La capacidad de un material metálico para resistir la indentación de su superficie por objetos duros se denomina dureza. Según los diferentes métodos de ensayo y su ámbito de aplicación, la dureza se puede clasificar en dureza Brinell, dureza Rockwell, dureza Vickers, dureza Shore, microdureza y dureza a alta temperatura. Existen tres durezas comúnmente utilizadas para tuberías: Brinell, Rockwell y Vickers.
A. Dureza Brinell (HB)
Utilice una bola de acero o de carburo de un diámetro determinado para presionar la superficie de la muestra con la fuerza de ensayo especificada (F). Transcurrido el tiempo de aplicación, retire la fuerza de ensayo y mida el diámetro de la indentación (L) en la superficie de la muestra. El valor de dureza Brinell se obtiene dividiendo la fuerza de ensayo entre el área de la esfera indentada. Expresado en HBS (bola de acero), la unidad es N/mm² (MPa).
La fórmula de cálculo es:
En la fórmula: F–la fuerza de prueba aplicada sobre la superficie de la muestra metálica, N;
D – Diámetro de la bola de acero para la prueba, mm;
d – diámetro promedio de la indentación, mm.
La medición de la dureza Brinell es más precisa y fiable, pero generalmente solo es adecuada para materiales metálicos con una dureza inferior a 450 N/mm² (MPa), y no para aceros más duros ni chapas delgadas. Entre las normas para tuberías de acero, la dureza Brinell es la más utilizada. El diámetro de indentación d se usa frecuentemente para expresar la dureza del material, lo cual es intuitivo y práctico.
Ejemplo: 120HBS10/1000130: Significa que el valor de dureza Brinell medido utilizando una bola de acero de 10 mm de diámetro bajo una fuerza de prueba de 1000 Kgf (9,807 KN) durante 30 s (segundos) es de 120 N/mm2 (MPa).
B. Dureza Rockwell (HR)
El ensayo de dureza Rockwell, al igual que el ensayo de dureza Brinell, es un método de ensayo de indentación. La diferencia radica en que mide la profundidad de la indentación. Es decir, bajo la acción secuencial de una fuerza de ensayo inicial (Fo) y una fuerza de ensayo total (F), el indentador (cono o bola de acero de la acería) se presiona contra la superficie de la muestra. Tras un tiempo de mantenimiento especificado, se retira la fuerza principal. El incremento de profundidad de indentación residual medido (e) se utiliza para calcular el valor de dureza. Este valor es un número anónimo, representado por el símbolo HR, y las escalas utilizadas incluyen 9 escalas: A, B, C, D, E, F, G, H y K. Entre ellas, las escalas más utilizadas para el ensayo de dureza del acero son generalmente A, B y C, es decir, HRA, HRB y HRC.
El valor de dureza se calcula utilizando la siguiente fórmula:
Al realizar pruebas con escalas A y C, HR=100-e
Al realizar la prueba con la escala B, HR=130-e
En la fórmula, e – el incremento residual de la profundidad de indentación – se expresa en la unidad especificada de 0,002 mm. Es decir, cuando el desplazamiento axial del indentador es de una unidad (0,002 mm), equivale a un cambio de una unidad en la dureza Rockwell. Cuanto mayor sea el valor de e, menor será la dureza del metal, y viceversa.
El ámbito de aplicación de las tres escalas anteriores es el siguiente:
HRA (indentador de cono de diamante) 20-88
HRC (indentador de cono de diamante) 20-70
HRB (indentador de bola de acero de 1,588 mm de diámetro) 20-100
La prueba de dureza Rockwell es un método ampliamente utilizado en la actualidad, siendo la dureza HRC la segunda más empleada en las normas para tuberías de acero, solo superada por la dureza Brinell (HB). La dureza Rockwell permite medir la dureza de materiales metálicos desde extremadamente blandos hasta extremadamente duros, compensando las limitaciones del método Brinell. Es más sencilla y el valor de dureza se puede leer directamente en el dial del durómetro. Sin embargo, debido a su pequeña indentación, la precisión del valor de dureza no es tan alta como la del método Brinell.
C. Dureza Vickers (HV)
El ensayo de dureza Vickers es también un método de ensayo de indentación. Consiste en presionar un indentador de diamante piramidal cuadrado, con un ángulo de 136° entre las superficies opuestas, sobre la superficie de ensayo con una fuerza de ensayo seleccionada (F), y retirarlo tras un tiempo de aplicación determinado. Para medir la fuerza aplicada, se mide la longitud de las dos diagonales de la indentación.
El valor de dureza Vickers es el cociente de la fuerza de ensayo dividida por el área de la superficie de indentación. Su fórmula de cálculo es:
En la fórmula: HV – símbolo de dureza Vickers, N/mm2 (MPa);
Fuerza de prueba F, N;
d–la media aritmética de las dos diagonales de la indentación, mm.
La fuerza de prueba F utilizada en la dureza Vickers es de 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) Kgf (N) y otros seis niveles. El valor de dureza se puede medir en un rango de 5 a 1000 HV.
Ejemplo de método de expresión: 640HV30/20 significa que el valor de dureza Vickers medido con una fuerza de prueba de 30Hgf (294,2N) durante 20S (segundos) es de 640N/mm2 (MPa).
El método de dureza Vickers se puede utilizar para determinar la dureza de materiales metálicos muy delgados y capas superficiales. Presenta las principales ventajas de los métodos Brinell y Rockwell, y supera sus limitaciones básicas, pero no es tan sencillo como el método Rockwell. El método Vickers se utiliza con poca frecuencia en las normas para tuberías de acero.
Fecha de publicación: 3 de abril de 2024
