Dureza de materiales: definición, métodos y aplicaciones

La dureza es una condición del material, no representa ninguna propiedad de la materia y está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas del material. No existe una definición única, ya que se relaciona con el método a utilizar:

1. Resistencia a la indentación 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)

Independientemente de las definiciones enumeradas, en general, se entiende por dureza la propiedad que tienen los materiales de resistir la penetración de un indentador bajo carga. En este sentido definiremos dureza como la resistencia de un material a la deformación plástica localizada.

Ensayos estáticos

Los métodos utilizados para obtener los valores de dureza se pueden clasificar en dos grandes grupos según la forma de aplicación de la carga:

• Ensayos estáticos en los que la carga se aplica en forma estática o cuasi-estática. En general la medida de dureza en este tipo de ensayo resulta del cociente de la carga aplicada y el área de la huella que deja el indentador en la superficie, como es el caso de los método Brinell, Vickers y Knoop, o bien es una medida de la profundidad de la indentación como en el ensayo Rockwell
• Ensayos dinámicos en los que la carga se aplica en forma de impacto. En general el indentador es lanzado sobre la superficie a ensayar con energía conocida y el valor de dureza se obtiene a partir de la energía de rebote del penetrador luego de impactar en la muestra, como sucede en el método de Shore y en el de Leeb.

Dureza Brinell

El ensayo de dureza brinell consiste en presionar la superficie del material a ensayar con una bolilla de acero muy duro o carburo de tungsteno, produciéndose la impresión de un casquete esférico correspondiente a la porción de la esfera que penetra. El valor de dureza, número de Brinell HB, resulta de dividir la carga aplicada P por la superficie del casquete.

Dureza Rockwell

Al igual que en el ensayo Brinell, la dureza 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. Difiere del ensayo Brinell en que las cargas son menores y los penetradores más pequeños por lo que la impronta será menor y menos profunda. 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.

Dureza Vickers

La determinación de la dureza Vickers es similar a la Brinell 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, como se muestra en la Fig 9.

Método Shore

Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se mide la altura del rebote, a mayor rebote, mayor dureza. Es un método elástico, no de penetración como los otros y de medición directa en el instrumento.

Para que el método de dureza Shore funcione exitosamente, es necesario hacer mínimo tres ensayos en la misma superficie, pero en sitios distintos, ya que el golpe produce el endurecimiento localizado y alterará el resultado de la muestra.

En general se puede utilizar la medición de dureza para:

• Evaluar la efectividad de un tratamiento térmico.
• Evaluar la resistencia al desgaste de un material
• Evaluar la maquinabilidad del material.
• Obtener una idea de la resistencia a la tracción de un material.

Las correlaciones entre la dureza y alguna otra propiedad del material, deben aplicarse en forma muy cuidadosa sobre un rango acotado de materiales sobre los cuales se conoce. Así por ejemplo para aceros al C recocidos y con menos de 0,8% de carbono se tiene: