Tabla de dureza de los metales: Mohs, HB, HV, HS, HRC

La dureza de un metal se refiere a su capacidad para resistir la deformación local, en particular la deformación plástica, las hendiduras o los arañazos. Es una medida de la suavidad o dureza del material.

Existen dos tipos principales de métodos de ensayo de la dureza de los metales: estáticos y dinámicos. Los métodos de ensayo estáticos incluyen Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop, Meyer y Barcol, siendo Brinell, Rockwell y Vickers los más utilizados. Los métodos de ensayo dinámicos implican la aplicación dinámica e impactante de fuerzas de ensayo.

La medición de la dureza viene determinada principalmente por la profundidad de la indentación, el área proyectada de la indentación o el tamaño de la huella de la indentación. Por ejemplo, la dureza Brinell (HB) se calcula presionando una bola de acero endurecido o de una aleación dura de cierto diámetro contra la superficie metálica sometida a ensayo bajo una carga de ensayo determinada, manteniéndola durante un tiempo especificado, descargándola a continuación y midiendo el diámetro de la indentación en la superficie sometida a ensayo.

Existen numerosos métodos para aumentar la dureza de los metales, como la aleación con elementos duros del material, el endurecimiento por proceso, el refinado del grano, el refuerzo por dispersión, el refuerzo de la segunda fase, el refuerzo por tratamiento térmico (como el temple, la carburación, la nitruración o la infiltración de metal) y el refuerzo de la superficie. Además, la resistencia al desgaste de los materiales metálicos puede mejorarse cambiando la forma estructural y alterando el estado cristalino.

Tabla de dureza Mohs de los metales

En Dureza Mohs es una norma para representar la dureza de los minerales, propuesta por primera vez en 1822 por el mineralogista alemán Frederich Mohs. Es un estándar utilizado en mineralogía o gemología. La dureza Mohs se determina utilizando una aguja piramidal de diamante para arañar la superficie del mineral analizado y medir la profundidad del arañazo. La profundidad de este arañazo es la dureza Mohs, representada por el símbolo HM. También se utiliza para indicar la dureza de otros materiales.

La profundidad del rayado medido se divide en diez niveles para representar la dureza (método del rayado): talco 1 (dureza más pequeña), yeso 2, calcita 3, fluorita 4, apatita 5, ortoclasa (feldespato) 6, cuarzo 7, topacio 8, corindón 9, diamante 10. La dureza del mineral analizado se determina comparando las rayas con los minerales estándar en el durómetro de Mohs. Aunque la medición de este método es aproximada, es cómodo y práctico. Se utiliza a menudo para medir la dureza de los minerales naturales.

Los valores de dureza no son valores de dureza absolutos, sino valores representados por orden de dureza.

Cuando se aplique, compare la dureza por rayado. Por ejemplo, si un mineral puede rayar la calcita pero no la fluorita, su dureza Mohs es de 3 a 4, y las demás se deducen. La dureza Mohs es sólo una dureza relativa, que es aproximada. La dureza del talco es 1, la del diamante 10 y la del corindón 9, pero la dureza absoluta medida con un microdurómetro es 4192 veces la del talco para el diamante y 442 veces la del talco para el corindón. La dureza Mohs es cómoda de utilizar y se emplea a menudo en operaciones sobre el terreno. Por ejemplo, la dureza de las uñas es de aproximadamente 2,5, la de las monedas de cobre es de 3,5-4, la de los cuchillos de acero es de 5,5 y la del vidrio es de 6,5.

Además de la lista original de 1 a 10 tipos de minerales, aquí se enumeran los valores de dureza de los metales comunes como referencia.

Tabla de dureza de los materiales metálicos

Tabla de dureza de metales ferrosos y no ferrosos

1. Tabla de dureza de los metales no férreos

2. Tabla de dureza de los metales ferrosos

Los siguientes datos son aplicables principalmente a las bajas emisiones de carbono acero (acero dulce).

Lectura relacionada: Tabla comparativa de durezas de metales: HV, HB, HRC

Dureza de uso común

Dureza Brinell

El ensayo de dureza Brinell utiliza una bola de acero templado o una aleación dura con un diámetro D como penetrador.

Se aplica una fuerza de ensayo especificada F a la superficie del material sometido a ensayo y, tras un tiempo de retención designado, se retira la fuerza de ensayo, dejando una hendidura con un diámetro d.

En Dureza Brinell se calcula dividiendo la fuerza de ensayo por la superficie de la indentación. El símbolo del valor de dureza Brinell se representa como HBS o HBW.

La diferencia entre HBS y HBW radica en el tipo de penetrador utilizado.

HBS indica el uso de una bola de acero endurecido como indentador y se utiliza para determinar la dureza Brinell de materiales con un valor inferior a 450, como el acero dulce, hierro fundido grisy metales no ferrosos.

HBW, por su parte, se refiere al uso de una bola de aleación dura como indentador y se utiliza para medir la dureza Brinell de materiales con un valor inferior a 650.

Incluso cuando se utilizan el mismo material y las mismas condiciones experimentales, los resultados de las dos pruebas pueden variar, siendo normalmente el valor HBW superior al valor HBS, y no existe una regla cuantitativa exacta a seguir.

En 2003, China adoptó las normas internacionales y dejó de utilizar penetradores de bolas de acero en favor de cabezales de bolas de aleación dura.

Como resultado, el HBS dejó de utilizarse y todos los valores de dureza Brinell se representan ahora por HBW.

Aunque HBW suele denominarse simplemente HB, en la literatura pueden encontrarse referencias a HBS.

El método de medición de la dureza Brinell es adecuado para ensayar materiales como el hierro fundido, las aleaciones no ferrosas y diversos aceros que han sufrido recocido o procesos de temple y revenido.

Sin embargo, no es adecuado para probar muestras o piezas de trabajo demasiado duras, demasiado pequeñas, demasiado finas o que no permitan grandes hendiduras en la superficie.

Dureza Rockwell

El ensayo de dureza Vickers utiliza como penetrador un cono de diamante con un ángulo de vértice cónico de 120 grados o una bola de acero templado con un diámetro de Ø1,588 mm o Ø3,176 mm, junto con una carga especificada.

La muestra se somete a una carga inicial de 10kgf y a una carga total de 60, 100 o 150kgf.

Una vez aplicada la carga total, la dureza se determina por la diferencia entre la profundidad de indentación cuando se retira la carga principal manteniendo la carga inicial y la profundidad de indentación bajo la carga inicial.

El ensayo de dureza Rockwell utiliza tres fuerzas de ensayo y tres penetradores diferentes, lo que da como resultado un total de nueve combinaciones posibles y sus correspondientes escalas de dureza Rockwell.

Estas nueve escalas son adecuadas para una amplia gama de materiales metálicos de uso común.

Las tres escalas de dureza Rockwell más utilizadas son HRA, HRB y HRC, siendo HRC la más utilizada.

Tabla de especificaciones de los ensayos de dureza Rockwell más utilizados

El ensayo de dureza Rockwell es adecuado para valores de dureza comprendidos entre 20 y 70HRC. Si la dureza de la muestra es inferior a 20HRC, se recomienda utilizar la escala HRB, ya que la sensibilidad del indentador disminuye al aumentar la presión sobre la pieza cónica.

Sin embargo, si la dureza de la muestra es superior a 67HRC, se aconseja utilizar la escala HRA, ya que la presión sobre la punta del penetrador puede llegar a ser demasiado elevada y provocar daños en el diamante y reducir la vida útil del penetrador.

El ensayo de dureza Rockwell es conocido por su facilidad, rapidez y mínima indentación, lo que lo hace ideal para comprobar la superficie de productos acabados y piezas de trabajo más duras y delgadas.

Sin embargo, debido a la pequeña indentación, el valor de dureza puede fluctuar mucho en el caso de materiales con estructuras y durezas desiguales, por lo que es menos preciso que el ensayo de dureza Brinell.

El ensayo de dureza Rockwell se utiliza habitualmente para determinar la dureza de materiales como el acero, los metales no ferrosos y los carburos cementados.

Dureza Vickers

El principio en el que se basa la medición de la dureza Vickers es similar al del ensayo de dureza Brinell.

Se utiliza un penetrador en forma de pirámide de diamante con un ángulo de 136° para aplicar una fuerza de ensayo especificada, F, sobre la superficie del material sometido a ensayo.

Tras un tiempo de mantenimiento especificado, se retira la fuerza de ensayo y el valor de dureza se calcula como la presión media sobre la unidad de superficie de la indentación regular en forma de pirámide, con el símbolo HV.

La medición de la dureza Vickers tiene un amplio rango, y puede medir materiales con una dureza que oscila entre 10 y 1000 HV. La indentación es de pequeño tamaño.

Este método de medición se utiliza habitualmente para medir materiales finos y capas endurecidas superficialmente creadas mediante carburación y nitruración.

Dureza Leeb

El ensayo de dureza Leeb utiliza un dispositivo equipado con una bola de carburo de tungsteno para impactar contra la superficie de la pieza de ensayo, que rebota a continuación. La velocidad del rebote depende de la dureza del material sometido a ensayo.

En el dispositivo de impacto se instala un material magnético permanente que produce una señal electromagnética proporcional a la velocidad de movimiento del cuerpo de impacto. A continuación, un circuito electrónico, representado por el símbolo HL, convierte esta señal en un valor de dureza Leeb.

El durómetro Leeb es un dispositivo portátil que no requiere un banco de trabajo. Su sensor de dureza es compacto y puede manejarse fácilmente con la mano, por lo que resulta adecuado para realizar ensayos en geometrías grandes, pesadas o complejas.

Una de las principales ventajas del ensayo de dureza Leeb es que sólo produce ligeros daños en la superficie, lo que lo convierte en una opción ideal para ensayos no destructivos. También proporciona un ensayo de dureza único para todas las direcciones, espacios estrechos y piezas especiales.

Prueba de dureza

El ensayo de dureza Brinell mide la dureza de una muestra presionando una bola de acero o un cono de diamante sobre la superficie de la muestra y midiendo la profundidad de la indentación. Este método es adecuado para determinar la dureza de materiales como acero recocido, normalizado, templado y revenido, hierro fundido y metales no ferrosos.

El ensayo de dureza Rockwell utiliza procedimientos específicos y penetradores más pequeños, como diamantes, para medir la dureza, por lo que es adecuado para una amplia gama de materiales.

El ensayo de dureza Vickers conserva las ventajas de los ensayos Brinell y Rockwell, ya que es capaz de medir materiales desde extremadamente blandos hasta extremadamente duros, y sus resultados pueden compararse.

Los detalles de las ventajas y desventajas de la prueba de dureza Knoop no se detallan en la información que encontré, pero es uno de los métodos de prueba estáticos, a la par con Brinell, Rockwell y Vickers.

El durómetro Webster se utiliza principalmente para comprobar las propiedades mecánicas de los perfiles de aleación de aluminio, pero también es adecuado para materiales como el cobre, el latón y el acero dulce.

El durómetro Barcol es un tipo de durómetro de indentación. En la información que he encontrado no se indican explícitamente sus ventajas e inconvenientes.

Cada método de ensayo de dureza tiene sus características y su campo de aplicación:

• El ensayo de dureza Brinell es adecuado para diversos materiales, especialmente acero recocido, normalizado, templado y revenido, hierro fundido y metales no ferrosos.
• El ensayo de dureza Rockwell es adecuado para una amplia gama de materiales, utilizando un indentador más pequeño para las mediciones.
• El ensayo de dureza Vickers combina las ventajas de los ensayos Brinell y Rockwell, adecuado para materiales desde extremadamente blandos a extremadamente duros, y sus resultados pueden compararse.
• El ensayo de dureza Knoop, como uno de los métodos de ensayo estáticos, es adecuado para diversos materiales, pero es necesario comprender mejor sus especificidades.
• El durómetro Webster es especialmente adecuado para comprobar las propiedades mecánicas de perfiles de aleación de aluminio, pero también puede utilizarse con otros materiales.
• El durómetro Barcol, como durómetro de indentación, ocupa un lugar en los ensayos de dureza de materiales.

Durómetros

• Máquina de ensayo de dureza Micro Vickers

Serie HM:

• Máquina de ensayo de dureza Vickers
  Serie HV:

• Máquina de ensayo de dureza Rockwell
  Serie HR:

• Durómetro Leeb portátil
  Serie HH:

¿Cómo puede mejorarse la dureza de los materiales metálicos mediante tratamiento térmico?

La dureza de los materiales metálicos puede mejorarse mediante tratamiento térmico utilizando varios métodos, entre ellos:

Carburación y nitruración: Estos métodos de tratamiento térmico químico implican la infusión de átomos de carbono (carburación) o átomos de nitrógeno activo (nitruración) en la capa superficial del metal. Esto aumenta el contenido de carbono o la resistencia a la abrasión de la capa superficial del metal, mejorando así la dureza y la resistencia al desgaste. El medio de carburación utilizado habitualmente es el carbón vegetal, mientras que la nitruración utiliza átomos de nitrógeno activo descompuestos a partir de gas amoníaco cuando se calienta.

Enfriamiento: En el caso de los aceros de carbono medio y alto, la dureza puede mejorarse mediante el temple. El temple es un método habitual de tratamiento térmico que consiste en calentar el acero a una temperatura adecuada y enfriarlo rápidamente para conseguir una mayor dureza.

Alteración del tamaño de los granos y de la composición de las fases: El tratamiento térmico afecta a la dureza alterando el tamaño del grano y la composición de las fases del material metálico. Esto puede lograrse a través de mecanismos como el refuerzo de la solución del límite de grano, el refuerzo de la solución cristalina y el refuerzo de la transformación de fase.

Tecnología de revestimiento: El uso de la tecnología de revestimiento durante el proceso de tratamiento térmico de materiales metálicos puede evitar daños significativos en la estructura metálica al tiempo que se consigue una dureza óptima, lo que garantiza una mejora significativa de los resultados de la aplicación.

Reorganización de la estructura organizativa: El tratamiento térmico puede mejorar la uniformidad y la dureza del material reorganizando la estructura organizativa y reduciendo o eliminando la falta de uniformidad. Este método puede aplicarse de varias formas en función de las necesidades específicas.

Formación de una capa protectora: La formación de una fina capa protectora en la superficie de los materiales metálicos altera la estructura original del metal. En comparación con los métodos tradicionales de temple, este enfoque aumenta eficazmente la dureza superficial del metal y ofrece la ventaja de su fácil manejo.