Este documento describe diferentes métodos de ensayo de dureza, incluyendo Brinell, Rockwell, Vickers y métodos de microdureza. Explica los principios de cada método, cómo se realizan las mediciones y qué escalas se usan. También indica para qué tipos de materiales y aplicaciones son más adecuados cada uno de los métodos.

1. Material de Lectura de la Unidad “Ensayos y Metalografía” 1
ENSAYOS Y METALOGRAFIA
ENSAYO DE DUREZA
1-CONCEPTO
La dureza de un material es la capacidad de un material de rayar a otro sin ser rayado
por éste.
Un valor de dureza obtenido por cualquier método no puede aplicarse directamente al
diseño mecánico (como ocurre con la tensión límite) ya que no representa un
significado intrínseco del material sino que sólo permite establecer comparaciones de
esta propiedad (siempre y cuando los valores hayan sido obtenidos por el mismo
método y bajo las mismas condiciones).
No es una propiedad fundamental del material sino que está relacionada a las
propiedades elásticas y plásticas del mismo. El tratamiento térmico de un metal suele
producir variación en su dureza.
2- MÉTODOS DE ENSAYO DE DUREZA . PRINCIPIOS
Existen diferentes métodos de ensayo. que se pueden dividir en tres principios:
Dureza elástica. Medida mediante pruebas de rebote, que sólo caracteriza la energía
que absorbe el material en su período elástico. Se toman valores mediante un
escleroscopio.
Resistencia al corte/abrasión. Establece entre qué valores de la escala de Mohs se
encuentra el material rayándolo con materiales conocidos. Otros métodos se basan en
la aplicación de una lima de geometría determinada con una carga y ángulo
especificados. La escala de Mohs establece un puntaje para 10 materiales
característicos de 1 a 10: talco, yeso, caliza, espato fluor, apatita, feldespato, cuarzo,
topacio, corindon, diamante
Resistencia a la indentación. Este es el principio en que se basan todos los
métodos de ensayo que se utilizan en mecánica y metalurgia y que nos ocupan en este
caso Se basan en imprimir en la pieza a ensayar, que se encuentra en reposo, un
penetrador de geometría conocida con una carga aplicada cuasiestáticamente. Están
basados en la medición de la impresión como medida de la resistencia a la
penetración. Algunos como Brinell, Vickers, Knoop miden la impresión luego de retirada
la carga, en el caso del método Rockwell se trabaja con dos cargas (como luego se
detallará lo cual tiene en cuenta además la recuperación elástica del material)
2.1.- MÉTODOS BASADOS EN INDENTACION
El valor obtenido de un ensayo de dureza sirve sólo como comparación entre
materiales o tratamientos pero puede ser utilizado para estimar aproximadamente
otras propiedades mecánicas.

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Los ensayos de dureza tienen amplia aplicación en inspección y control. Cuando se
establece el valor de dureza de un material o de un tratamiento térmico o proceso
determinado ese valor proporcionará una referencia para un procedimiento de control
rápido y sencillo del material, tratamiento o proceso particulares.
2.1.1.- BRINELL
El sistema está constituido por una prensa hidráulica vertical que introduce un
penetrador en forma de bolilla de acero en la probeta.
Se calcula el valor de dureza Brinell como el cociente entre la carga y la superficie de
impresión.
Hb = P = Kg
S mm2
El ensayo será válido si se cumple la condición : 0.5D>d>0.25D
Siendo D el diámetro dela bolilla y d el de la impronta.
Calculando las relaciones entre p y o, de tal modo que para un mismo material el valor
obtenido sea el mismo y además se mantenga la condición de semejanza (igual ángulo
de abrace de la bolilla) se dedujo que para que los ensayos sean comparativos entre si
(independientemente de las cargas y las bolillas) se deberá cumplir que:
P = cte.
D2
Existe entonces una constante de ensayo C que asegura la condición de semejanza
y asegura que los ensayos realizados con la misma C serán comparativos entre si. Por
lo tanto se establece de antemano una constante de ensayo (se recomienda una para
cada tipo de material), siendo luego:
P = C . D2
Se verifica la relación 0.5D> d >0.25D
Entonces el ensayos se considera válido. De lo contrario se aplica otra C
Si con C=30 se obtiene d>O,25D entonces el material es muy duro y no se puede
utilizar bolilla de acero. No es aplicable Brinell.
El método está limitado a 450 HB, no pudiéndose medir mayores durezas dado que se
deforma la bolilla de acero. Si se utilizan bolillas de carburo de tungsteno se puede
extender el rango hasta los 650 HB.

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Valores de C a aplicar en cada material: (IRAM-IAS U500-104)
Acero 30 (HB>160)
Aleaciones de Cu. Al 10 (HB 80 a 160)
Al, Cu 5 (HB 26 a 80)
Pb, Sn 0.5 o 1.25 o 2.5 ( HB<26)
Algunos durómetros permiten obtener valores de dureza Brinell en forma directa,
indicando el resultado en una escala. Estos
durómetros establecen el cálculo en base a la medida de la penetración de la bolilla en
lugar del diámetro de la impronta d, dado que existe una relación geométrica. La
escala corresponderá a un único par de valores de bolilla y carga.
Existen durómetros Brinell de taller que se basan en un aparato que contiene una
probeta patrón que es golpeada sobre una bolilla de acero que penetra a su vez en la
probeta, se obtiene la dureza mediante la relación entre las áreas de impronta de la
probeta y la probeta patrón.
2.1.2.- ROCKWELL
Se utiliza un instrumento de lectura directa basado en el principio de medición de
profundidad diferencial. Se eleva la probeta mediante un tornillo contra el
penetrador un número de vueltas determinado de tal manera de alcanzar un valor de
carga aplicada Po, luego se aplica una carga adicional PI mayor mediante un sistema
de pesas con accionamiento a palanca hasta que la aguja indicadora alcanza el reposo.
Existen dos tipos de mediciones Rockwell, la normal con una carga inicial de 10 Kg y la
superficial con una carga inicial de 3 Kg.
Se utilizan según el caso distintos penetradores y cargas, resultando para cada
combinación una escala Rockwell diferente. Los penetradores pueden ser bolillas de
acero duro de 1116, 118, 114, 112 pulgada o cono de diamante de 12~o. Las cargas
totales (inicial mas adicional) son de 60, 100 y 150 Kg en el Rockwell normal y de 15,
30 y 45 Kg en el superficial.
Se utiliza una escala con 130 divisiones ( escala roja) para bolillas de acero y con 100
divisiones (escala negra) para cono de diamante. Cada división representa 0,002 mm.
Para Rockwell superficial existe una única escala con 100 divisiones ubicadas cada
0,001 m m. (escala verde )
Lo que se mide concretamente es la diferencia entre el cero de la escala y la
penetración que presenta el material luego de retirada la carga adicional. Ver figura
para mejor comprensión. Como se ve la escala está calibrada de tal manera que marca

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el máximo para la aplicación de la Po solamente y da mayores valores de dureza
cuanto menor es la penetración final e.
Las escalas más empleadas son: la B que emplea bolilla de 1116" y carga
total de 100 Kg y la C con cono de diamante y 150 Kg de carga.
Los valores son comparativos únicamente si corresponden ala misma escala, por lo
tanto los resultados deben expresarse con la sigla correspondiente a la escala, por
ejemplo 85 HRB.
El equipo se debe calibrar frecuentemente con probetas patrón de dureza conocida,
re ubicando el cuadrante de escalas. Se debe volver a calibrar cada vez que se cambie
de escala.
2.1.3.- VICKERS
Utiliza como penetrador un prisma de diamante de base cuadrada con un ángulo
de 136° entre caras opuestas, con cargas de 1 a 120 Kg.
Básicamente utiliza el mismo principio del método Brinell y sus resultados también se
expresan en términos de carga sobre área de impronta. El ángulo entre caras asegura
la condición de semejanza para cualquier carga y cualquier material por lo que no
existe constante de ensayo. El ángulo se obtuvo en base a la penetración de una bolilla
cumpliendo la condición óptima de semejanza.
La impresión sobre la pieza será un cuadrado, del que se medirá la longitud de su
diagonal (d) mediante microscopio con micrómetro. El valor de dureza se obtendrá
mediante tablas de acuerdo a la longitud de la diagonal o mediante la formula:
HV= 1,854 .1' / d2
2.1.4.- MÉTODOS DE MICRODUREZA
El término microdureza no se refiere a bajos valores de dureza sino que indica que se
realizarán pequeñas impresiones, con cargas que en general no superan 1 Kg.
2.1.4.1.- MICRODUREZA VICKERS
Se aplica el mismo penetrador Vickers de 136 o pero con cargas que no superan los
1000 gr.
Se mide también la diagonal y se entra a tablas o se aplica:
HmV(Kg/mm2
)= 14229 P(gr)
D2
(um2
)
2.1.4.2.- MICRODUREZA MÉTODO KNOOP
Se utiliza un penetrador piramidal de diamante que produce una impronta en forma de
rombo, de diagonales distintas en relación 7:1.

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En este caso se mide la diagonal mayor (d) con microscopio micrométrico y se
obtiene el valor de dureza como resultado de dividir la carga aplicada por el área de
impresión que se calcula en base a esa diagonal mayor.
En general se utilizan tablas de conversión o se puede utilizar la fórmula
3.- SELECCIÓN DEL MÉTODO APROPIADO
Son varios los factores que llevan a adoptar uno u otro método de ensayo, en general
se busca que la dureza de la probeta pueda medirse de la manera más sencilla posible
para la exactitud deseada dentro de las características de ese material. De acuerdo a
las características del material y de la pieza existirá algún método apropiado.
En general el Brinell deja una impronta muy grande por lo que está limitado
solamente a espesores grandes, además si se quieren hacer varias tomas sobre la
misma muestra ésta debe tener gran superficie pues es necesario tomar ensayos a
mayor distancia entre improntas que en otros métodos. Por sus características se hace
muy apropiado cuando los materiales son heterogéneos. Tiene la ventaja de que
la superficie no necesita ser muy uniforme como en otros métodos. Está limitado por la
deformación de la bolilla por lo que para materiales más duros ( HB>450 ) no se
puede aplicar.
El ensayo Rockwell es más sencillo pues es de lectura directa, además al ser las
cargas mas bajas y los penetradores más pequeños dejan improntas menores y se
puede aplicar en espesores mas delgados. Su rango es mayor pues permite probar
metales duros al haber adoptado penetrador cono de diamante. Sus escalas
superficiales permiten medir espesores delgados y características de tratamientos
superficiales. Es un método de mayor exactitud que el anterior por su principio de
funcionamiento que tiene en cuenta la recuperación elástica del metal y una forma de
medir más exacta.

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El Vickers es el más sensible, los resultados obtenidos son independientes de la carga
aplicada. Debido a que puede utilizar cargas bajas se puede utilizar en espesores
delgados. Tiene la desventaja de que hay que medir la impronta pero ésta es de mayor
facilidad de medición que en Brinell, por ser un cuadrado. Permite con su penetrador
de diamante realizar ensayo de metales duros. Otra ventaja es que al dejar marcas
más pequeñas se puede emplear en piezas donde no se deba dañar su acabado o su
estructura.
Las pruebas de microdureza, usando cargas muy bajas permiten ensayar espesores
muy delgados y superficies muy pequeñas. Puede utilizarse para determinar la dureza
de los microconstituyentes individualmente. También pueden determinar las
características de los tratamientos superficiales. Son pruebas de laboratorio más que
ensayos en el ámbito industrial. Hacen falta instrumentos muy precisos para tomar las
mediciones y la superficie debe presentar un pulido metalográfico para poder utilizar
estas técnicas.
Ver la siguiente tabla donde se detalla los usos más frecuentes de cada método de
ensayo:
APLICACIONES DE LOS DISTINTOS MÉTODOS DE ENSAYO
BRINELL ROCKWELL ROCK SUP VICKERS MICRODUREZA
Aceros estructural y
secciones
laminadas
Fundiciones
incluyendo acero,
hierro y aluminio
fundido
Fraguados
Partes acabadas, como
rulemanes, pistas,
cojinetes, valvulas,
tuercas, engranajes,
pernos, poleas, etc.
Herramientas de corte y
de formado.
Fundiciones y forjados
pequeños.
Hojas Metálicas.
Alambres de gran
diámetro.
Hojas o partes plasticas.
Partes cementadas.
Carburos cementados
Las mismas que en el
normal excepto cuando se
necesita menor
penetración.
Cementados delgados hasta
0.25 mm.
Pulvimetalúrgicos.
Carbuiros cementados
Las mismas que en
ambos Rockwell,
excepto cuando se
necesita aun menor
penetración y/o
mayor exactuitud.
Acabados finos
para evitar un
mecanizado de
remoción de la
impronta.
Cementados
delgados hasta
0.10mm.
Materiales
delgados, como
tuberias.
Estructuras débiles.
Chapa
Recubrimiento
metálicos.
Revestimientos como
lacas y barnices.
Láminas muy
delgadas, hasta
0.0025 mm.
Para establecer
gradientes de
endurecimiento.
Materiales
compuestos
bimetales.
Piezas muy pequeñas
como en relojería.
Materiales muy
fragiles o quebradizos
como silicio,
germanio, vidrio,
(preferentemente
Knoop)

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Materiales en polvo.
Para estudiar
individualmente cada
microconstituyente.
Para estudiar dureza
de grano y borde de
grano.
4- FACTORES QUE CONDICIONAN EL ENSAYO
Existen factores que condicionan los resultado, por lo que deben ser controlados y son
los siguientes:
• Deformación del penetrador
• Cargas dinámicas
• Superficie de la probeta
• Exactitud de la carga aplicada
• Espesor de la probeta.
• Forma de la probeta.
• Localización de la impresión.
• Homogeneidad del material.
5.- RELACIONES DE LOS VALORES DE DUREZA
5.1- RELACIONES DE VALORES OBTENIDOS POR DIFERENTES MÉTODOS
Existen tablas que establecen una relación entre los valores obtenidos entre distintos
métodos y distintas escalas Rockwell, estas relaciones son en particular para un
determinado metal, no siendo válidas las relaciones para otros. Son muy comunes las
tablas de conversión de dureza para aceros, que son de gran utilidad. Consultar las
tablas que se adjuntan de conversión de valores de dureza.
En la realización del ensayo para el T. P. se determinará cuando sea posible la
equivalencia de los valores obtenidos con otras escalas usuales.
También existen fórmulas prácticas que dentro de cierto rango permiten establecer
equivalencias aproximadas para aceros entre Rockwell y Brinell.
Para Hrb entre 30 y 35 Hb
Hrb
−

130
7300
Para Hrc entre 20 y 40 Hb
2
)
100
(
1420000
Hrc
−


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Para Hrc mayor que 40 Hb
Hrc
−

100
25000
5.2.- RELACIONES CON PROPIEDADES FISICAS.
Los valores de dureza nos permiten en ciertos casos calcular aproximadamente el valor
de la resistencia a la rotura, mediante relaciones matemáticas
δ ET= Hb . 0.346 Para aceros hasta 0.8% C
δ ET= Hb . 0.1 Para fundiciones