nm

1. ENSAYO DE
DUREZA
Unidad II
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
Dr. Ing. Carlos Valdez Salazar
cvaldez@tecsup.edu.pe

2. PhD. CVS 2

3. OBJETIVOS DE LA UNIDAD
• Analizar, calcular la resistencias mecánicas
de materiales de ingeniería.
• Comprender la realización del ensayo de
dureza
• Obtener experimentalmente los valores de
las variables involucradas en el ensayo de
dureza
• Comparar los valores experimentales con
los obtenidos analíticamente.
Objetivo
General
Objetivo
Especifico
3Prof. Dr. Carlos Valdez S.

4. RESULTADOS ESPERADOS
 Los estudiantes comprenden la teoría del ensayo de
dureza y desarrollan analíticamente problemas tipo.
 Aprenden la realización experimental y analizan
apropiadamente los resultados obtenidos.
PhD. CVS 4

5. CONTENIDOS A TRATAR
• Teoría del ensayo de dureza
• Ensayo de dureza tipo Brinell
• Ensayo de dureza tipo Vickers
• Ensayo de dureza tipo Rocwell
• Cálculos analíticos
PhD. CVS 5

6. ENSAYO DE DUREZA
Resistencia que opone un material a ser penetrado por otro.
Definición:
6PhD. CVS

7. Ventajas:
• Fácil ejecución y bajo costo, muy utilizado en la industria
• Rapidez en la ejecución
• Dependiendo del tamaño de Impresión puede ser
considerado no destructivo.
• Conocimiento aproximado de resistencia mecánica a
través del uso de tablas.
ENSAYO DE DUREZA
7PhD. CVS

8. Objetivos:
• Conocimiento de la resistencia mecánica y desgaste.
• Control de calidad en procesos de fabricación y
tratamientos térmicos
• Comparación de durezas según especificaciones del
fabricante.
ENSAYO DE DUREZA
8PhD. CVS

9. Métodos de Medición:
a) Dureza por Rayado (Escala de Mohs)
b) Dureza por Penetración (Brinell, Meyer, Rockwell,
Vickers, Knoop)
c) Dureza de Choque o por Rebote (Shore)
ENSAYO DE DUREZA
9PhD. CVS

10. DUREZA MINERAL
1 Talco (Mg3Si4O10(OH)2)
2 Yeso (CaSO4·2H2O)
3 Calcita (CaCO3)
4 Fluorita (CaF2)
5 Apatita(Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-))
6 Feldespato (KAlSi3O8)
7 Cuarzo (SiO2)
8 Topacio(Al2SiO4(OH-,F-)2)
9 Corindón (Al2O3)
10 Diamante (C)
1. DUREZA POR RAYADO
• Utilizado en minerales.
• Indicación mayormente
cualitativa en comparación
con otros minerales.
• Poco utilizada en metales.
ENSAYO DE DUREZA
10PhD. CVS

11. 2. DUREZA POR PENETRACIÓN
• Se basan en producir una deformación permanente
sobre la superficie de un metal
• Se aplica una carga, durante un determinado intervalo
de tiempo, a través de un penetrador.
• Se usa las dimensiones de la huella para determinar la
dureza de la muestra
ENSAYO DE DUREZA
11PhD. CVS

12. A. Dureza Brinell
B. Dureza Rocwell
C. Dureza Vickers
D. Dureza Knoop
ENSAYO DE DUREZA
(por penetración)
12PhD. CVS

13. A. Dureza Brinell (HB)
13PhD. CVS

14. A. DUREZA BRINELL
Comprime lentamente una esfera
(de acero templado o de carburo
de tungsteno) de diámetro “D”,
sobre una superficie plana, pulida
y limpia; con una carga “F”
durante un tiempo determinado
“t”, produciendo una huella de
diámetro “d”.
14PhD. CVS

15. • En este ensayo es utilizado mayormente para materiales
con durezas bajas.
• Utiliza penetradores esféricos 1, 2, 5 o 10 mm
• Utiliza cargas normalmente hasta 3000 kilogramos
• Tiempos entre 10 y 30 s.
A. DUREZA BRINELL
15PhD. CVS

16. F: Fuerza aplicada en kgf
S: área del casquete semi-esférico
en mm2
HB: Número de dureza Brinell
Cálculo HB
F
HB
S

A. DUREZA BRINELL
16PhD. CVS

17. D: diámetro de la billa
d: diámetro de la huella
F: carga aplicada
A. DUREZA BRINELL
17PhD. CVS

18. Factor de Carga 2
F
k
D
 Relación: Carga Aplicada y
diámetro de penetrador
A. DUREZA BRINELL
18PhD. CVS

19. Mecanismos de medición
D: diámetro de la esfera
d: diámetro de la impresión
A. DUREZA BRINELL
19PhD. CVS

20. Durómetros
A. DUREZA BRINELL
20PhD. CVS

21. A. Dureza Brinell
21PhD. CVS

22. Dureza Brinell de algunos materiales
 Acero de herramientas templado..........500
 Acero duro (0,8% de Carbono).............210
 Acero dulce (0,1% de Carbono)...........110
 Bronce..................................................100
 Latón.......................................................50
 Aluminio..........................................25 a 30
A. DUREZA BRINELL
22PhD. CVS

23. El ensayo HB no debe ser
realizado en superficies
cilíndricas con radio de
curvatura menor que 5
veces el radio de la esfera.
A. DUREZA BRINELL
23PhD. CVS

24. Designación:
110 HB 5 / 250 / 30
Tiempo de ensayo t = 30s.
Fuerza P = 250 kgf.
Diámetro de la bola D = 5mm
Dureza Brinell
Valor de Dureza
A. DUREZA BRINELL
24PhD. CVS

25. MATERIAL TIEMPO
Hierro y acero 10 a 30 s
Cobre, bronces y latones 30 s
Aleaciones ligeras 60 a 120 s
Estaño y plomo 120 s
Materiales muy blandos 120 s
Tiempos de aplicación de la carga
A. DUREZA BRINELL
25PhD. CVS

26. Relacion entre Dureza Brinell y Limite de Resistencia
A. DUREZA BRINELL
26PhD. CVS
Relación entre: HB y smax
En los aceros al carbono de % C<0,8; la relación entre
dureza y resistencia a la tracción aproximada es:
HB = 3.smax (kg/mm2)
• S : Billa de acero hasta durezas 450HB
• W : Billa de carburo de tungsteno hasta 650HB

27. El porcentaje de carbono se puede obtener en forma
aproximada por:
Para hallar el % de carbono teniendo la dureza en HB
141
80
%

 BH
C
A. DUREZA BRINELL
27PhD. CVS

28. Ventajas
• Conocimiento aproximado de la resistencia del material
sin llegar a la ruptura
• Bajo costo y simple operación
• A deformación producida no afecta el comportamiento
del material
• Ensayo puede ser considerado no destructivo
dependiendo del tamaño de la impresión.
Limitaciones
• No es aplicable a piezas muy finas y muy duras
• Método relativamente lento para la producción.
A. DUREZA BRINELL
28PhD. CVS

29. B. Dureza Rockwell (HR)
29PhD. CVS

30. B. DUREZA ROCKWELL - HR
• Método mas utilizado para medir la dureza
• Elimina el tiempo necesario para la medición de cualquier
dimensión de la impresión causada, pues el resultado es
directamente leído en la maquina de ensayo, siendo
rápido y libre de errores.
• Fácil ejecución y facilidad en detectar pequeñas
diferencias de dureza y pequeños tamaños de impresión
• Ensayo Rockwell superficial es realizado en cuerpos de
prueba mas finos (delgados).
30PhD. CVS

31. La dureza (HR) es determinada por la diferencia de
profundidad de penetración de una carga inicial
(precarga) seguida de una carga principal.
Penetradores de ensayo Rockwell:
Ensayo Rockwell
• Pre-carga = 10 kgf
Principal = 60, 100 e 150 kgf
Ensayo Rockwell Superficial
• Pre-carga = 3 kgf
Principal = 15, 30 e 45 kgf
31PhD. CVS
B. DUREZA ROCKWELL - HR

32.  Se basa en la resistencia que oponen los
materiales a ser penetrados, en función de la
profundidad de la huella.
 Se aplican con diferentes cargas según el
material y su espesor.
 Los penetradores pueden ser esféricas de
acero o cónicas de diamantes con un ángulo
de 120º +/- 30' y vértice redondeado
formando un casquete esférico de radio 0,20
mm (Brale), el cual se utiliza para los
materiales más duros. 32PhD. CVS
B. DUREZA ROCKWELL - HR

33. 33PhD. CVS
B. DUREZA ROCKWELL - HR

34. 34PhD. CVS
B. DUREZA ROCKWELL - HR

35. 35PhD. CVS
B. DUREZA ROCKWELL - HR

36. 36PhD. CVS
B. DUREZA ROCKWELL - HR

37. B C
37PhD. CVS
B. DUREZA ROCKWELL - HR

38. MÉTODO
ROCKWELL
38PhD. CVS

39. 45 HR C
Valor de dureza
Ensayo Rockwell
Escala C:
Cono de diamante
Carga: 150 kg
II. DUREZA ROCKWELL-HR
39PhD. CVS

40. C. Dureza Vickers (HV)
40PhD. CVS

41. C. DUREZA VICKERS (HV)
• Se basa en la resistencia que el material
ofrece a la penetración de una pirámide
de diamante de base cuadrada y ángulo
entre las caras de 136°, sobre una
determinada carga.
• Adecuado para pequeños cuerpos de
prueba, impresiones observadas en un
microscopio.
Características:
ASTM E 92
41PhD. CVS

42. C. DUREZA VICKERS (HV)
F
HV
A

El valor de dureza HV se da por la formula:
ASTM E 92
42PhD. CVS

43. VENTAJAS
• Escala continua de Dureza
• Impresiones muy pequeñas que no destruirán el
material
• Grande precisión de las medidas, utilizadas para
investigación
• Aplicación en toda clase de materiales
• Aplicación para cualquier espesor de material
43PhD. CVS
C. DUREZA VICKERS (HV)

44. • Tiempo de Ensayo
• Preparación cuidadosa de la superficie.
• Proceso Caro
LIMITACIONES
44PhD. CVS
C. DUREZA VICKERS (HV)

45. ASTM E 92
45PhD. CVS
C. DUREZA VICKERS (HV)

46. CALCULO DEL ÁREA DE IMPRESIÓN
La máquina de ensayo Vickers no permite
obtener el valor del área de impresión, pero
permite, por medio de un microscopio, tener
la medida de las diagonales (d1 y d2)
formadas por los vértices de la pirámide.
ASTM E 92
46PhD. CVS
C. DUREZA VICKERS (HV)

47. ASTM E 92
47PhD. CVS
CALCULO DEL ÁREA DE IMPRESIÓN
Conociendo las medidas de las
diagonales es posible calcular el área
de la pirámide de base cuadrada:
C. DUREZA VICKERS (HV)

48. CALCULO DE LA DUREZA VICKERS
DV : Dureza Vickers
P : Carga aplicada en N
d : Diagonal media de la huella en mm
 : Angulo formado por las caras del penetrador de
diamante = 136º
48PhD. CVS
C. DUREZA VICKERS (HV)

49. Designación
Símbolo de
Dureza
Carga nominal de
ensayo F en N.
Ensayo de dureza Vickers HV 5 a HV 100 49.03 a 980.7
Ensayo de dureza Vickers de baja
carga
HV 0.2 a < HV 5 1.961 a 49.03
Ensayo de micro dureza Vickers < HV 0.2 < 1.961
Existen tres tipos de ensayo de dureza Vickers caracterizados
por diferentes intervalos de fuerzas de ensayo.
49PhD. CVS
C. DUREZA VICKERS (HV)

50. EJERCICIO 1:
Para encontrar el valor de dureza HV de un material que
presentó 0,24mm y 0,26mm de medidas de diagonal,
después de aplicar una fuerza de 10kgf. Calcular HV.
ASTM E 92
50PhD. CVS
C. DUREZA VICKERS (HV)

51. EJERCICIO 1:
Para encontrar el valor de dureza HV de un material que presentó
0,24mm y 0,26mm de medidas de diagonal, después de aplicar una
fuerza de 10kgf. Calcular HV.
Valores de dureza HV a través de tablas para determinadas cargas, en
función de sus diagonales medias.
Buscar
tablas
ASTM E 92
51PhD. CVS
C. DUREZA VICKERS (HV)

52. DEFECTOS DE IMPRESIÓN
Una impresión perfecta en HV debe presentar los lados rectos.
No en tanto pueden ocurrir defectos de impresión.
ASTM E 92
52PhD. CVS
C. DUREZA VICKERS (HV)

53. PhD. CVS 53
DEFECTOS DE IMPRESIÓN
C. DUREZA VICKERS (HV)

54. C. DUREZA VICKERS
440 HV 30 /20
Tiempo de ensayo t = 20s.
Carga P = 30 kgf.
Dureza Vickers
Valor de Dureza
54PhD. CVS

55. C. Dureza Shore (HS)
55PhD. CVS

56. Ensayo que se caracteriza por un
choque entre el material de la
muestra y el penetrador, el rebote
resultante nos determina el valor de
dureza.
DUREZA SHORE
56PhD. CVS
D. DUREZA DE CHOQUE O POR REBOTE

57. VENTAJAS:
• Normalmente son equipos portátiles y de fácil utilización.
• Posibilidad de medir durezas den piezas de grandes
dimensiones.
• Utilizados en materiales poliméricos, cauchos y metales.
57PhD. CVS
D. DUREZA DE CHOQUE O POR REBOTE

58. CONCLUSIONES
 El ensayo de dureza es un ensayo estático, es decir la
energía de penetración es transferida lentamente a la
pieza de trabajo, midiéndose dimensiones especificas
de la huella superficial realizada en la pieza
 Las piezas de trabajo deben tener su superficie limpia
para realizar el ensayo de dureza.
 Cuanto mayor es la deformación causado por el
indentador en la pieza de trabajo, mas blando será el
material.
58PhD. CVS

59. PRÓXIMA CLASE
59Prof. Dr. Carlos Valdez S.

60. 60
FIN DE LA UNIDAD
Prof. Dr. Carlos Valdez S.