¡Bienvenidos nuevamente al blog de Welectronic! Cuando un proveedor te dice “este eje viene a 58 HRC”, ¿sabes de dónde sale ese número y si puedes confiar en él? La dureza es la resistencia de un material a la deformación permanente, y se mide clavando un penetrador con una carga definida y observando el resultado. Cada método (Brinell, Rockwell y Vickers) usa su propio penetrador, su carga y su forma de leer. Veamos cuándo usar cada uno, cómo se calcula y qué errores arruinan un ensayo.
1. Principio, penetradores y cargas
- Brinell (HBW): penetrador de bola de acero templado o carburo, de diámetro D de 1, 2,5, 5 o 10 mm. Cargas de 0,5 a 30 kN según el diámetro y la norma, aplicadas de 10 a 15 s. Deja una huella circular de diámetro d. Norma ISO 6506.
- Rockwell (HRC / HRB): penetrador de diamante cónico (Brale, 120°) o bola de acero (HRB). Primero una carga preliminar de 10 kgf y luego una principal de 60, 100 o 150 kgf según la escala, aplicada de 2 a 8 s. Se mide la profundidad residual. Norma ISO 6508.
- Vickers (HV): diamante piramidal de base cuadrada con 136° entre caras. Cargas de 0,098 N a 98 N (10 gf a 10 kgf) según material y equipo, aplicadas de 10 a 15 s. Deja una huella cuadrada de diagonales d₁ y d₂. Norma ISO 6507.
2. Huella y cálculo de la dureza
HBW = 0,102 · 2F / [π · D · (D − √(D² − d²))] (F en N; D y d en mm)
HV = 0,1891 · F / d² (F en N) = 1,8544 · F / d² (F en kgf) ; d = (d₁ + d₂) / 2 en mm
HR = N − e / 0,002 mm (Rockwell)
HV = 0,1891 · F / d² (F en N) = 1,8544 · F / d² (F en kgf) ; d = (d₁ + d₂) / 2 en mm
HR = N − e / 0,002 mm (Rockwell)
- Brinell: la dureza es la carga dividida por el área de la huella esférica. Se reporta como HBW D/F/t, por ejemplo HBW 10/3000/15: bola de 10 mm, 3.000 kgf, 15 s.
- Rockwell: se lee directo en el dial del equipo. Se reporta, por ejemplo, HRC 62 o HRB 85. Es adimensional.
- Vickers: se miden las dos diagonales con un microscopio. Se reporta como HV F/t, por ejemplo HV 30/15 (30 kgf aplicados durante 15 s).
Dos precisiones sobre la ficha: (1) la fórmula Vickers “1,8544·F/d²” solo es válida con F en kgf; con F en newton la constante es 0,1891. (2) La dureza Brinell y Vickers no se expresan en MPa: se reportan como números sin unidad (históricamente kgf/mm²). La fórmula Brinell de la ficha, con F en N, necesita el factor 0,102 para dar el valor Brinell habitual.
3. Preparación superficial y condiciones de ensayo
- Superficie: plana y limpia, sin cascarilla, óxido, pintura ni grasa; elimina rebabas o corta filo en piezas delgadas. Acabado típico: Brinell Ra ≤ 3,2 µm; Rockwell Ra ≤ 1,6 µm; Vickers micro Ra ≤ 0,8 µm.
- Condiciones: temperatura ambiente de 10 a 35 °C, sin vibraciones ni golpes, penetrador perpendicular (±1°), carga y escala apropiadas al material y al espesor, y equipo y patrones calibrados.
- Espesor mínimo: Rockwell ≥ 10 × e (e es la profundidad de la huella); Vickers ≥ 1,5 × d (d es la diagonal media), con ≥ 0,3 mm en el caso micro.
Corrección importante: la ficha indica para Brinell un espesor mínimo de “≥ 10 × D” (D es el diámetro de la bola), lo que exigiría 100 mm con bola de 10 mm; no es lo que pide la norma. Según ISO 6506, el espesor debe ser al menos 8 veces la profundidad de la huella (h = [D − √(D² − d²)] / 2). Para la huella HBW 10/3000 del problema 1, h ≈ 0,417 mm y el espesor mínimo es ≈ 3,3 mm.
4. Selección rápida, separación entre huellas y bordes
- Piezas grandes, fundiciones y forjados: Brinell, porque su huella grande promedia las microestructuras.
- Metales templados y de durezas altas: Rockwell C, rápido y sin medición óptica.
- Metales blandos, chapas y recocidos: Rockwell B (bola de acero, escala baja).
- Piezas delgadas, capas, recubrimientos y análisis detallado: Vickers, con huella pequeña y mayor precisión.
- Laboratorio e investigación: Vickers micro, con amplio rango de cargas y gran precisión.
Para evitar la influencia de huellas vecinas y de los bordes, no hagas dos huellas demasiado juntas ni cerca del borde. La ficha propone separaciones de ≥ 3 × D (Brinell), ≥ 3 × e (Rockwell) y ≥ 2,5 × d (Vickers), y ≥ 2,5 × d al borde. Como esas expresiones mezclan distintas magnitudes, una regla segura y simple es dejar al menos 3 diámetros de huella entre centros y 2,5 al borde; las normas ISO 6506, 6507 y 6508 piden valores iguales o mayores según el material y el método.
5. Fallas comunes y causas
- Huella ovalada o distorsionada: superficie inclinada, penetrador desalineado o pieza mal sujeta. Nivela la pieza, verifica la perpendicularidad y asegúrala.
- Lectura inestable (Rockwell): tiempo de carga insuficiente, vibraciones o equipo descalibrado. Respeta el tiempo, evita vibraciones y calibra.
- Huella muy pequeña o muy grande: carga o escala inadecuada o material no uniforme. Selecciona carga y escala correctas.
- Bordes levantados o material deformado: superficie rugosa, rebabas cerca de la huella o espesor insuficiente. Mejora el acabado y aumenta la separación a bordes.
- Huella con grietas o astillamientos: material frágil, carga demasiado alta o defectos internos. Usa carga adecuada y verifica la integridad.
- Resultados dispersos: variación de carga, superficie no uniforme o error de medición. Estandariza el procedimiento y verifica equipo y patrón.
Elige el método y la carga adecuados al material y al objetivo del ensayo, prepara bien la superficie y verifica periódicamente la calibración del equipo.
✅ 5 Problemas Resueltos
Problema 1: En un ensayo Brinell con bola de D = 10 mm y carga de 3.000 kgf, la huella tiene d = 4 mm. Calcula la dureza HBW y estima la resistencia a la tracción (Rm ≈ 3,45 · HB).
Solución:
√(D² − d²) = √(100 − 16) = √84 = 9,165
D − √(D² − d²) = 10 − 9,165 = 0,835
HBW = 2 · 3.000 / (π · 10 · 0,835) ≈ 229 (se reporta HBW 10/3000/15)
Rm ≈ 3,45 · 229 ≈ 790 MPa
Solución:
√(D² − d²) = √(100 − 16) = √84 = 9,165
D − √(D² − d²) = 10 − 9,165 = 0,835
HBW = 2 · 3.000 / (π · 10 · 0,835) ≈ 229 (se reporta HBW 10/3000/15)
Rm ≈ 3,45 · 229 ≈ 790 MPa
Problema 2: En un ensayo Vickers con F = 30 kgf, las diagonales miden 0,34 mm y 0,36 mm. Calcula HV.
Solución:
d = (0,34 + 0,36) / 2 = 0,35 mm
HV = 1,8544 · 30 / 0,35² = 55,632 / 0,1225 ≈ 454 HV 30
Con F en newton: 294,2 N · 0,1891 / 0,1225 = 454, el mismo valor.
Solución:
d = (0,34 + 0,36) / 2 = 0,35 mm
HV = 1,8544 · 30 / 0,35² = 55,632 / 0,1225 ≈ 454 HV 30
Con F en newton: 294,2 N · 0,1891 / 0,1225 = 454, el mismo valor.
Problema 3: En un ensayo Rockwell C, la profundidad residual es e = 0,076 mm. ¿Cuál es la dureza HRC?
Solución:
Unidades Rockwell = e / 0,002 = 0,076 / 0,002 = 38
HRC = 100 − 38 = 62 HRC
Solución:
Unidades Rockwell = e / 0,002 = 0,076 / 0,002 = 38
HRC = 100 − 38 = 62 HRC
Problema 4: Una chapa de acero recocido de 1,5 mm de espesor y un recubrimiento de 0,1 mm: ¿qué método usas para cada una?
Solución:
La chapa delgada y blanda: Rockwell B si el espesor lo permite (≥ 10·e), o Vickers; para el recubrimiento de 0,1 mm se necesita Vickers micro, con carga pequeña y huella muy chica, porque la regla pide espesor ≥ 1,5 · d (diagonal máxima ≈ 0,067 mm).
Solución:
La chapa delgada y blanda: Rockwell B si el espesor lo permite (≥ 10·e), o Vickers; para el recubrimiento de 0,1 mm se necesita Vickers micro, con carga pequeña y huella muy chica, porque la regla pide espesor ≥ 1,5 · d (diagonal máxima ≈ 0,067 mm).
Problema 5: En el ensayo Rockwell del problema 3, ¿qué espesor mínimo debe tener la pieza?
Solución:
Espesor ≥ 10 · e = 10 · 0,076 = 0,76 mm. Una chapa de 3 mm de espesor cumple de sobra.
Solución:
Espesor ≥ 10 · e = 10 · 0,076 = 0,76 mm. Una chapa de 3 mm de espesor cumple de sobra.
🏋️ 5 Ejercicios Propuestos
Ejercicio 1: Un ensayo Vickers con F = 10 kgf produce diagonales medias de 0,200 mm. Calcula HV.
HV = 1,8544 · 10 / 0,2² = 18,544 / 0,04 = 464 HV 10
Ejercicio 2: Con F = 50 kgf y d = 0,5 mm en Vickers, ¿cuál es la dureza?
HV = 1,8544 · 50 / 0,25 = 370,9 HV 50
Ejercicio 3: En un Rockwell C la profundidad residual es de 0,090 mm. ¿Qué HRC se lee?
0,090 / 0,002 = 45 → HRC = 100 − 45 = 55 HRC
Ejercicio 4: En un ensayo Rockwell B (N = 130) se lee HRB 85. ¿Cuál es la profundidad residual?
Unidades = 130 − 85 = 45 → e = 45 · 0,002 = 0,090 mm
Ejercicio 5: Un acero tiene 300 HB. ¿Qué resistencia a la tracción aproximada tiene (Rm ≈ 3,45 · HB)?
3,45 · 300 = 1.035 MPa (≈ 1.035 MPa)