La dureza de un material es su capacidad para resistir la deformación permanente localizada, la penetración, el rayado o la hendidura. Por lo tanto, es un parámetro importante en ingeniería. La prueba de dureza proporciona un medio para cuantificar la dureza de un material y es un elemento clave en muchos procedimientos de control de calidad y trabajo de I+D. Hay varios métodos disponibles para la prueba de dureza. Sin embargo, Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop, Mohs, Scleroscope y la prueba de archivos son las pruebas de dureza más utilizadas. En este artículo, aprenderemos sobre la prueba de dureza Brinell, su procedimiento, fórmula relacionada y estándares.
¿Qué es la prueba de dureza Brinell?
El método de prueba de dureza Brinell es la técnica de medición de dureza más utilizada en la industria. En la prueba de dureza Brinell, la dureza de un metal se determina midiendo el tamaño de la muesca permanente producida por un penetrador. Los materiales más duros generarán muescas poco profundas mientras que los materiales más blandos producirán muescas más profundas. Este método de prueba fue propuesto por primera vez por el ingeniero sueco Johan August Brinell en 1900 y, según su nombre, la prueba es popular como prueba de dureza Brinell.
Procedimiento de prueba de dureza Brinell
La prueba de dureza Brinell se realiza en una unidad de prueba de dureza Brinell. En este método de prueba, se aplica una fuerza predeterminada (F) a una bola de carburo de tungsteno de diámetro fijo (D) y se mantiene durante un período de tiempo predeterminado y luego se retira. El indentador esférico crea una impresión (deformación permanente) en la pieza de metal de prueba. Esta muesca se mide en dos o más diámetros y luego se promedia para obtener el diámetro de la muesca (d). Usando este tamaño de muesca (d), el número de dureza Brinell (BHN) se encuentra usando una tabla o se calcula usando la fórmula de prueba de dureza Brinell. Los equipos utilizados para las pruebas de dureza Brinell son:
- Máquina de prueba de dureza Brinell
- Indentador Esfera, y
- Microscopio Brinell para medir la impresión generada.
Máquina de prueba de dureza Brinell:
La máquina de prueba de dureza Brinell (Fig. 1) consta de un sistema de carga que incluye hojas, pesos, amortiguador hidráulico y émbolo encerrados en el cuerpo de la máquina. El material de prueba se mantiene en el yunque ajustable. Usando la palanca, el indentador de bola esférica desciende sobre el material con una fuerza predeterminada que se puede leer en la pantalla.
Para metales más blandos, la fuerza utilizada es menor que para metales más duros. El valor de la fuerza varía de 1 kgf a 3000 kgf. Las fuerzas de prueba comunes van desde los 500 kgf que se usan a menudo para materiales no ferrosos hasta los 3000 kgf para aceros y fundiciones.
Hay cuatro tamaños de penetrador utilizados para la prueba de dureza Brinell. Tienen un tamaño de 1 mm, 2,5 mm, 5 mm y 10 mm.
Para obtener el mismo BHN con diferentes diámetros de bola, se deben producir muescas geométricamente similares. Es posible si F/D 2 se mantiene constante.
Fórmula de prueba de dureza Brinell
Una vez que se mide el diámetro de indentación promedio, se puede calcular el número de dureza Brinell (BHN o HBW) utilizando la siguiente fórmula de prueba de dureza Brinell:
Tenga en cuenta que el término HBW significa carburo de dureza Brinell Wolfram.
El carburo de wolframio (= carburo de tungsteno) subraya el uso de bolas de carburo de tungsteno, a diferencia de las bolas de acero (más blandas) utilizadas anteriormente (HBS).
El grosor mínimo del espécimen de prueba es al menos 10 veces la profundidad de indentación según la norma ASTM y lo mismo es al menos 8 veces la profundidad de indentación según la norma ISO.
Especificación del número de dureza Brinell
Al especificar un número de dureza Brinell (BHN o HB), se deben especificar las condiciones de prueba utilizadas para obtener el número. El formato estándar para especificar es “HBW 10/3000”. “HBW” se refiere a una bola de carburo de tungsteno utilizada como indentador, a diferencia de “HBS”, que significa una bola de acero endurecido. El “10” es el diámetro de la bola en milímetros. El “3000” es la fuerza en kilogramos de fuerza.
A veces, la dureza Brinell también se especifica como “XXX HB YYD2”, donde
- XXX es la fuerza a aplicar (en kgf)
- YY especifica el tipo de material (5 para aleaciones de aluminio, 10 para aleaciones de cobre, 30 para aceros).
Así, la dureza Brinell de un acero típico podría escribirse: 250 HB 30D2. La siguiente imagen de wikipedia proporciona algunos valores típicos de dureza Brinell de materiales comunes.
Requisitos para la prueba de dureza Brinell
- Antes de la prueba, la muestra debe limpiarse a fondo. Es preferible si la superficie de prueba está maquinada, rectificada y pulida para obtener una mejor medición de la indentación.
- Se debe seleccionar el penetrador adecuado (bola de acero o bola de carburo) según los requisitos.
- La fuerza aplicable debe determinarse de antemano.
- La carga sobre la muestra que se mantendrá durante el período de tiempo exacto.
- Las muescas deben colocarse para mantener suficiente espacio libre desde el borde de la muestra y entre las muescas individuales.
Estándares para la prueba de dureza Brinell
Los estándares ampliamente utilizados para la prueba de dureza Brinell en las industrias son:
- ASTM E10
- Norma ISO 6506
- JIS Z 2243
Ventajas de la prueba de dureza Brinell
El método de prueba de Brinell tiene muchas ventajas:
- Se puede medir la dureza de las muestras rugosas, lo que es difícil con otros métodos.
- Es posible la aplicación de carga de prueba elevada (hasta 3.000 kg).
- Amplio rango de medición debido a la disponibilidad de una variedad de tamaños y cargas de penetradores
- Un probador de dureza Brinell puede determinar la dureza de todo tipo de metales.
- Proporciona resultados fiables.
Sin embargo, el método de prueba de Brinell también tiene algunas desventajas:
- Podría haber errores de medición debido al uso de instrumentos ópticos.
- Las imperfecciones de la superficie pueden interferir con el resultado de la prueba si la superficie no se prepara a fondo.
- El requisito de una superficie plana hace que esta prueba sea redundante para superficies cilíndricas.
Prueba de dureza Brinell vs Rockwell
La principal diferencia entre la prueba de dureza Brinell y Rockwell se proporciona en la siguiente tabla:
| Prueba de dureza Brinell | Prueba de dureza Rockwell |
| En la prueba de dureza Brinell, el indentador es una bola esférica de carburo de tungsteno | Para la prueba de dureza Rockwell, el penetrador es una bola de acero pequeña (HRB) o un cono de diamante (HRC) |
| La dureza superior a 650 HB no se puede medir con esta configuración. | No hay tal limitación. |
| Mide el diámetro de la muesca para calcular el valor de dureza. | La profundidad de la muesca se mide para calcular la dureza Rockwell. |
| Un método comparativamente lento. | Proceso más rápido. |
| Se requiere preparación de la superficie. | Sin preparación de superficie. |
| Comparativamente costoso | Opción más barata |
Tabla 1: Prueba de dureza Brinell vs Rockwell
Tabla de conversión de dureza Brinell, Rockwell y Vickers
La conversión aproximada de dureza Brinell, Rockwell B & C y Vickers se proporciona a continuación solo como muestra. También se añade una columna más que indica la resistencia a la tracción equivalente aproximada.
| Dureza Brinell (HB)-3000Kg-Bola de 10 mm | Dureza Rockwell (HRC)-150Kg Brale | Rockwell (HRB)- Bola de 100Kg 1/16″ | Dureza Vickers (HV)- Pirámide Diamante 120 Kg | Aprox. Resistencia a la tracción (N/mm²) |
| 800 | 72 | |||
| 780 | 71 | |||
| 760 | 70 | |||
| 752 | 69 | |||
| 745 | 68 | |||
| 746 | 67 | |||
| 735 | 66 | |||
| 711 | sesenta y cinco | |||
| 695 | 64 | |||
| 681 | 63 | |||
| 658 | 62 | |||
| 642 | 61 | |||
| 627 | 60 | |||
| 613 | 59 | |||
| 601 | 58 | 746 | ||
| 592 | 57 | 727 | ||
| 572 | 56 | 694 | ||
| 552 | 55 | 649 | ||
| 534 | 54 | 120 | 589 | |
| 513 | 53 | 119 | 567 | |
| 504 | 52 | 118 | 549 | |
| 486 | 51 | 118 | 531 | |
| 469 | 50 | 117 | 505 | |
| 468 | 49 | 117 | 497 | |
| 456 | 48 | 116 | 490 | 1569 |
| 445 | 47 | 115 | 474 | 1520 |
| 430 | 46 | 115 | 458 | 1471 |
| 419 | 45 | 114 | 448 | 1447 |
| 415 | 44 | 114 | 438 | 1422 |
| 402 | 43 | 114 | 424 | 1390 |
| 388 | 42 | 113 | 406 | 1363 |
| 375 | 41 | 112 | 393 | 1314 |
| 373 | 40 | 111 | 388 | 1265 |
| 360 | 39 | 111 | 376 | 1236 |
| 348 | 38 | 110 | 361 | 1187 |
| 341 | 37 | 109 | 351 | 1157 |
| 331 | 36 | 109 | 342 | 1118 |
| 322 | 35 | 108 | 332 | 1089 |
| 314 | 34 | 108 | 320 | 1049 |
| 308 | 33 | 107 | 311 | 1035 |
| 300 | 32 | 107 | 303 | 1020 |
| 290 | 31 | 106 | 292 | 990 |
| 277 | 30 | 105 | 285 | 971 |
| 271 | 29 | 104 | 277 | 941 |
| 264 | 28 | 103 | 271 | 892 |
| 262 | 27 | 103 | 262 | 880 |
| 255 | 26 | 102 | 258 | 870 |
| 250 | 25 | 101 | 255 | 853 |
| 245 | 24 | 100 | 252 | 838 |
| 240 | 23 | 100 | 247 | 824 |
| 233 | 22 | 99 | 241 | 794 |
| 229 | 21 | 98 | 235 | 775 |
| 223 | 20 | 97 | 227 | 755 |
| 216 | 19 | 96 | 222 | 716 |
| 212 | 18 | 95 | 218 | 706 |
| 208 | 17 | 95 | 210 | 696 |
| 203 | dieciséis | 94 | 201 | 680 |
| 199 | 15 | 93 | 199 | 667 |
| 191 | 14 | 92 | 197 | 657 |
| 190 | 13 | 92 | 186 | 648 |
| 186 | 12 | 91 | 184 | 637 |
| 183 | 11 | 90 | 183 | 617 |
| 180 | 10 | 89 | 180 | 608 |
| 175 | 9 | 88 | 178 | 685 |
| 170 | 7 | 87 | 175 | 559 |
| 167 | 6 | 86 | 172 | 555 |
| 166 | 5 | 86 | 168 | 549 |
| 163 | 4 | 85 | 162 | 539 |
| 160 | 3 | 84 | 160 | 535 |
| 156 | 2 | 83 | 158 | 530 |
| 154 | 1 | 82 | 152 | 515 |
| 149 | 81 | 149 | 500 | |
| 147 | 80 | 147 | 490 | |
| 143 | 79 | 146 | 482 | |
| 141 | 78 | 144 | 481 | |
| 139 | 77 | 142 | 480 | |
| 137 | 76 | 140 | 475 | |
| 135 | 75 | 137 | 467 | |
| 131 | 74 | 134 | 461 | |
| 127 | 72 | 129 | 451 | |
| 121 | 70 | 127 | 431 | |
| 116 | 68 | 124 | 422 | |
| 114 | 67 | 121 | 412 | |
| 111 | 66 | 118 | 402 | |
| 107 | 64 | 115 | 382 | |
| 105 | 62 | 112 | 378 | |
| 103 | 61 | 108 | 373 | |
| 95 | 56 | 104 | ||
| 90 | 52 | 95 | ||
| 81 | 41 | 85 | ||
| 76 | 37 | 80 |
Tabla 2: Tabla de conversión de dureza Brinell, Rockwell y Vickers
