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La dureza de los materiales es una de las propiedades mecánicas que tiene gran importancia en la ingeniería ya que esta provee información que será de ayuda para el uso de determinados materiales. Para poder medir dicha propiedad de un material, principalmente metales y aleaciones, se han ido desarrollando algunos métodos para medir la dureza. Entre ellas se encuentra el ensayo de dureza Brinell (HB o Hardness Brinell).
Al aplicarle el ensayo de dureza Brinell a un material metálico, se podrá obtener información que resulta muy útil. Ya que brindara información que se puede relacionar con otras propiedades y características físicas de determinado material. Tales como la resistencia a la tracción, al desgaste, también la ductilidad y otras.
Además, dependiendo de la dureza de un material, esta será capaz de resistir a efectos de deformación plástica superficial, penetración y rayado. Por otro lado, a mayor dureza de un material, esta se verá favorecida en algunas de sus propiedades tales como la resistencia al desgaste por fricción o erosión en medios húmedos, de aceites o agua.
Ensayo de Dureza Brinell
Este método consiste en la aplicación de una carga constante sobre una superficie plana, durante un tiempo determinado, haciendo uso de una pequeña bola que debería de ser de carburo de tungsteno, pero también hay bolas de acero endurecido.
El ensayo de dureza Brinell (HB) suele ser más adecuado para materiales metálicos cuyas estructuras de grano son gruesas y no homogéneos. Por lo tanto, su aplicación resulta más idónea en fundiciones y en piezas forjadas.
Fórmula del Ensayo de Dureza Brinell
La fórmula que se muestra en la imagen, ayuda a determinar el valor de dureza de los materiales metálicos.
- HB = Indica el valor de Dureza Brinell del material.
- F = Se refiere al valor de la carga que ha sido aplicada.
- D = Indica el diámetro de la bola de carburo de tungsteno o acero endurecido (indentador).
- d = Indica el diámetro del área de la superficie de la sangría (sangría = impresión = indentación). Es la marca que deja el identador después de la operación.
Especificaciones del Ensayo De Dureza Brinell
- La bola para su aplicación debería ser de carburo de tungsteno, pero también se usan otras como bolas de acero endurecido.
- Las cargas para el ensayo de dureza Brinell se aplica de manera que se encuentre en el rango de 500 a 3000 N.
- El tiempo de aplicación de la carga debe ser determinado, y se encuentra entre 10 a 30 segundos.
- En ensayo de dureza Brinell se aplica sobre una superficie plana y rectificada.
En cuanto a los estándares nuevos del ensayo Brinell, se exige que las bolas sean de carburo de tungsteno.
Las razones se deben a que las cargas que se aplican son variadas y debido a los grandes rangos de dureza. Entonces, mientras que se usan 500 N para materiales metálicos blandos como el aluminio, también se usan cargas de 3000 N para otros materiales metálicos que son muy duros.
Además, las bolas de acero endurecido solamente pueden usarse para valores de hasta 444 HB. Mientras que usando las bolas de carburo de tungsteno se puede medir una dureza máxima de 650 HB.
En algunos casos se van a encontrar valores de dureza acompañados con HB (Hardness Brinell), HBW (Hardness Brinell Wolfram carbide) o HBS (Hardness Brinell Steel). Para el caso de HBW, Wolfram carbide = carburo de tungsteno.
Los estándares que en los que se explica y se define el ensayo de dureza Brinell son las siguientes:
- ASTM E 10
- ISO 6506
Procedimiento de Aplicación del Ensayo de Dureza Brinell
Para llevar a cabo este ensayo de dureza se tiene que seguir con un procedimiento que permita que el resultado sea el correcto.
Primero, limpiar o pulir la superficie sobre la cual se aplicará la carga. Además, la superficie debe ser plana, rectificada, lapeada y mecanizada.
Se debe configurar la máquina, según la carga requerida para la prueba.
Se debe colocar la base del soporte de la muestra a una distancia considerable para realizar el ensayo. Enseguida se colocará la muestra.
Paso siguiente, es aplicar la carga principal sobre la pieza a ensayar. Maniobrando la palanca de la máquina.
Se debe mantener la carga aplicada durante un tiempo determinado. Luego maniobrar la palanca para liberar la carga.
Una vez concretada los pasos anteriores para el ensayo de dureza, se debe retirar la pieza que ha sido ensayada para medir el diámetro de hendidura formada con el microscopio Brinell. Muchas veces la medición se realiza con el microscopio de la máquina sin la necesidad de retirar la muestra. Eso va a depender del tipo de máquina que se esté utilizando.
Observaciones del Ensayo de Dureza Brinell
Muchas veces se requiere hacer algunas pruebas. Esto se debe al amplio rango de dureza que se utiliza en el método Brinell. Y también se debe a la variedad de tamaños de bolas y cargas que se encuentran disponibles.
Cuando se usa el ensayo de dureza Brinell las cargas son considerablemente altas en algunos casos. Por ello puede que este ensayo no entre en la categoría de los ensayos no-destructivos.
Además, el resultado del ensayo de dureza Brinell, puede llegar a variar y en algunos casos podrían ser erróneos, cuando la dureza del material metálico es muy alta. Esto se debe al tipo de bola que se usa para la indentación. Ya que hay bolas que resultan ser blandas para algunos materiales.
Calculo del Ensayo de Dureza Brinell
En de las máquinas más actuales, no se necesitan hacer cálculos, ya que las mismas máquinas se encargan de realizar los cálculos. En cuyo caso, solo sería necesario registrar los datos que se muestran en sus paneles de información.
Para el caso de máquinas que no son tan actualizados, se tiene que medir el diámetro de la indentación haciendo uso del microscopio Brinell. También se tienen que registrar los datos de carga y tiempo, que han sido aplicados en el ensayo de dureza Brinell.
Una vez que se tiene los datos, solo se tendrá que reemplazar los valores en la fórmula para calcular el valor de dureza del material.
Algunas Máquinas Para Realizar el Ensayo de Dureza Brinell
Máquinas Analógicas
Consiste en una distribución de energía hidráulica y un circuito de control lo cual facilitará el seguimiento de carga y descarga. El método de comprensión es aceptable, y son muy adaptables para el ensayo de dureza para piezas de fundición, forjadas, duras y otras que pueden ser blandas.
Máquinas Ópticas
Los ensayos ópticos de dureza Brinell tienen un diseño similar a las análogas y también al tipo de operación de la máquina análoga. La ventaja de esta máquina se encuentra en su dispositivo óptico, el cual le permite hacer una proyección del diámetro de la indentación en una pantalla de vidrio. Además, al contar con un sistema de medición micrométrico, se conseguirá ahorra tiempo en mediciones.
Estas máquinas, también son capaces de medir piezas blandas y duras.
Equipos Computarizados
Los resultados de ensayo de dureza Brinell en estas máquinas son excelentes. Ya que se puede obtener los valores de dureza de manera directa y precisa. Otra de las razone es que cuenta con una cámara con un procesamiento avanzado, el cual le permite mostrar una captura en el monitor, y el software calcula el diámetro para luego mostrar el valor de dureza del material metálico. Este último procedimiento se puede realizar de manera manual, semiautomático o automático.
Equipos Semiautomáticos
Es un equipo muy versátil en comparación con otros. Las medidas de indentación se consiguen obtener a través de un microscopio estándar, el cual cuenta con una medición automática.
Máquinas Automáticas
Son máquinas automáticas de carga precisa. Solo se tienen que colocar las piezas, luego presionar el botón de “Start o Empezar”, luego de eso todas las operaciones se realizarán en automático. La máquina también se encarga de medir el diámetro de indentación, y al final el resultado del valor de dureza del material metálico se mostrará en la pantalla de la máquina.
