1. Ciencia

Escalas de Dureza
M. En C. José Antonio González Moreno
8° B T/V
Ing. En Mantenimiento Industrial
Introducción:
En esta presentación se estudia el concepto de Dureza,
las escalas básicas de Dureza, así como los equipos
utilizados para dicho fin.
Por último se presentan las conclusiones, así como las
Referencias Bibliográficas utilizadas en la información.
Antecedentes:
La Resistencia de Materiales se originó a medida que el
hombre descubrió la minería y sus ventajas, desde
cuando el hombre se dio cuenta que unas piedras
eran más duras que otras para utilizarlas en
herramientas, flechas, etc.
Desarrollo del Tema
Existe una amplia variedad de escalas de Dureza.
Algunas de ellas se utilizan en mecánica de materiales,
otras en Construcción y otras más, en mineralología.
Para comenzar el estudio de Dureza, es necesario
definir el concepto:
Dureza: Es la Capacidad que presenta un material de
No ser rayado, ni deformado al aplicarle una fuerza.
Clasificación de la Dureza:
No existe una definición única acerca la dureza y se la
suele definir arbitrariamente en relación al método
particular que se utiliza para la determinación de su
valor. De esta manera algunas definiciones son:
1) Resistencia a la identación 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).
Escala de Dureza 1: Mohs
Es la escala más básica del 1 al 10, en el que 1 es el
material o mineral capaz de ser rayado por cualquier
otra superficie y 10 es el mineral que no puede ser
rayado por ninguno de las demás escalas.
La escala Mohs sólo se aplica a minerales como se
muestra en la siguiente tabla:
Escala de Dureza 1: Mohs
La siguiente figura presenta la escala Mohs con las
características para cada material:
Escala de Dureza 1: Mohs
Otra medición de la Escala:
Escala de
Dureza 1:
Mohs
Comparación
otras Escalas:
con
Escala de Dureza 2: Brinell
La escala de Dureza Brinell (HB), utiliza como
penetrante o identador en los metales, una esfera de
Carburo de wolframio (φ=10 mm). Se oprime contra la
superficie del metal y se mide el diámetro de la
impresión, (generalmente de 2 a 6 mm). La Forma de
calcular HB es la siguiente:
Escala de Dureza 2: Brinell
El valor de dureza, número de
Brinell HB, resulta de dividir la
carga aplicada P por la
superficie del casquete, por
lo que:
La
profundidad
h
del
casquete impreso se mide
directamente en la máquina,
mientras
la
carga
se
mantiene aplicada de modo
de
asegurar
un
buen
contacto entre la bolilla y el
material.
Escala de Dureza 2: Brinell
Por medio de la Dureza Brinell, se puede determinar la
profundidad del casquete impreso o de la huella del
identador (h), midiendo el diámetro del identador (D) y
el diámetro del casquete o huella marcada sobre el
metal (d), es decir:
Llegando a la expresión:
Escala de Dureza 2: Brinell
Instrumental utilizado para medir la HB:
Escala de Dureza 3: Rockwell
Al igual que en el ensayo Brinell, la Dureza Rockwell
(HR), 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.
Escala de Dureza 3: Rockwell
Difiere del ensayo Brinell (HB) en que las cargas son
menores y los penetradores más pequeños por lo que
la impronta será menor y menos profunda.
Escala de Dureza 3: Rockwell
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.
Escala de Dureza 3: Rockwell
Se presenta una tabla donde se muestran Diferentes
escalas en función de la Carga y el Penetrador:
Escala de Dureza 3: Rockwell
Continuación de la Escala:
Escala de Dureza 3: Rockwell
Se muestra una tabla de Rango útil de las escalas
Rockwell (HR), según estándares ISO:
Escala de Dureza 3: Rockwell
Instrumental utilizado en las mediciones:
Escala de Dureza 4: Vickers
La determinación de la Dureza Vickers (HV), es similar
a la Brinell (HB), 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, de esta manera el valor de HV:
Escala de Dureza 4: Vickers
Es posible expresar el número Vickers en función de la
profundidad de penetración (h) de la siguiente
manera:
Las cargas pueden variar de 1 a 100 kg según el
espesor y tipo de material. En general las máquinas
estándar proveen cargas de 1, 2.5, 5, 10, 20, 30, 50, 100
y 120 kg de las cuales las de 30 y 50 kg son las más
utilizadas.
De esta manera para indicar las condiciones de
ensayo sólo es necesario indicar la carga así HV30
significa dureza Vickers con una carga de 30 kg.
Escala de Dureza 4: Vickers
Equivalencias de Escala Vickers con otras escalas:
1) Khrushchov realizando mediciones en los nueve
primeros minerales de la escala de Mohs encontró la
siguiente relación :
Escala de Dureza 4: Vickers
En general es necesario seguir las mismas
consideraciones mencionadas para los ensayos Brinell
y Rockwell, debiendo tenerse especialmente presente
que la superficie a ensayar debe estar casi pulida.
La carga debe actuar durante al menos 10 s aunque
en algunos casos puede llegar hasta los 30 s.
En aceros dulces, los valores HV pueden variar de 120
a 170, mientras que en aceros tratados térmicamente
puede variar entre 800 y 1000.
Escala de Dureza 4: Vickers
Instrumental utilizado para medir HV:
Escala de Dureza 4: Vickers
Ventajas y Desventajas de la Escala HV:
Microdureza Vickers (μHV) :
Penetrador: diamante tallado en forma de pirámide
cuadrangular con 136º entre caras. El valor de la
dureza es función de la diagonal de la huella = f (área
de la pirámide), es decir:
Microdureza Vickers (μHV):
Instrumental Utilizado:
Microdureza Knoop (μHK) :
En la microdureza Knoop se utiliza un penetrador de
diamante como el de la figura inferior.
La dureza se determina mediante el cociente de la carga
aplicada y el área de la impronta proyectada sobre la
superficie que es ensayada y en la que no debe tenerse en
cuenta la recuperación elástica del material.
Sin embargo, la medición de la superficie requiere que se
retire el penetrador y por lo tanto el material produce la
recuperación elástica y la consecuente deformación de la
impronta.
Microdureza Knoop (μHK) :
Por eso, considerando que la diagonal mayor l
prácticamente no es afectada por la recuperación, el
cálculo de la superficie se realiza en función de lo
anterior. De esta manera el área S de la base de la
impresión no recuperada será:
Escala de Dureza 5: Shore
El método Shore (HS) consiste en determinar el rebote
que sufre un percutor al chocar contra la superficie
que se ensaya, cuando se le deja caer desde una
altura determinada.
El percutor utilizado es de acero duro de forma
cilíndrica y punta redondeada de muy buena
terminación, la que también puede ser de diamante.
El percutor cuyo peso es de 3 a 7 gr se deja caer
desde una altura de 250 mm y la lectura del rebote se
hace directamente en una escala de 140 divisiones en
la que un rebote que alcanza 100 divisiones
corresponde a un acero templado (martensítico) grado
herramienta.
Escala de Dureza 5: Shore
Instrumental utilizado: Son los Escleroscópios Shore
Valores de Dureza para algunos
materiales
Resumen de Escalas de Dureza
Conclusiones:
Existen variadas escalas de Dureza con el fin de tener
una medición del material a trabajar o a analizar. Se
ha entendido que Todas las escalas de Dureza son
relativas, debido a que microscópicamente cada
material es diferente y no es homogéneo en su
estructura.
Cada escala de Dureza tiene sus ventajas y
desventajas, así como su complejidad de cálculo,
pero se debe siempre de tener en cuenta dichas
graduaciones para entender el comportamiento y
aplicación del material.
Referencias Bibliográficas:
1.
Exámenes Resueltos de Resistencia de Materiales. Autor
Corporativo: Stalin Romero – StalinRM. (02-01-2014).
Recuperado el 21 de Febrero del 2014 de:
http://www.taringa.net/posts/cienciaeducacion/17457360/Examenes-Resueltos-deResistencia-de-Materiales.html
2. S.A. (2010). Apunte de Dureza. Recuperado el 7 de
Octubre
de
2014,
de
Ensayos
de
Dureza:
https://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&s
ource=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CBsQFjAA&url
=http%3A%2F%2F190.105.160.51%2F~material%2Fmaterial
es%2Fpresentaciones%2FApunteDureza.pdf&ei=1Xk0VNa
HJdCmyAT9l4CACw&usg=AFQjCNE0CiHO6VtLE17__BS9A3TIlxqRA&b
3. Callister, D. W. (2007). Ciencia e Ingeniería de los
Materiales. Editorial Reverté. México.
Preguntas de Repaso:
1.-Definir el concepto de lo que es Dureza:
R = Es la Capacidad que presenta un material de No
ser rayado, ni deformado al aplicarle una fuerza.
2.- Describir lo que es dureza por Penetración:
R = Resistencia a la identación permanente bajo
cargas estáticas o dinámicas.
3.- Tipo de Dureza en la cual se origina una absorción
de energía bajo cargas de impacto o dinámicas
R = Dureza por Rebote.
4.- ¿Cuál es la Dureza que se aplica y utiliza en
minerales?
R = Dureza Mohs
Preguntas de Repaso:
5.-Mineral de la Escala Mohs que sólo es rayado por
Carburo de Silicio:
R = El Coridión.
6.- Escala de Dureza que sólo utiliza como penetrante
o identador una esfera de Carburo de wolframio de 10
mm:
R = Dureza Brinell.
7.- Difiere del ensayo Brinell (HB) en que las cargas son
menores y los penetradores más pequeños:
R = Dureza Rockwell.
8.- Escala que utiliza una carga pequeña y el
penetrador es un diamante en forma de pirámide:
R = Dureza Vickers