La dureza del acero expresa su resistencia a una indentación localizada bajo un método de ensayo definido. El número obtenido depende del método, la escala o fuerza de ensayo, el penetrador, el estado de la probeta y el procedimiento de medición. Por eso, un valor de dureza tiene sentido técnico cuando se conserva junto con su designación de ensayo.
Brinell, Rockwell y Vickers se emplean ampliamente en aceros. Cada método produce y evalúa la huella de una forma distinta, de modo que su utilidad cambia con el espesor, la geometría, el intervalo de dureza y la tarea de inspección.
La dureza depende del método de ensayo
El ensayo de dureza es empírico. Un penetrador especificado actúa sobre el material con una fuerza controlada y el sistema convierte la huella o la profundidad de penetración en un número. Los materiales de referencia de NIST para determinadas escalas Rockwell y de microindentación ayudan a mantener la trazabilidad del sistema de medición.
Una lectura local puede servir para controlar tratamiento térmico, recepción de material, soldaduras o procesos de fabricación. Si existe cementación, descarburación, trabajo en frío, una zona afectada por el calor o un gradiente microestructural, el valor de un único punto puede diferir de otras zonas de la pieza.
Brinell: una huella amplia medida por diámetro
Brinell utiliza una bola de carburo y determina la dureza a partir del tamaño de la huella residual bajo condiciones especificadas. La huella relativamente grande integra una zona más amplia y resulta útil cuando la marca de ensayo es aceptable, por ejemplo en determinados productos laminados, forjados o fundidos.
ISO 6506-1:2014 sigue siendo la edición publicada del método Brinell consultada en esta investigación; ISO tiene un proyecto de sustitución en desarrollo. En Estados Unidos, ASTM E10-23 cubre el ensayo Brinell de materiales metálicos.
La validez exige respetar bola, fuerza, espesor de probeta, separación entre huellas, distancia al borde, superficie y medición óptica. El informe debe mantener la designación HBW y las condiciones que exija la norma o especificación aplicable.
Rockwell: lectura por profundidad para control rápido
Rockwell mide el aumento residual de profundidad bajo la fuerza preliminar, comparando las lecturas antes de aplicar la fuerza adicional y después de retirarla. Cada escala combina penetrador y carga de una manera concreta. HRC y HRB, por ejemplo, son escalas diferentes y sus números no forman una escala continua.
ISO 6508-1:2023 cubre escalas Rockwell regulares y superficiales. ASTM E18-25 también establece el método y advierte que una medición en una sola ubicación puede no representar toda la pieza.
Rockwell es eficiente para inspección de producción cuando la escala elegida corresponde al material, espesor y geometría. Chapa fina, superficies curvas o capas endurecidas pueden exigir una escala superficial, otro método o una corrección prevista por la norma.
Vickers: una geometría de diamante para varios rangos de fuerza
Vickers emplea una pirámide de diamante de base cuadrada. Se miden ópticamente las diagonales de la huella residual y el resultado se expresa como HV con la fuerza correspondiente.
ISO 6507-1:2023 cubre tres rangos de fuerza y establece límites prácticos relacionados con tamaño de huella y determinadas aplicaciones sobre recubrimientos. ASTM E92-26 cubre Vickers y Knoop y reconoce la utilidad de mediciones pequeñas para revelar variaciones locales.
Vickers funciona tanto en ensayos generales como en recorridos de dureza en soldaduras, perfiles de capa endurecida y regiones pequeñas. A medida que disminuye la huella, la preparación superficial y la calidad de la medición óptica ganan importancia.
Cómo leer la designación de dureza
Los siguientes ejemplos corresponden a ensayos independientes; no expresan valores equivalentes:
- 220 HBW 10/3000: dureza Brinell 220, bola de carburo de 10 mm y fuerza nominal de 3000 kgf, aproximadamente 29,42 kN.
- 60 HRC: dureza 60 en la escala Rockwell C, con cono de diamante, fuerza preliminar de 10 kgf y fuerza total de 150 kgf; aproximadamente 98,07 N y 1,471 kN. La fuerza total incluye la preliminar.
- 250 HV 10: dureza Vickers 250 con fuerza nominal de 10 kgf, aproximadamente 98,07 N. El 10 identifica la fuerza de ensayo y no significa 10 N.
kgf es una unidad de fuerza: 1 kgf = 9,80665 N. Conserve la indicación del tiempo de permanencia y las demás condiciones de informe que exija la norma. Son ejemplos de notación, no objetivos para un grado de acero.
Seleccione el método según la pieza y la pregunta
| Método | Qué se mide | Uso práctico frecuente | Control crítico |
|---|---|---|---|
| Brinell | Diámetro de una huella de bola | Evaluación de una zona relativamente amplia cuando se admite una marca mayor | Superficie, espesor, separación y lectura óptica |
| Rockwell | Aumento residual de profundidad bajo la fuerza preliminar | Control rápido de producción con una escala adecuada | Escala, espesor, apoyo, curvatura y superficie |
| Vickers | Diagonales de una huella piramidal de diamante | Medición general o localizada en un amplio rango de fuerzas | Preparación, óptica y tamaño de huella |
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Una placa gruesa, una chapa fina, una capa cementada y una zona térmicamente afectada pueden requerir condiciones distintas aunque pertenezcan a una familia de aceros similar.
Factores que modifican una lectura
La superficie debe representar la región de interés y cumplir la norma aplicable. Rugosidad, óxido, descarburación, recubrimientos, daño de rectificado o pulido excesivo pueden cambiar la huella o dificultar su lectura.
El espesor y el apoyo de la probeta influyen porque la zona deformada se extiende por debajo de la impresión. También deben respetarse separaciones entre huellas y distancias al borde. En superficies curvas puede ser necesaria una corrección o una configuración diferente según el método.
El propio material puede presentar gradientes reales por tratamiento térmico, trabajo en frío, fases, profundidad de capa, ciclo térmico de soldadura o variación local de composición. Cuando se espera esa variación, conviene definir de antemano un recorrido o plan de muestreo.
En chapa fina, compruebe el espesor mínimo permitido para el método, la escala y la dureza prevista, además del apoyo y cualquier deformación de la cara posterior. Rockwell superficial o Vickers con menor fuerza pueden ser adecuados, pero reducir la fuerza por sí solo no valida el ensayo. Vickers también impone límites al tamaño de huella y al alcance sobre recubrimientos; una marca aparentemente legible puede quedar fuera del método.
Defina si se evalúa el sustrato de acero, el recubrimiento, la superficie tras el tratamiento o una sección de la capa endurecida. Para evaluar el sustrato, prepare la superficie sin alterar su dureza. Para estudiar una capa endurecida o descarburada, preserve la región y mida la profundidad desde la superficie original. El calor del rectificado, la eliminación excesiva de material y el trabajo en frío durante la preparación pueden cambiar el resultado.
Use las conversiones con un alcance definido
Las tablas de conversión son útiles para comparar datos y manejar especificaciones antiguas, pero la relación es empírica y depende del material. ISO 18265:2013 indica que los valores convertidos son directamente aplicables al material exacto con el que se estableció la relación; en otros materiales actúan como referencia orientativa. La estimación de resistencia a tracción figura entre las conversiones con menor fiabilidad.
Para aceptación, conserve siempre que sea posible el valor medido en su escala original. Si se necesita una conversión, registre la tabla utilizada, el grupo de material y el valor de partida. Evite encadenar varias conversiones entre escalas.
Relación con resistencia y desgaste
Dentro de una familia de acero y una condición térmica definidas, la dureza puede correlacionarse con la resistencia a tracción porque ambas dependen de la microestructura. Esa relación cambia con composición, proceso y rango de ensayo. Los requisitos de límite elástico y resistencia a tracción de una especificación deben comprobarse por sus métodos correspondientes.
El desgaste también depende de abrasivo, presión de contacto, tenacidad, microestructura, contraparte, lubricación, temperatura y tratamiento superficial. La dureza aporta información importante, aunque por sí sola no predice todos los mecanismos de desgaste.
Defina, verifique y documente el ensayo
Un plan práctico puede seguir esta secuencia:
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Identificar material, forma de producto, tratamiento y zona que se evaluará.
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Confirmar la especificación de producto y la norma de ensayo aplicable.
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Elegir Brinell, Rockwell o Vickers y la escala o fuerza adecuada para espesor, geometría y dureza prevista.
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Preparar la superficie y el apoyo de la probeta según el método.
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Verificar máquina, penetrador y bloque de referencia antes de las mediciones de aceptación.
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Definir posiciones, separación, número de lecturas y recorridos antes del ensayo.
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Registrar la designación original, condiciones y cualquier corrección permitida.
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Comparar con el límite de la especificación real y documentar por separado cualquier conversión usada como referencia.
Para propiedades relacionadas, consulte Resistencia a la tracción del acero y Límite elástico del acero . Para selección de grados, vea Cómo elegir un grado de resistencia del acero .