Ensayo de dureza Brinell (HB) para muestras de gran tamaño

Ensayo de dureza Brinell

El ensayo de dureza Brinell se utiliza para muestras de mayor tamaño con materiales cuya estructura de grano es grande o irregular. Esta página describe el ensayo de dureza Brinell en detalle y ofrece información práctica sobre su aplicación.

El ensayo de dureza Brinell a simple vista:

• Para ensayos de dureza de muestras mayores
• Se requiere una lectura óptica
• Normativas: ASTM E10, ISO 6506, JIS Z 2243.

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Acerca del ensayo de dureza Brinell

El ensayo de dureza Brinell se desarrolló por primera vez a finales de 1800 por el ingeniero sueco que dio nombre a esta prueba. Su objetivo era encontrar un método que controlase la calidad/dureza del acero. Su solución consistió en utilizar un cojinete de bolas para vía férrea que golpease el material, pudiendo así medir el tamaño de la marca. El ensayo de dureza Brinell demostró ser un método fiable y en 1900 se adoptó oficialmente.

En la actualidad, el ensayo Brinell se realiza con ayuda de una unidad de ensayo de dureza Brinell. El instrumento presiona una bola de carburo de tungsteno contra la muestra con una fuerza conocida y luego mide ópticamente el diámetro de la impresión, que posteriormente se calcula para obtener el valor de dureza Brinell (HBW).

• Tamaños del penetrador: 1, 2,5, 5 y 10 mm
• Cargas: Desde 1 kgf a 3000 kgf
• Dureza máxima: 650 HBW.

Un ensayo de dureza para las muestras de mayor tamaño
Ya que la indentación que deja el ensayo de dureza Brinell (HBW) es relativamente grande, este ensayo se utiliza para muestras de mayor tamaño con una estructura de grano gruesa o irregular, como las piezas fundidas y las piezas forjadas.




Información de interés

HBW corresponde a «Hardness Brinell Wolfram carbide» (dureza Brinell con carburo de tungsteno). El carburo de wolframio (carburo de tungsteno) subraya que las nuevas normativas Brinell exigen el uso de bolas de carburo de tungsteno, en vez de las bolas de acero (más blandas) que se utilizaban anteriormente (HBS). Los valores diferirán a mayores durezas.

Cálculo de dureza Brinell​

La dureza Brinell se calcula midiendo ópticamente la longitud de la diagonal más larga de la impresión que haya dejado el penetrador de diamante. La indentación medida se convierte posteriormente en un valor de dureza utilizando una fórmula estandarizada o una tabla de referencia. Los durómetros modernos calculan y muestran automáticamente el valor HK mediante software integrado.

HBW = constante × fuerza de ensayo / área de superficie idealizada de la indentación

HBW = 0,102 × 2F / (π D² (1-√(1-(d² /D²)))​

HBW: Dureza Brinell con carburo de tungsteno (wolframio)

F: carga de ensayo (kgf)​

D: longitud de la diagonal larga (mm)​

d: diámetro medio de la indentación

Cargas Brinell

• Tiempo de indentación: 10-15 segundos
• Grosor de muestra según norma ASTM: Como mínimo 10 veces la profundidad de la penetración
• Grosor de la muestra según norma ISO: Como mínimo 8 veces la profundidad de la penetración.

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Cómo medir la dureza Brinell en 6 pasos​

Usando un durómetro DuraVista-100:

1. coloque la muestra sobre la platina o el yunque.
2. Pulse Enfoque automático o desplácese para enfocar.
3. Seleccione la carga de ensayo deseada.
4. Elija un objetivo de medición.
5. Inicie el ensayo.

Espaciamiento del penetrador.​

Una indentación Brinell no solo crea una deformación visible, sino que también cambia la estructura alrededor del cráter del penetrador. Para eliminar la influencia de los ensayos adyacentes y garantizar la obtención de mediciones fiables, las normativas prescriben una separación específica entre las indentaciones.

Distancia al borde: ≥ 2,5 × la diagonal media de la indentación, medida desde el centro de la indentación hasta el borde más cercano de la muestra.

Distancia entre indentaciones: ≥ 3 × la diagonal media de la indentación, medida entre los centros de las indentaciones adyacentes.​

Diámetro de la indentación​

El diámetro de la indentación debe medirse en dos direcciones perpendiculares y utilizarse el valor promedio para calcular la dureza. En superficies rectificadas, se recomienda realizar las mediciones aproximadamente a 45° con respecto a la dirección del esmerilado.

Los sistemas de medición automáticos (cámara) pueden aplicar algoritmos alternativos para calcular el promedio.

Prepárese para un ensayo de dureza Brinell​

Muestra_

La superficie de ensayo deberá ser lisa, uniforme y estar libre de cascarillas de óxido, contaminantes y lubricantes. Las normativas aplicables especifican que la superficie final debe permitir una medición precisa del diámetro de la indentación, lo que significa que la superficie final debe permitir que los bordes de la indentación se identifiquen claramente.

Cuando se utilizan penetradores de bola pequeña (1 mm y 2,5 mm), puede ser necesario realizar un pulido o esmerilado fino para obtener una superficie final adecuada. Durante la preparación, debe evitarse introducir calor que pueda alterar la microestructura de la muestra e influir en el resultado de la dureza.

Equipo_

Para garantizar unos resultados de dureza fiables y trazables, el instrumento Brinell debe someterse a una calibración y verificación directa una vez al año por un laboratorio de calibración acreditado. Entre calibraciones directas, se recomienda a los operadores realizar verificaciones indirectas periódicas utilizando bloques patrón de referencia certificados con valores Brinell conocidos.​

Entorno_

Gracias a sus fuerzas de ensayo relativamente elevadas y al gran tamaño de la indentación, el método Brinell es intrínsecamente robusto y resulta adecuado tanto para entornos de laboratorio como de taller. Sin embargo, dado que el valor de dureza se determina mediante la medición óptica de la indentación, se recomienda un entorno razonablemente limpio y libre de polvo que permita garantizar un funcionamiento fiable y minimizar los requisitos de mantenimiento y servicio. Para obtener resultados precisos y repetibles, el durómetro debe instalarse en un banco de trabajo o mesa estable y rígida. Las vibraciones de maquinaria cercana, el tránsito de personas u otras fuentes externas deben minimizarse o eliminarse siempre que sea posible.

Las normas ISO y ASTM especifican una temperatura de funcionamiento de entre 10 °C y 35 °C.​

Operario_

El operario es responsable de que la muestra esté correctamente posicionada y permanezca estable durante todo el ciclo completo del ensayo. Para evitar errores de medición causados por la deformación del material, las indentaciones deben separarse suficientemente y mantenerse alejadas de los bordes de la muestra.

Para aplicaciones específicas, consulte siempre la norma de ensayo Brinell correspondiente para confirmar la separación y las condiciones de ensayo requeridas.

Métodos y Aplicación Brinell

Existen varios métodos de ensayo de dureza Brinell comunes, que responden a diferentes materiales y rangos de dureza. La mayoría de los métodos se puede realizar en cualquier máquina de ensayo de dureza Brinell.

Los métodos Brinell suelen dividirse en 4 subgrupos (HB30, HB10, HB5, HB2.5); todos ellos adecuados para un grupo diferente de materiales.

• Cada subgrupo tiene la misma relación de fuerza/diámetro (F/D2)
• Las durezas medidas Brinell sólo pueden compararse dentro de los subgrupos individuales.

* Los materiales mencionados en la tabla son ejemplos únicamente de los materiales más típicos.

Explicación

• HBW 2,5/187,5: Bola de carburo de tungsteno de 2,5 mm Brinell y carga de 187,5 kgf.
• HBW 5/750: Bola de carburo de tungsteno de 5,0 mm Brinell y carga de 750 kgf.

Método preferido para piezas de fundición​

Gracias a su equipo robusto, penetradores de bola duraderos y capacidad de producir indentaciones grandes y fáciles de medir, el ensayo de dureza Brinell es especialmente adecuado para piezas de fundición.

Debido a que la indentación Brinell cubre un área relativamente grande de hasta Ø6,0 mm, el valor de dureza medido representa un promedio a lo largo de la, a menudo irregular, microestructura de los materiales de fundición, lo que da lugar a unos resultados más representativos y repetibles. Los penetradores de gran tamaño también son fáciles de evaluar, lo que reduce la incertidumbre.

Las cargas de ensayo de 3000 kgf, en combinación con un penetrador esférico de 10 mm, se utilizan a menudo en hierro fundido. Al seleccionar fuerzas de ensayo más bajas, el método Brinell es igualmente adecuado para piezas de fundición más blandas como el aluminio y el latón.

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El método Brinell es la opción preferida para evaluar materiales de grano grueso, heterogéneos y fundidos, donde una indentación de mayor tamaño proporciona una medida más representativa de la dureza del material. Su principio de ensayo robusto lo hace particularmente adecuado para piezas fundidas, piezas forjadas y otros componentes con microestructuras no uniformes.

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