prueba es fácil de realizar. Su nombre rinde homenaje a Albert Shore, el primer fabricante del durómetro. Este durómetro consta de indentadores redondos y se utiliza para realizar la prueba. A diferencia de otras pruebas, esta prueba Shore se adapta a materiales blandos como plásticos y cauchos.
Analicemos cómo funciona esta prueba de dureza Shore. En primer lugar, el durómetro lanza o impulsa el penetrador, que golpea la superficie del material y penetra en ella. A continuación, el dispositivo comprueba la profundidad a la que los penetradores (de forma redonda) se hunden en el material. La profundidad a la que se hunden los penetradores se utiliza para calcular la dureza.
Cuando el penetrador no penetra, es un claro indicador de dureza. Por el contrario, si el penetrador penetra profundamente en el material, significa que el material es blando. Existe una escala shore que comprueba la dureza exacta del material. Ten en cuenta que hay dos escalas shore, y sus nombres son los siguientes:
- Orilla A
- Orilla D
La escala Shore A se emplea para medir la dureza de materiales blandos y flexibles. Por el contrario, la shore D es adecuada para materiales duros. Recuerde que esta dureza no se refiere a ningún metal. En su lugar, indica caucho o plásticos endurecidos. Esta prueba no funciona con materiales complejos y rígidos como el metal y las aleaciones.
7- Prueba de dureza Webster
Como he dicho antes, la prueba de shore sólo es adecuada para materiales blandos. Pero he traído esta prueba de arnés Webster si desea comprobar la dureza de los materiales rígidos. Estos pueden ser aluminio, latón u otros metales. El probador Webster es similar a unos alicates y sujeta el material sometido a la prueba.
Una vez sujetado el material, el operario aprieta el mango del dispositivo Webster. El apretón produce una fuerza que empuja el penetrador sobre la superficie del material. Debido a este empuje, el penetrador crea una muesca en la superficie del material. Los operarios comprueban y analizan esta muesca, que indica la dureza del material.
Este comprobador Webster es manual, y el operador lo mantiene en la mano mientras prueba el material. Lo que me encanta de esta prueba es que es rápida y fácil de hacer. Alguien con poca experiencia y unos conocimientos técnicos mínimos puede llevarla a cabo. Además, esta máquina de pruebas Webster es relativamente barata, una gran ventaja.
Conclusión
Como he mencionado antes, conocer la dureza del material es esencial. Ayuda a hacer un uso correcto de los diferentes materiales para fabricar productos. Sin embargo, existen diferentes máquinas de ensayo de dureza. Su funcionamiento, uso, y características prominentes varían de uno a.
Los ingenieros y fabricantes utilizan un tipo de material u otro en función del material que quieran probar. Por ejemplo, un ensayo Shore sería el mejor si necesitan comprobar material blando. Del mismo modo, los ensayos Rockwell o Brinell son adecuados para comprobar materiales rígidos.