Dureza HRC vs HB: Diferencias y conversión

¿Qué es la dureza?

La dureza es un índice de rendimiento crucial utilizado para medir la resistencia de los materiales a la indentación o deformación causada por objetos duros. Esta propiedad es esencial en diversas aplicaciones industriales, como la selección de materiales, el control de calidad y la ingeniería mecánica.

Métodos de ensayo de la dureza

Los métodos de ensayo de dureza varían, cada uno con principios e implicaciones únicos detrás de los valores medidos. Las principales categorías de pruebas de dureza incluyen pruebas de indentación de carga estática y pruebas de dureza de rebote.

Pruebas de dureza por indentación con carga estática

1. Dureza Brinell (HB):
   • Se utiliza comúnmente para materiales blandos como metales no ferrosos y acero antes del tratamiento térmico.
   • Una bola de acero endurecido o de carburo cementado de un diámetro determinado se introduce a presión en la superficie del material bajo una carga específica. El valor de dureza se calcula dividiendo la carga por la superficie de la indentación.
2. Dureza Rockwell (HR):
   • Adecuado para materiales con alta dureza superficial, como los tratados con calor.
   • Utiliza diferentes escalas en función del penetrador y la carga:
     • HRA: Cono de diamante, 60 kg de carga, para materiales extremadamente duros.
     • HRB: Bola de acero de 1,59 mm de diámetro, 100 kg de carga, para materiales más blandos.
     • HRC: Cono de diamante, 150 kg de carga, para materiales más duros.
   • El valor de la dureza viene determinado por la profundidad de la indentación.
3. Dureza Vickers (HV):
   • Adecuado para el análisis microscópico.
   • Utiliza un penetrador de cono cuadrado de diamante con un ángulo superior de 136°, que se presiona en el material con una carga inferior a 120 kg.
   • El valor de dureza se obtiene dividiendo la carga por la superficie de la fosa de indentación.
4. Dureza Shore (HA, HD):
   • Se utiliza principalmente para caucho y plásticos.

Pruebas de dureza de rebote

1. Dureza Leeb (HL):
   • Mide el trabajo de deformación elástica de los metales.
   • Consiste en hacer rebotar una cabeza de bola de impacto sobre la superficie del material y calcular la dureza a partir de la velocidad de rebote en relación con la velocidad de impacto.
2. Dureza Shore (HS):
   • Utilizado para diversos materiales, medido por la dureza de indentación de elastómeros y cauchos.

Importancia de la dureza

La dureza no es una magnitud física aislada, sino un índice de rendimiento global que refleja la elasticidad, plasticidad, resistencia y tenacidad de un material. Es crucial para comprender la resistencia al desgaste, la durabilidad y la idoneidad de un material para aplicaciones específicas.

Dureza del acero

La dureza de los metales, en particular del acero, se designa con el código H. Diversos métodos de ensayo de la dureza permiten conocer en detalle las propiedades del acero:

Los métodos convencionales incluyen los ensayos de dureza Brinell (HB), Rockwell (HRC), Vickers (HV) y Leeb (HL). Entre estos, HB y HRC son los más utilizados.

● HB tiene una amplia gama de aplicaciones, mientras que HRC es adecuado para materiales con alta dureza superficial, como los que se consiguen mediante tratamiento térmico.

La principal diferencia entre estas dos pruebas es el tipo de sonda utilizada en el durómetro. El durómetro Brinell emplea una bola de acero como sonda, mientras que el durómetro Rockwell utiliza una sonda de diamante.

● HV - adecuado para el análisis microscópico. La dureza Vickers (HV) se mide presionando un indentador cónico cuadrado de diamante con un ángulo superior de 136° en la superficie del material con una carga inferior a 120 kg. El valor de dureza Vickers (HV) se obtiene dividiendo la superficie de la fosa de indentación del material por el valor de la carga.

● El durómetro portátil HL es conveniente para las mediciones. Funciona por rebote después de la cabeza de la bola de impacto golpea la superficie de dureza. La dureza se calcula utilizando la relación entre la velocidad de rebote y la velocidad de impacto del punzón a 1 mm de la superficie de la muestra, y la fórmula: Dureza Leeb HL = 1000 × VB (velocidad de rebote) / VA (velocidad de impacto).

● El durómetro Leeb portátil más utilizado se puede convertir en dureza Brinell (HB), Rockwell (HRC), Vickers (HV) y Shore (HS) después de medir con Leeb (HL). Alternativamente, puede medir directamente el valor de dureza Brinell (HB), Rockwell (HRC), Vickers (HV), Leeb (HL) y Shore (HS) utilizando el principio Leeb.

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1. HB - Dureza Brinell:

La dureza Brinell (HB) se utiliza normalmente para materiales blandos, como metales no ferrosos, acero antes del tratamiento térmico, o después de recocido.

Por otro lado, la dureza Rockwell (HRC) se utiliza generalmente para materiales con mayor dureza, como los que han sido sometidos a un tratamiento térmico.

Para medir la dureza Brinell, una bola de acero templado o carburo de cemento Se presiona una bola de un diámetro específico contra la superficie del material sometido a ensayo bajo una carga de ensayo especificada, se mantiene durante un tiempo determinado y, a continuación, se descarga para medir el diámetro de indentación de la superficie sometida a ensayo.

El valor de la dureza Brinell se calcula dividiendo la carga por la superficie esférica de la indentación.

Normalmente, una bola de acero templado de 10 mm de diámetro se presiona en la superficie del material con una carga de 3000 kg durante un tiempo determinado. Tras la descarga, la relación entre la carga y el área de indentación arroja el valor de dureza Brinell (HB), medido en kilogramos de fuerza por milímetro cuadrado (kgf/mm2 o N/mm2).

2. HR Dureza Rockwell

La dureza Rockwell (HR) es un método para determinar el índice de dureza de un material basado en la profundidad de indentación de la deformación plástica. La dureza se mide en unidades de 0,002 mm.

Cuando no se puede utilizar el ensayo de dureza Brinell, como cuando el valor HB del material es superior a 450 o el tamaño de la muestra es demasiado pequeño, se utiliza en su lugar el ensayo de dureza Rockwell.

Este ensayo consiste en presionar un cono de diamante con un ángulo superior de 120° o una bola de acero con un diámetro de 1,59 mm o 3,18 mm en la superficie del material sometido a ensayo bajo una carga específica. La dureza del material se calcula a partir de la profundidad de la indentación.

Existen tres escalas diferentes para medir la dureza Rockwell en función de la dureza del material de ensayo:

HRA: Es una medida de dureza que se determina utilizando un penetrador cónico de diamante y aplicando una carga de 60 kg. Esta escala se utiliza para materiales que tienen una dureza extremadamente alta, como por ejemplo carburo de cemento.

HRB: Es una medida de dureza que se determina utilizando una bola de acero templado de 1,59 mm de diámetro y aplicando una carga de 100 kg. Esta escala se utiliza para materiales que tienen poca dureza, como el acero recocido, el hierro fundido, etc.

HRC: Es una medida de dureza que se determina utilizando una prensa de cono de diamante y aplicando una carga de 150 kg. Esta escala se utiliza para materiales de gran dureza, como el acero templado, etc.

Además:

(1) HRC significa escala C de dureza Rockwell.

(2) HRC y HB se utilizan ampliamente en la producción.

(3) El rango de aplicación del HRC es de HRC 20 a 67, lo que equivale a HB225 a 650. Si la dureza supera este rango, debe utilizarse la escala Rockwell de dureza A (HRA). Si la dureza es inferior a este rango, se debe utilizar la escala Dureza Rockwell B (HRB). No puede superarse el límite superior de dureza Brinell (HB650).

(4) El penetrador de la escala C del durómetro Rockwell es un cono de diamante con un ángulo superior de 120 grados. La carga de prueba es un valor específico, con un estándar chino de 150 kg de fuerza.

El durómetro Brinell utiliza una bola de acero endurecido (HBS) o una bola de carburo cementado (HBW) como penetrador, y la carga de ensayo varía con el diámetro de la bola, oscilando entre 3000 y 31,25 kgf.

(5) La indentación de la dureza Rockwell es muy pequeña, y el valor medido está localizado, por lo que es necesario medir el valor medio en varios puntos. Es adecuada para productos acabados y películas finas y se clasifica como ensayos no destructivos.

La indentación de la dureza Brinell es grande, y el valor medido es preciso. No es adecuado para productos acabados y películas finas y, en general, no se considera un ensayo no destructivo.

(6) El valor de dureza Rockwell es un número adimensional y no tiene unidad. Por lo tanto, es incorrecto referirse a la dureza Rockwell en términos de grados. El valor de dureza Brinell tiene unidades y guarda una relación aproximada con la resistencia a la tracción.

(7) La dureza Rockwell puede visualizarse directamente en el dial o digitalmente. Es fácil de manejar, rápido e intuitivo, por lo que resulta adecuado para la producción en serie. La dureza Brinell requiere un microscopio para medir el diámetro de la indentación y luego comprobar la tabla o realizar cálculos, lo que puede resultar complicado.

(8) En determinadas condiciones, HB y HRC pueden comprobarse e intercambiarse. La fórmula de cálculo mental es aproximadamente 1HRC ≈ 1/10HB.

A continuación se presentan varias tablas comparativas habituales:

1. Tabla de conversión de la dureza estándar nacional HLD/HRC/HRB/HV/HB/HSD

2. Según la norma alemana DIN50150, la siguiente es la tabla comparativa entre la resistencia a la tracción de los aceros de la gama común y la dureza Vickers, la dureza Brinell y la dureza Rockwell:

Tabla de relaciones de distintas durezas

Nota: Fuente de la Tabla 3: Baber Colman

Valor de conversión aproximado de Brinell dureza del acero

El ensayo de dureza es un método sencillo y fácil para comprobar las propiedades mecánicas.

Para sustituir algunos ensayos de propiedades mecánicas por ensayos de dureza, se requiere una relación de conversión más precisa entre dureza y resistencia en la producción.

La evidencia empírica ha demostrado que existe una correlación aproximada entre los distintos valores de dureza de materiales metálicosasí como entre los valores de dureza y resistencia.

Dado que el valor de dureza viene determinado tanto por la resistencia a la deformación plástica inicial como por la continua, un material con mayor resistencia presentará una mayor resistencia a la deformación plástica y, por tanto, valores de dureza más elevados.

Tabla de conversión de la dureza estándar nacional HLD/HRC/HRB/HV/HB/HSD

Las tablas son esenciales para convertir los valores de dureza entre diferentes escalas y comprender la relación entre la dureza y otras propiedades mecánicas, como la resistencia a la tracción.

Conclusión

El ensayo de dureza es un método esencial en la ciencia y la ingeniería de materiales para determinar la idoneidad de un material para aplicaciones específicas. Si se conocen los distintos métodos y sus usos adecuados, se puede seleccionar la mejor técnica de ensayo para garantizar el rendimiento y la fiabilidad del material. Esta completa guía tiene como objetivo proporcionar una visión más profunda de los ensayos de dureza, permitiendo una mejor selección de materiales y control de calidad en diversas industrias.