Introducción
Durante años, consideré que la única manera confiable de medir con precisión la dureza de un metal era utilizando una máquina de prueba Rockwell especializada. Sin embargo, con la experiencia adquirida, he descubierto varias técnicas alternativas que permiten obtener resultados bastante precisos sin necesidad de invertir en costosos equipos de más de dos mil quinientos dólares.
Existen diversas metodologías, cada una con sus ventajas y limitaciones, que pueden adaptarse a diferentes contextos y niveles de precisión requeridos. En este artículo, revisaremos en detalle algunos de estos métodos, destacando sus pros y contras, y explicando cómo implementarlos efectivamente en el taller o en el campo.
Contenidos
- Máquina de pruebas de Rockwell
- Cómo usar una máquina de prueba Rockwell
- Grosor mínimo para realizar pruebas de dureza Rockwell
- Prueba de dureza de Brinell
- Prueba de microdureza
- Escleroscopio o prueba de rebote Leeb
- Prueba mediante archivo
Máquina de pruebas de Rockwell
Este es, sin duda, el método más utilizado por profesionales para determinar la dureza de metales con precisión. Consiste en emplear un penetrador —generalmente una bola de acero o un cono de diamante— que se impulsa contra la superficie del material, midiendo la profundidad de la sangría generada. La máquina aplica una carga inicial pequeña para preparar la superficie y luego una carga mayor para realizar la prueba.
La lectura de dureza se obtiene a partir de la diferencia en la profundidad de penetración bajo diferentes cargas, proporcionando resultados rápidos y confiables.
Ventajas:
- Altamente preciso, con variaciones menores a 1 HRC si se realiza correctamente
- Es común en talleres y fábricas, por lo que su uso y mantenimiento están ampliamente difundidos
- Requiere poca preparación de la superficie, siempre que esta sea relativamente lisa y plana
Desventajas:
- El equipo puede ser bastante costoso, aunque menos que otros sistemas profesionales
- Limitado en la medición de piezas muy grandes o delgadas
- Puede dejar un pequeño divoto en la superficie del material
- No es adecuado para mediciones en piezas con grosores inferiores a cierta dimensión
Este método se considera la referencia estándar para verificar la dureza de aceros tratados térmicamente. El proceso general de uso consiste en seleccionar el penetrador adecuado, preparar la superficie, ajustar la carga inicial y principal, y leer los resultados en el dial de la máquina.
Cómo usar una máquina de prueba Rockwell
- Seleccionar el penetrador apropiado: la escala HRB para materiales blandos (bola de acero de 1/16″ y carga de 100 kg) y la escala HRC para aceros duros (punta de diamante y carga de 150 kg).
- Realizar una verificación de calibración con un disco estándar para asegurar precisión.
- Colocar la pieza sobre el yunque adecuado, plano o en V según la forma de la muestra.
- Aplicar la carga inicial, ajustando el indicador a cero o una marca de referencia.
- Agregar la carga principal, esperar la estabilización y leer la dureza en el dial.
Grosor mínimo para pruebas de dureza Rockwell
Debido a que la prueba implica una sangría en la superficie, es fundamental que la muestra tenga un espesor suficiente para no afectar la medición. La siguiente tabla ilustra los espesores mínimos en función de la dureza y la escala utilizada:
| Espesor mínimo | HRC | HRB |
|---|---|---|
| 0.022″ | 69 | – |
| 0.024″ | 67 | 94 |
| 0.026″ | 65 | 87 |
| 0.028″ | 62 | 80 |
| 0.030″ | 57 | 71 |
| 0.032″ | 52 | 62 |
| 0.034″ | 45 | 52 |
| 0.036″ | 37 | 40 |
| 0.038″ | 28 | 28 |
| 0.040″ | 20 | – |
En consecuencia, no es recomendable realizar pruebas Rockwell en piezas extremadamente delgadas o de bajo espesor, ya que la medición puede estar comprometida.
Prueba de dureza de Brinell
Este método consiste en presionar una bola de acero o carburo de tungsteno contra la superficie del material, midiendo el diámetro de la sangría creada. La dureza se calcula a partir del tamaño de la impresión y la carga aplicada.
Aunque en su origen es un método clásico y relativamente sencillo, en la práctica requiere de equipos especializados y experiencia para obtener resultados confiables. Golpear con precisión la misma fuerza en repetidas ocasiones es un arte que pocos dominan.
Las ventajas incluyen la capacidad de evaluar materiales no homogéneos, como fundiciones, donde la dureza puede variar en diferentes áreas. Sin embargo, presenta varias limitaciones:
- El equipo puede ser costoso y requiere calibración frecuente
- Es un proceso relativamente lento
- Requiere que la muestra tenga un grosor mínimo (al menos 8 veces la profundidad de sangría)
- No es práctico para acero muy duro o piezas delgadas
Prueba de microdureza
Este método, particularmente la prueba Vickers, realiza una pequeña sangría en forma de pirámide en la superficie del material, empleando fuerzas muy bajas (menos de 2 libras). La medición del tamaño de la sangría se realiza mediante un microscopio, permitiendo evaluar componentes extremadamente delicados o delgados.
Ventajas clave:
- Permite medir en piezas delgadas y superficies finas
- Es compatible con materiales muy duros y frágiles, como cerámicas y vidrio
- La pequeña sangría reduce la influencia en la pieza de trabajo
Las principales desventajas son el requerimiento de una superficie extremadamente pulida y preparada, además de un equipo especializado y costoso. La técnica es muy utilizada en laboratorios de alta precisión, como en la fabricación de componentes aeroespaciales o electrónicos.
Pruebas de rebote Leeb
Esta técnica portátil consiste en un pequeño dispositivo que deja caer un martillo con punta de diamante sobre la material, midiendo la altura del rebote. Cuanto más duro sea el material, mayor será el rebote del martillo.
Originalmente inventada en 1907 y perfeccionada en 1975, esta prueba es especialmente útil para verificaciones rápidas en campo, aunque no ofrece la misma precisión que los métodos de laboratorio.
Las ventajas incluyen su portabilidad, bajo costo comparado con una máquina Rockwell y la rapidez en obtener resultados. Sin embargo, su precisión puede variar en unos pocos HRC y no se recomienda para mediciones críticas o en piezas con geometrías complejas.
Las unidades modernas, conocidas como resiliómetros, tienen un coste que oscila entre 400 y 1000 dólares, y son ideales para trabajos de referencia en campo o control de calidad rápido.
Prueba mediante archivo
Este método se basa en la comparación práctica de dureza mediante el uso de un archivo de dureza conocida. La técnica consiste en raspar la superficie del material con el archivo y observar si el archivo se corta o patina. Si el archivo se profundiza, la dureza del material es menor que la del archivo; si resbala, la dureza es mayor.
Es una prueba rápida y efectiva para determinar si el acero tiene aproximadamente 60 HRC, y no requiere equipo adicional. Además, es muy útil para verificar rápidamente la dureza en campo, en piezas grandes o en formas complejas que no entran en una máquina Rockwell.
Para mediciones en rangos específicos, existen kits de archivos calibrados en diferentes durezas, permitiendo verificar con mayor precisión si un material alcanza una dureza determinada. Aunque no es una medición exacta, proporciona una referencia fiable y práctica.
En resumen, los métodos recomendados para medición rápida y efectiva, combinando precisión y practicidad, son la prueba Rockwell para mediciones precisas y los kits de archivos para verificaciones móviles y rápidas. La elección de método dependerá de la situación específica y el nivel de exactitud requerido.