En la ciencia de los materiales, las pruebas de dureza desempeñan un papel importante en el análisis y control de la calidad, especialmente en lo que respecta a la tensión y el desgaste. Es un método esencial para evaluar... dureza de los materiales y se utiliza ampliamente en industrias que van desde la automoción y la construcción hasta la ingeniería biomédica y la investigación. Este artículo explora los principios básicos, los métodos de prueba, los equipos y los procedimientos involucrados en las pruebas de dureza.
Contenido
¿Qué es la prueba de dureza?
La prueba de dureza es un proceso que verifica la capacidad de un material para resistir la deformación, especialmente cuando se incide permanentemente en la superficie con un material más duro. Mide la profundidad o el tamaño de la marca dejada por un penetrador duro bajo una carga estándar. En pocas palabras, es un método que ayuda a determinar el nivel de dureza de un material.
Las pruebas de dureza se remontan a 1812, cuando Friedrich Mohs introdujo una escala de rayado de diez puntos que clasifica los minerales desde el talco (1) hasta el diamante (10). Posteriormente, se implementaron métodos instrumentados modernos: Brinell (1900, indentación por bola), escleroscopio Shore (1907, rebote), Rockwell (1919, profundidad), Vickers (1921, pirámide de diamante) y Knoop (1939, microindentación).
Métodos de prueba de dureza
Existen diferentes tipos de métodos de ensayo de dureza, clasificados como dinámicos o estáticos. Veamos algunos de los más comunes:
Prueba de dureza Rockwell (HR)
Ensayos de dureza Rockwell Mide la dureza de un material presionando un cono de diamante en su superficie bajo una carga específica y midiendo la profundidad de la indentación resultante. Este método es rápido, sencillo y sin tensiones. Es especialmente útil en pruebas de acero y aleaciones para el control de calidad.
Prueba de dureza Brinell (HB)
A diferencia del método Rockwell, el Ensayo de dureza Brinell Se utiliza una bola de acero o carburo para crear una hendidura en la superficie del material, que luego se mide para determinar su dureza. También se aplica una carga, pero se mide el diámetro de la marca realizada para determinar la dureza del material. La particularidad de este método es su gran eficacia para probar materiales con superficies irregulares y rugosas. Se aplica principalmente en pruebas de piezas fundidas y forjadas.
Prueba de dureza Vickers (HV)
A diferencia de los métodos mencionados anteriormente que miden la profundidad y el diámetro de la sangría, Prueba de dureza Vickers El método Vickers es diferente. Mide la longitud de las diagonales de la marca realizada al penetrar la muestra de prueba con una pirámide de diamante de 136°. Sin embargo, tienen algo en común: también aplican una carga fija. El método Vickers es único porque permite probar una amplia variedad de materiales, como cerámica, metales y compuestos.
Prueba de dureza de Mohs
Como se mencionó anteriormente, Prueba de dureza de Mohs Mide la dureza de un material según su capacidad para rayar otro. Es un proceso sencillo que aplica procedimientos cualitativos y es adecuado para analizar minerales y muestras utilizadas en procesos geológicos.
Prueba de dureza Knoop
Prueba de dureza Knoop Es conocido por su singularidad en el análisis de materiales pequeños y diminutos, como recubrimientos y películas delgadas. Las cargas aplicadas son pequeñas, y el penetrador que perfora la muestra es delgado y largo, con una punta fina. La medición se realiza concentrándose únicamente en la longitud de las diagonales largas.
Equipo de prueba de dureza
Cada método específico de prueba de dureza tiene su propia configuración única, sin embargo, la mayoría de los métodos comúnmente utilizados generalmente constan de estos cuatro equipos importantes:
- Un penetrador que se utiliza para penetrar el material de prueba para hacer la marca o sangría (bola de acero, diamante o carburo).
- Un sistema que aplica la carga o fuerza necesaria.
- Un medio para observar y medir la marca o hendidura realizada, podría ser una escala, o un microscopio, en algunos casos es automatizado.
- Naturalmente, cada máquina necesita ser calibrada de vez en cuando para un funcionamiento óptimo, lo mismo ocurre con el equipo de prueba de dureza.
Procedimiento de prueba de dureza
Aunque los procedimientos varían ligeramente según el método, los pasos generales incluyen:
Preparación de la muestra
La superficie de prueba debe ser lisa, limpia y libre de sarro o recubrimientos, a menos que el objetivo sea probar superficies recubiertas.
Aplicar carga
El penetrador se presiona en la superficie bajo una carga específica durante un tiempo determinado.
Medición de sangría
La profundidad o el diámetro/diagonal de la sangría se mide utilizando herramientas ópticas o electrónicas.
Cálculo de la dureza
La máquina o el operador calcula un valor de dureza basándose en fórmulas estándar.
Aplicaciones de las pruebas de dureza
- El proceso de verificar y comparar los niveles de dureza de los materiales para una selección adecuada en función de sus necesidades de aplicación.
- Verificar los procesos de tratamiento térmico confirmando su eficacia, por ejemplo, procesos como el revenido o el temple.
- Asegurar y controlar la calidad de la producción en los procesos de fabricación mediante la comprobación de errores o defectos.
- Comprobación del tratamiento de superficies mediante la evaluación de la dureza de los recubrimientos, la galvanoplastia o la nitruración.
Ventajas y limitaciones de cada método
| Método | Ventajas | Limitaciones |
|---|---|---|
| Rockwell | Rápido y fácil de usar | Limitado para materiales muy delgados |
| Brinell | Ideal para superficies rugosas | Menos preciso, sangría grande |
| Vickers | Preciso, universal | Hay que dedicar mucho tiempo: |
| Mohs | Sencillo y fácil de usar en el campo | Subjetivo, cualitativo |
| Botón | Alta resolución para capas delgadas | Requiere habilidad y superficies limpias. |
Preguntas Frecuentes
¿Por qué se prefiere la prueba de dureza Vickers para piezas de pulvimetalurgia?
Piezas de pulvimetalurgia Retienen cierto nivel de porosidad residual, y un penetrador de radio amplio puede alcanzar un poro y arrojar una lectura engañosamente baja. El método Vickers utiliza una pirámide de diamante que deja una indentación muy pequeña, por lo que la medición puede realizarse completamente dentro de una zona completamente densa. Por lo tanto, la carga de prueba baja registra la dureza intrínseca de la matriz metálica en lugar de la dureza aparente de la estructura porosa. Para metales sinterizados, los rangos de carga estándar recomendados son HV5, HV10 y HV20.
¿Pueden las pruebas de dureza dañar el material?
Esto depende del método de ensayo de dureza. Esto se debe a que los métodos de ensayo de dureza se clasifican en ensayos destructivos (p. ej., Rockwell, Brinell, Vickers) y no destructivos (p. ej., durómetros portátiles Leeb). Los ensayos destructivos dejan daños permanentes en el material de ensayo tras la indentación, mientras que los no destructivos dejan una pequeña deformación que no afecta al material ni a sus propiedades.
¿Existe un estándar de prueba de dureza?
Sí, las pruebas de dureza se alinean con diferentes estándares como ASTM e ISO, por ejemplo, ASTM E10 e ISO 6506 guían la prueba de dureza Brinell, mientras que ASTM E18 e ISO 6508 son para la prueba de dureza Rockwell.
¿Cuáles son las fuentes de error que se deben comprobar al realizar pruebas de dureza?
Los errores durante las pruebas de dureza pueden provenir de diferentes fuentes, desde el operador, hasta el material de prueba, el equipo e incluso el proceso de prueba en sí, por mencionar algunos;
- Cuando la superficie de la muestra de prueba no está adecuadamente preparada para la prueba.
- Aplicación de carga inconsistente.
- Deriva de calibración debido a error del equipo.
- Utilizando un penetrador que esté dañado, desgastado o no esté correctamente alineado.
- Error humano en la lectura de resultados.
¿Cuál es la diferencia entre los métodos de prueba de dureza dinámica y estática?
Los métodos de ensayo de dureza dinámicos consisten en un proceso en el que la carga se aplica repentinamente con un aumento rápido de la misma. Se mide la velocidad de rebote (convertida a índice de dureza), por ejemplo, en los ensayos de dureza Leeb y Shore con escleroscopio. Por otro lado, los métodos de ensayo de dureza estáticos utilizan una carga constante o una carga que aumenta gradualmente. En cambio, miden la profundidad de la indentación, como los ensayos Brinell, Vickers y Knoop.