Técnicas de Ensayo de Dureza: Métodos Rockwell y Brinell

OBJETIVO

Al completar esta unidad, deberías ser capaz de:

• Realizar un Ensayo Rockwell.
• Realizar un Ensayo Brinell.

Más allá de verificar nuestro tratamiento térmico en el taller, a veces es necesario probar la dureza para trabajo de producción. Aunque es mala planificación, ocasionalmente llega un trabajo con aleación desconocida o composición conocida pero dureza desconocida. Es posible usar una lima para probar aproximadamente la maquinabilidad, pero la mejor forma de seleccionar tipos de cortadores, velocidades y avances es una medición real de dureza.

Brinell: Ensayo de dureza leyendo el diámetro de la huella de un penetrador esférico.

Rockwell: Ensayo de dureza leyendo la profundidad de penetración de un penetrador.

EL ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL

El Rockwell es un método ampliamente aceptado para metales blandos y duros. Este sistema mide la maleabilidad midiendo la profundidad que penetra un penetrador cónico de forma y tamaño conocidos, bajo una fuerza exacta. Por su rango, es la prueba más popular en talleres de herramientas, pequeña producción y laboratorios de formación.

Números Rockwell:

Existen varias escalas en el sistema Rockwell. Usaremos la escala Rockwell C, correctamente usada en aceros endurecidos. La escala C comienza en 0 (acero recocido) y llega a 68, más duro que una herramienta de acero rápido (HSS), cercano al carburo. Se simboliza con una R grande con subíndice de escala.

R_C

El ensayo Rockwell de dos pasos:

Paso 1. Carga de Calibración

El objeto de prueba se coloca en el yunque inferior de forma estable. Un penetrador de diamante cónico se pone en contacto y se hunde en el metal con una carga predeterminada de 20 lbs (9 kg). Esto hace que el cono se hunda de 0.003 a 0.006 pulgadas. Esta es la carga inicial de calibración. En ese momento, un indicador dial grande se gira para leer cero.

Paso 2. Carga de Ensayo

Con la presión de calibración sobre el penetrador y el indicador a cero, se añade una segunda carga adicional de 20 lbs (total 40 lbs). A medida que el diamante se hunde más, su profundidad adicional se traduce al dial, pero en relación inversa: cuanto más profundo penetra, más blando el metal, por tanto número menor en el dial. Inversamente, si el penetrador apenas penetra, el metal es duro y registra número mayor.

EL MÉTODO ROCKWELL

El método Rockwell mide la profundidad permanente de la huella producida por una fuerza/carga en un penetrador.

1. Prepara la muestra.
2. Coloca la muestra en el yunque.
3. Se aplica una fuerza de prueba preliminar (preload o carga menor) usando un penetrador de diamante.
4. Esta carga representa la posición cero o de referencia que atraviesa la superficie para reducir efectos del acabado. Tras la preload, se aplica una carga adicional (carga mayor) para alcanzar la carga total requerida.
5. Esta fuerza se mantiene por un tiempo predeterminado (tiempo de permanencia: 10-15 segundos) para permitir recuperación elástica.
6. Se libera la carga mayor y se mide la posición final contra la derivada de la preload, la variación de profundidad entre el valor de preload y el de carga mayor. Esta distancia se convierte en un número de dureza.

EL ENSAYO DE DUREZA BRINELL

El ensayo Brinell es muy similar al Rockwell en que un penetrador se fuerza en la muestra, pero aquí la medida es el diámetro de la mella hecha por la penetración de una bola de acero endurecido de tamaño conocido en la superficie de la pieza. Bolas de acero endurecido se usan para materiales blandos, mientras que una bola de carburo se usa para metales más duros.

Debido al límite superior de dureza de la bola Brinell, esta prueba se usa correctamente para metales blandos a medianamente duros.

Números de la escala Brinell:

La escala va desde 160 para acero recocido hasta aproximadamente 700 para acero muy duro.

El ensayo Brinell es una forma alternativa de probar la dureza de metales y aleaciones.

1. Prepara la muestra.
2. Coloca la muestra en el yunque.
3. Mueve el penetrador a posición sobre la superficie de la pieza.
4. Se aplica una carga menor y se establece una posición de referencia cero.
5. Se aplica la carga mayor por un período especificado (10-15 segundos) más allá de cero.
6. Se libera la carga mayor, dejando la carga menor aplicada.
7. Sigue el proceso para determinar la dureza Brinell de una muestra de aluminio:
   1. Presiona el penetrador en la muestra usando una fuerza de prueba controlada con precisión.
   2. Mantén la fuerza por un tiempo de permanencia específico (usual 10-15 segundos).
   3. Tras el tiempo, retira el penetrador, dejando una huella redonda.
   4. El tamaño de la huella se determina ópticamente midiendo dos diagonales del redondo usando un microscopio portátil o integrado.
   5. El número de dureza Brinell es función de la fuerza de prueba dividida por el área superficial curva de la huella. La huella se considera esférica, con radio igual a la mitad del diámetro de la bola. El promedio de las dos diagonales se usa en la fórmula para calcular la dureza Brinell.

BHN = F / (2D(D - √(D² - d²)))

EXAMEN DE LA UNIDAD

1. Enumera cinco normas de seguridad en tratamiento térmico.
2. ¿Cuál es lo primero que hay que saber al tratar térmicamente un acero?
3. ¿Cuál es el tiempo de permanencia para espesor de 1 a 2 pulgadas?
4. Explica qué es el tiempo de permanencia (soak time).
5. Después de completar el tiempo de permanencia, ¿cuál es el siguiente paso?
6. Para revenir la pieza, debe colocarse en el horno a ¿qué temperatura?
7. Explica Austenitizar y Temple.
8. ¿Qué es un enfriamiento al aire (Air-cool)?
9. Explica el Método Rockwell.
10. Explica el Ensayo de Dureza Brinell.

INFORMACIÓN DE ATRIBUCIÓN DEL CAPÍTULO

Este capítulo se derivó de las siguientes fuentes.

• Tratamiento Térmico derivado de Heat Treatment of Plain Carbon and Low Alloy Steels del Instituto de Tecnología de Massachusetts, CC:BY-NC-SA 4.0.
• Ecuación de Ensayo Brinell derivado de Brinell Hardness de CORE-Materials Resource Finder, CC:BY.