Ensayo de Dureza
Consiste en la aplicacin de una carga en la superficie de un
material empleando un penetrador estandarizado
produciendo una marca superficial o impresin.
Mtodos:
Por Rayado Por Penetracin Por Rebote
DUREZA POR RAYADO
Este tipo de ensayo es poco utilizado en los metales. Mayor
aplicacin en el campo de la mineraloga. (Dureza Mohs)
Ensayo de Dureza
DUREZA POR PENETRACIN
Ensayo de Dureza
DUREZA POR PENETRACIN
Ensayo de Dureza
Mtodo Brinell Mtodo Rockwell Mtodo Vickers
1 - DUREZA BRINELL
P: Fuerza aplicada en kg
S: rea del casquete semi-
esfrico en mm2
HB: Nmero de dureza Brinell
Propuesto por James A. Brinell
en 1900. Fue el primer ensayo
de penetracin estandarizado y
reconocido industrialmente.
Ensayo de Dureza
D: dimetro de la esfera (Acero (HBS:
Hardness Brinell Steel) y Carburo de
Tungsteno (HBW: Hardness Brinell W)
d: Media aritmtica de los dimetros (d1
y d2) de la huella
P: carga aplicada
Ensayo de Dureza 1 - DUREZA BRINELL
222
dDDD
PHB
Ensayo de Dureza 1 - DUREZA BRINELL
Ensayo de Dureza 1 - DUREZA BRINELL
Ensayo de Dureza 1 - DUREZA BRINELL: Evolucin Tecnolgica
Respecto a las cargas, tienen que ser proporcionales al
cuadrado del dimetro, para que las huellas obtenidas sean
semejantes, y los resultados, comparables.
Es decir que P = K x D2
Constante Materiales Ejemplos
30 Materiales ferrosos y no
ferrosos resistentes
Aceros, hierro fundido. Aleaciones de:
Ni, Co, Ti
15 Solamente para cargas de
3000 kgf
Titanio y aleaciones. Aleaciones leves.
10 Materiales ferrosos dctiles y
no ferrosos
Hierros fundidos, aleaciones de: Al, Cu,
latones, bronces, aleaciones de Mg. Zn.
5 Metales no ferrosos blandos Metales puros: Al, Mg, Cu, Zn.
2,5 Metales blandos Aleaciones de: Sn, Pb, Sb, Be, Li.
1,25 Metales muy blandos Metales puros: Be, Li.
1 Metales extra blandos Metales puros: Sn, Pb, Sb.
Ensayo de Dureza 1 - DUREZA BRINELL
Cargas recomendadas para diferentes esferas y constantes.
Dimetro de Billas y Cargas Empleadas en el Ensayo Brinell
Espesor
Dimetro
Constantes de Ensayo K
30 10 5 2,5 1,25
Cargas en kg
302 102 52 2,52 1,252
> 6 mm 10 3000 1000 500 250 125
6 a 3 mm 5 750 250 125 62,5 31,2
< 3 mm 2,5 187,5 62,5 31,2 15,6 7,8
1,25 46,9 15,6 7,81 3,91 1,99
0,625 11,7 3,91 1,953 0,977 0,488
El resultado del ensayo solo ser vlido se el dimetro
medio corresponde de un 24% a 60% del dimetro de la
billa.
Ensayo de Dureza 1 - DUREZA BRINELL
Lectura y Designacin
Ensayo de Dureza
Acero de herramientas templado..........500
Acero duro (0,8% de Carbono)..............210
Acero dulce (0,1% de Carbono).............110
Bronce.....................................................100
Latn..........................................................50
Aluminio.............................................25 a 30
1 - DUREZA BRINELL
Ensayo de Dureza
Eleccin del material de la esfera. De acero (para
materiales con dureza < 350
HB). De WC (para materiales
con dureza < 650 HB).
Eleccin de la carga (Depende del material y de
la constante K)
Definicin de la carga aplicada (P = K x D2)
Validez del resultado:
(Dimetro de impresin:
0.24xD a 0.6xD)
1 - DUREZA BRINELL
Ensayo de Dureza
Un ensayo no debe ser
realizado en superficies
cilndricas con radio de
curvatura menor que 5 veces
el radio de la esfera.
Bases prismticas para ensayos en probetas
cilndricas.
1 - DUREZA BRINELL
CORRELACIN ENTRE DUREZA BRINELL
Y LA RESISTENCIA A LA TRACCIN
CONVENCIONAL
Ensayo de Dureza
Material
Acero al C 3,6
Acero al C con
T.T
3,4
Acero aleado
con T.T.
3,3
Latn en estado
de acritud
3,45
Cobre recocido 5,2
Aluminio y sus
aleaciones
4,0
2 - DUREZA ROCKWELL
Ensayo de Dureza
Se calcula la dureza en base a la profundidad de penetracin y la carga total no se aplica en forma continua.
Hay una carga inicial y otra adicional (varia segn las condiciones de ensayo).
2 - DUREZA ROCKWELL
Ensayo de Dureza
Ensayo de Dureza
Los penetradores pueden ser esferas de acero (billas
de Brinell) o diamantes
aplicadas con diferentes
cargas segn el material y
su espesor.
Se basa tambin en la resistencia que oponen los
materiales a ser
penetrados, en funcin de
la profundidad de la huella.
2 - DUREZA ROCKWELL
Ensayo de Dureza 2 - DUREZA ROCKWELL
Ensayo de Dureza
ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (ASTM E18:2007)
Escala
Desig.
Rango
de
Escala
Tipo y tamao
del penetrador
Carga
menor
Carga
mayor
Escala del
comparador
kg kg
Color
Ubicacin Aplicaciones
A 20 -88 Cono de
diamante 10 60 rojo fuera
Aceros nitrurados, flejes estirados en fro,
hojas de afeitar. Carburos metlicos.
Tratamientos superficiales.
B 20 100 Bola de
1/16 10 100 negro dentro
Aceros al Carbono sin temple, hierros
fundidos y algunas aleaciones no
ferrosas.
C 20 70 Cono de
diamante 10 150 rojo fuera
Aceros duros y herramientas. Dureza
superior a 100 HRB o 20 HRC
D 40 77 Cono de
diamante 10 100 rojo fuera
Aceros cementados con reducida
espesura superficial.
E 70 - 100 Bola de
1/8 10 100 negro dentro
Materiales blandos, como antifriccin y
piezas fundidas. Aleaciones de Al - Mg
F 60 100 Bola de
1/16 10 60 negro dentro
Bronce recocido, aluminio, algunas
aleaciones de Al
G 30 94 Bola de
1/16 10 150 negro dentro
Bronce fosforoso, hierro fundido
maleable, aleaciones de Be
H 80 - 100 Bola de
1/8 10 60 negro dentro
Metales blandos, con poca
homogeneidad, fundicin de hierro.
2 - DUREZA ROCKWELL
Ensayo de Dureza
ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (Continuacin)
Escala
Desig.
Rango
de
Escala
Tipo y tamao
del penetrador
Carga
menor
Carga
mayor
Escala del
comparador
kg kg Color Ubicacin Aplicaciones
K 40 - 100 Bola de
1/8 10 150 negro dentro Metales de baja dureza y plsticos.
L Bola de
1/4 10 60
negro
dentro
Iguales a Rockwell K. Cauchos y
plsticos
M Bola de
1/4 10 100
negro
dentro
Iguales a Rockwell K y L. Madera y
plsticos
P Bola de
1/4 10 150
negro
dentro Iguales a Rockwell K, L y M
R Bola de
1/2 10 60
negro
dentro
Iguales a Rockwell K y L. Metales
muy blandos, antimonio y plsticos.
S Bola de
1/2 10 100
negro
dentro
Iguales a Rockwell K, L y M
V Bola de
1/2 10 150
negro
dentro
Iguales a Rockwell K, L, M, P, R o S.
2 - DUREZA ROCKWELL
Ensayo de Dureza
ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (Continuacin)
Escala
Desig.
Rango
de
Escala
Tipo y tamao
del
penetrador
Carga
menor
Carga
mayor
Escala del
comparador
Kg. kg Color Ubicacin Aplicaciones
15-N 70 - 94 Cono de
diamante
3 15 rojo fuera Aceros nitrurados, cementados y
de herramientas de gran dureza
con reducida espesura superficial.
30-N 42 - 86 Cono de
diamante
3 30 rojo fuera Aceros nitrurados, cementados y
de herramientas de gran dureza
con reducida espesura superficial.
45-N 20 - 77 Cono de
diamante
3 45 rojo fuera Aceros templados
superficialmente. Metal duro.
15-T 67 - 93 Bola de
1/16 3 15 Negro dentro Chapas finas de Cu, Al, Zn, Mg,
Pb, Sn.
30-T 29 82 Bola de 1/16
3 30 negro dentro Aleaciones de Cu, Al, Zn, Mg.
45-T 1 - 72 Bola de
1/16 3 45 negro dentro Bronces, latones, hierros fundidos
maleables, aleaciones no ferrosas.
2 - DUREZA ROCKWELL
Ensayo de Dureza
Material de acero SAE 52100
ensayado por el mtodo
Rockwell luego de un
ensayo de templabilidad.
La medida que marca la
aguja en la escala roja (lado
externo del comparador) es
de 64 HRC.
2 - DUREZA ROCKWELL
Ensayo de Dureza
45 HR C
Valor de dureza
Ensayo Rockwell
Escala C:
Cono de diamante
Carga: 150 kg
2 - DUREZA ROCKWELL
DUREZA ROCKWELL PROFUNDIDAD DE PENETRACIN
Ensayo de Dureza
Basado en el valor de dureza Rockwell (HR)
Tipo de Penetrador Diamante Profundidad de Penetracin (mm)
Mtodo de Ensayo Comn h = (100 HR) 0,002
Superficial h = (100 HR) 0,001
Tipo de Penetrador Esfrico Profundidad de Penetracin (mm)
Mtodo de Ensayo Comn h = (130 HR) 0,002
Superficial h = (100 HR) 0,001
Para un acero al carbono templado con dureza igual a 65
HRC la profundidad de penetracin es:
h = (100 65) 0,002 = 0,07 mm
CORRELACIN ENTRE DUREZA ROCKWELL
Y DUREZA BRINELL
Ensayo de Dureza
La dureza Rockwell es definida por una relacin del tipo:
En que:
Constantes de la Escala Rockwell
Variacin en la profundidad
Profundidad de penetracin con la carga total
Profundidad de penetracin con la carga inicial
La dureza Brinell es definida por una relacin del tipo:
CORRELACIN ENTRE DUREZA ROCKWELL
Y DUREZA BRINELL
Ensayo de Dureza
Donde es la profundidad de penetracin Brinell
Y combinado esa ltima expresin
con la definicin de dureza
Rockwell:
o tambin:
Unidad II
Ing. Csar Nunura
3 - DUREZA VICKERS
Ensayo de Dureza
Se deriva directamente del mtodo Brinell,
(Compaa Vickers Armstrong Ltda., 1925)
El penetrador es una pirmide de diamante de
base cuadrada con un
ngulo de 136 entre
caras opuestas
Ensayo de Dureza
Configuracin del
Mtodo BRINELL
(HB)
Configuracin del
Mtodo VICKERS
(HV)
3 - DUREZA VICKERS
Ensayo de Dureza
2d
P1,854 HV
P: Carga aplicada en kg
d: diagonal promedio de la huella en
mm
3 - DUREZA VICKERS
Ensayo de Dureza
Tipo de Mtodo (ASTM E92:2003) Carga
Carga Normal 1 kgf 120 kgf (9,8 N 980 N)
Micro-dureza 1 g 1000 g
(0,0098 N 9,8 N)
Tipo de Material (ASTM E92:2003) Tiempo de aplicacin
de carga
Materiales duros 10 s 15 s
Materiales blandos 30 s 60 s
Impresiones extremamente pequeas y poco profundas (1/7
de la diagonal)
3 - DUREZA VICKERS
Ensayo de Dureza 3 - DUREZA VICKERS
Ensayo de Dureza
Material Dureza Vickers
(HV)
Lmite de
Proporcionalidad
(MPa)
Diamante 84 000 54 100
Alumina 20 000 11 300
Carburo de W 21 000 6 000
Acero al C 450 200
Aleaciones de Al
recocido 270 120
Aleaciones de Cu
recocido 220 80
Plomo 60 15
3 - DUREZA VICKERS
3 - DUREZA VICKERS - Microdureza
Ensayo de Dureza
4 - DUREZA KNOOP - Microdureza
Ensayo de Dureza
Propuesto en 1939. El penetrador es una
pirmide de diamante
alargada con ngulos de
17230 y 130 entre caras
opuestas. Se produce una
marca donde la diagonal
mayor y la menor presentan
una relacin de 7:1.
El intervalo de carga es de 1gf a 1000gf.
Capas superficiales, lminas finas, fases microscpicas,
ZTA en soldaduras, etc.
4 - DUREZA KNOOP - Microdureza
Ensayo de Dureza
Pro
f. D
r. C
. N
un
ura
Carga aplicada (N)
rea proyectada de la
impresin () Longitud de la diagonal
mayor (mm)
4 - DUREZA KNOOP - Microdureza
Ensayo de Dureza
DUREZA POR REBOTE MTODO SHORE
Ensayo de Dureza
Propuesto en 1900. Utiliza una barra de acero con una punta redonda de
diamante colocada dentro de un tubo graduado de vidrio.
La barra es soltada de una altura padrn, y la altura de rebote luego del impacto con la superficie del material es
considerada la dureza del mismo.
Inicialmente fue usado en
metales.
Actualmente
para estos
materiales: HB,
HR, HV
MTODO SHORE PARA POLMEROS
Ensayo de Dureza
La norma ASTM D2240:2003 estandariza ensayos para polmeros. Aun cuando utiliza el nombre de Shore, esta
norma indica el uso de un penetrador, como una variante
del mtodo inicialmente propuesto.
La dureza es dada por la resistencia que el material ofrece a la penetracin bajo una carga de compresin especfica.
La dureza tambin depende del mdulo de elasticidad y de la visco-elasticidad del material.
MTODO SHORE PARA POLMEROS
Ensayo de Dureza
20 90A
Por encima de 90B
Debajo de
20D
Por encima de 90 A
Debajo de
20D
20 100D
Caucho blando, caucho
natural, termoplsticos.
Caucho y termoplsticos con
dureza media.
Caucho moderadamente
duro, elastmeros,
termoplsticos, materiales
fibrosos.
Caucho duro, plsticos
duros, termoplsticos rgidos
MTODO SHORE PARA POLMEROS
Ensayo de Dureza
La superficie de apoyo y de la muestra debern ser lisas y de
caras paralelas. El durmetro se coloca sobre la muestra con
paralelismo de caras con ayuda de un dispositivo apropiado.
Es muy importante
realizar la medida
siempre al mismo
tiempo, 3 15 s.
CORRELACIONES ENTRE MTODOS
DE DUREZA
Ensayo de Dureza
CORRELACIONES ENTRE MTODOS
DE DUREZA
Ensayo de Dureza
CORRELACIONES ENTRE MTODOS
DE DUREZA Y RESISTENCIA MECNICA
Ensayo de Dureza
CORRELACIONES ENTRE
DIFERENTES ESCALAS
Ensayo de Dureza
Es muy conveniente saber
correlacionar la dureza de
una escala a otra. Sin
embargo, puesto que la
dureza no es una propiedad
del material muy bien
definida, y debido a las
diferencias experimentales
de cada tcnica, no se ha
establecido un mtodo
general para convertir las
durezas de una escala a otra.
Ensaios dos Materiais. Amauri Garcia, Jaime Spim, Carlos Alexandre dos Santos. Editorial LTC. 2 Ed. Rio de Janiero.
2012.
Ciencia e Ingeniera de Materiales. Donald Askeland. Editorial Cengace. 6 Ed. Mxico D.F. 2011.
Introduccin a la Ciencia e Ingeniera de los Materiales. Callister W. Editorial Revert. Barcelona. 2009.
Bibliografa Sugerida
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