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DUREZA ROCKWELL

   
 
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INTRODUCCION
No existe una definición exacta de la dureza. En la actualidad suele llamarse dureza a la resistencia que un cuerpo opone a la penetración de otro cuerpo más duro.
La medición de la dureza podría hacerse entonces como determinación de la fuerza que se necesita para vencer esta resistencia. Referido esto a la cara común de contacto entre el cuerpo patrón y la pieza sobre la que actúa una carga.
Una determinación de dureza que se base en la comparación de dos probetas con respecto a la capacidad de penetración de una en otra, se hizo ya alrededor del 1800 por Molis. La escala de dureza establecida por Molis, todavía en uso hoy día en la mineralogía, clasifica las materias minerales en 10 grados de dureza.
La dureza va subiendo así desde los materiales blandos, por ejemplo talco (dureza 1), yeso (dureza 2), hasta los minerales duros, por ejemplo corindón (dureza 9) y diamante (dureza 10). La ordenación se ha hecho por estudios comparativos a base de un ensayo de rayado. Si por ejemplo se raya una materia con yeso, y a su vez esta misma raya el talco, su dureza queda comprendida entonces cutre 1 y 2.
El ensayo de dureza como resistencia al rayado introducido por Mohs es,muy poco preciso cuando se aplica a metales para establecer con el la diferenciación más rigurosa que en este caso se necesita para emitir un dictamen sobre un material.
Pero, con las correspondientes modificaciones, el ensayo de dureza al rayado volvió a ser utilizado más tarde para la apreciación de las propiedades de los metales (pág. 148). Sin embargo, los métodos fundados en la penetración han cobrado gran importancia en el ensayo de dureza de metales.
En ellos unos cuerpo identadorse aplica a presión o por impacto sobre un material a ensayar, este cuerpo debe de tener una dureza bastante mayor que la de la pieza sometida a prueba.
La magnitud de la deformación alcanzada es en este caso es una medida de la dureza del material.

Por «métodos de ensayo estáticos» debe entenderse que se trata de procedimientos en los que la velocidad de penetración del cuerpo más duro no tiene gran influencia en el resultado del ensayo.
Los métodos estáticos hoy día generalmente empleados se diferencian sustancialmente por la forma del cuerpo penetrante y la forma de medición de la huella.
DUREZA ROCKWELL escala "C"
Principios generales
En el método Rockwell- C, como cuerpo penetrador, no se emplea la bola de 1/16" usual en el método Rockwell-B, sino un diamante cónico, que permite ensayar también materiales duros, por ejemplo aceros templados. El método C ha ampliado así sensiblemente el campo de aplicación del ensayo de dureza y ha encontrado gran aceptación en la industria de herramientas.
Como diamante de ensayo se utiliza un cono con ángulo en la punta de 120", aunque de punta algo redondeada de 0,2 mm de radio.
En el ensayo RockweIl-C se utiliza una carga inicial de 10 kp. La carga adicional que se aplica es de 140 kp.
La medición se hace también aquí como medida diferencial de la profundidad de penetración entre la posición con carga inicial aplicada (posición cero) y la profundidad de penetración después de retirar la carga adicional y quedar sólo la inicial, es decir, después de la desaparición de la deformación elástica.
Las huellas resultantes tendrían que tener siempre, al contrario que las huellas de la bola, formas geométricas semejantes incluso a distintas profundidades de penetración, si es que el cono no tuviese la punta redondeada. Esta diferencia se pone, naturalmente, tanto más de manifiesto cuanto más pequeña sea la impresión y se manifestará, por consiguiente, sobre todo en el ensayo de materiales de gran dureza.

El radio de la punta del cono del brale tiene un efecto particularmente desfavorable cuando se trabaja con cargas pequeñas, es decir, no con la carga normal de 150 kp en total. Si por cuestión de principio no se quisiese efectuar otros métodos de ensayo, empleando el método Rockwell, se tendrá que aplicar una carga pequeña siempre que se trate de determinar la dureza de capas superficiales delgadas(p. ej., capas cementadas).
Aparte del ensayo con el aparato Rockwell normal aplicando una carga reducida (50 y 100 kg de carga total), se hacen también pruebas con los aparatos Super-RockweIl (EE. UU.), los cuales trabajan con una carga inicial de 3 kp y una de ensayo de 15, 30 y 45 kp, y poseen mayor relación de transmisión en la indicación de medida (doble exactitud de lectura).
Pero como ya se dijo anteriormente, aquí tampoco es posible establecer una equiparación directa de los resultados con valores Rockwell normales, o efectuar una conversión matemática. Para ello se está supeditado también a tablas o curvas de comparación.

La carga hay que aplicarla en el ensayo Rockwell-C de forma continua y sin brusquedades. El cuerpo penetrante tiene que moverse perpendicularmente a la pieza.
En la norma DIN 50103 no se estipula ningún tiempo de carga. Únicamente se dice que la descarga no debe hacerse hasta que se haya detenido la aguja del medidor de penetración.
En cuanto a la velocidad de carga se señala, en cambio, que hay que aplicarla en 3 a 6 segundos.
La dureza Rockwell leída en el dispositivo de medida hay que darla en números enteros, dado que, con miras a las imprecisiones y dispersiones de la medición, no son admisibles los decimales al indicar la dureza Rockwell.


Forma de la probeta
- Las piezas a probar tienen que
presentar una superficie lisa y estar
por lo menos finamente rectificada, con
el fin de descartar mediciones erróneas
a causa de grandes estrías de
rectificado.
- En vista de la poca profundidad de la
huella, deben evitarse variaciones en
las características del material en la
superficie, por ejemplo:
por calentamiento o deformación en frío,
unque éstas afecten sólo a penetraciones
muy pequeñas.
- La superficie tiene que estar libre de
cascarilla y de decarburaciones, y las
piezas tienen que quedar bien asentadas
y no doblarse por acción de la carga.
- En superficies curvas, el radio de
curvatura no tiene que ser menor de 5
mm.
- El espesor de la pieza debe ser por lo
menos diez veces mayor que la
profundidad de penetración (e) (en la
fig. 71 señalada con a) del cuerpo
penetrante, que queda después de retirar
la carga adicional.
- La distancia de los centros de dos
impresiones así como del centro de una
impresión al borde de la pieza, tiene
que ascender por lo menos a 3 mm.
- Con el fin de obtener valores exactos,
hay que tomar la media de los ensayos de
dos impresiones contiguas.

MEDICION DE LA PROFUNDIDAD DE LA HUELLA

Dado que el comparador utilizado para la medición de la profundidad de la huella en el ensayo Rockwell-B y C (excepción hecha de los aparatos Super-RockweIl) indica una penetración de 0,002 mm por unidad de la escala, se puede conocer la medida de dicha profundidad por la indicación directa del comparador.
Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que Rockwell obtiene los valores de dureza señalados, deduciendo la profundidad de la huella (e) de un valor fijo.
Por consiguiente, la dureza Rockwell, una vez leída en el comparador la profundidad de la huella, resulta:

DRC = 100 - e
DRR = 130 – e

100 y 130 son ahí los dos valores fijos

diferentes para DRC y DRB. Por esta dedución de un valor fijo previo se obtienen durezas Rockwell más pequeñas cuanto mayor es la profundidad (e), o a la inversa, según aumenta la dureza (menor penetración) se tendrá un valor más alto de dureza Rockwell.

Esto corresponde a la innata apreciación de la dureza, a la que, como es costumbre también en el ensayo Brinell, cuanto mayor es la resistencia a la penetración se quiere indicar con una cifra más alta.
A base de la dureza Rockwell se puede calcular entonces la profundidad de penetración (e) como sigue:

Dureza Rockwell-C: e = (100-DRC)- 0,002 mm.
Dureza Rockwell-5: e = (130-DRB) -0,002 mm.

Ejemplo: DRC =65
e = (100 - 65) • 0,002 = 0,07 mm.

Para el ejemplo en cuestión, el espesor mínimo (Smin) de la probeta será entonces:

SmIn = 10 -e = 10-0,07 = 0,7 mm.

Además del espesor de pared mínimo exigido, en el ejemplo citado puede verse claramente la enorme influencia que tiene el radio de redondeo del diamante Rockwell.

Cuando, como en este caso, con gran dureza de la pieza (acero templado para herramientas), la profundidad de penetración es sólo de 0,07 mm, se producirá no una impresión cónica, sino una esférica, si el cono de diamante tiene un radio de redondeo de 0,2 mm. Por lo tanto, a diferentes durezas y profundidades de penetración, no aparecen en esta región de dureza huellas semejantes geométricamente.

En lo posible habría que evitar una conversión de dureza Rockwell a Brinell o a resistencia a la tracción, dado que no existe una fórmula de cálculo de validez general. A este respecto nos remitimos a la hoja DIN 50103. Si por la dureza Rockwell se quisiera llegar a una conclusión acerca de otras durezas o de la resistencia a la tracción, habría que emplear-entonces la tabla de equivalencias según DIN 50150.


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DUREZA ROCKWELL escala "B"
La diferencia principal entre el ensayo Rockwell y Brinell consiste en que, en el método Rockwell se mide la profundidad de penetración del cuerpo de ensayo, mientras que en el Brinell se determina el área del segmento esférico por el diámetro de la impresión de la bola.
Si se combina el punzón penetrador con un reloj comparador, se tiene entonces en el ensayo Rockwell la posibilidad de leer la dureza inmediatamente en la máquina y de acortar así el tiempo de ensayo en comparación con la prueba Brinell. Esta ventaja se ha visto, no obstante, muy restringida por la lectura óptica introducida más tarde en los equipos Brinell.
Hay que poner de relieve que el método Rockwell - B emplea una bola muy pequeña de 1/16", cuya impresión no constituye con frecuencia un inconveniente para el ensayo de piezas acabadas.
Por otra parte, el pequeño diámetro de bola reduce la exactitud del método. La medición de la profundidad de penetración con un reloj comparador tampoco podrá hacerse en general con la misma exactitud que una medición óptica del diámetro de la impresión. A esto hay que añadir que en el supuesto de unas impresiones de bola iguales en ambos métodos, lo que no se da a causa de la bola de 1/16", la medición de la profundidad tiene que dar siempre por resultado valores menores y, por consiguiente, menor exactitud que la medición del diámetro. Por eso, en el ensayo Brinell el error de medida será menor que en el método Rockwell.

Por el esquema de la figura 70 puede hacerse uno una idea de la relación de las dimensiones de las huellas en el ensayo Rockwell y Brinell. Para 1:1 misma dureza de la pieza se- muestran en dicha figura las órdenes de magnitud de las profundidades de penetración de las distintas bolas Brinell y de la hola Rockwell.
Esto permite asimismo comparar la penetración (t) con el diámetro (d) de las impresiones de la bola. Por otro lado, en el ensayo Rockwell no pueden producirse errores de lectura por retracción o recalcado (pág. II6), los cuales perjudican a veces la exactitud en el método Brinell.
Una medición de la profundidad, en la que por el tamaño del cuerpo penetrador los valores absolutos son pequeños, tiene que dar lugar a errores mayores si antes de la carga no se ha fijado exactamente la posición de partida (posición cero) de la bola y si existen irregularidades superficiales.
Dado que la correcta posición cero, es decir, el que la bola se asiente de plano sobre la superficie, no se puede conseguir sin una pequeña compresión, se aplica antes de la medición, sobre la pieza, una llamada carga inicial de 10 kp por medio de la bola, con lo que se eliminan a la vez las pequeñas irregularidades, por ejemplo estrías de rectificado, y se consigue que la bola quede bien asentada. La carga propiamente dicha consiste en una carga adicional de 90 kp, resultando por tanto en 100 kp la carga total sobre la bola.
Con el fin de hacer una comparación con la dureza Brinell, y por consiguiente con la resistencia a la tracción, la profundidad de penetración no se mide después de haber aplicado toda la carga, sino después de quitar la carga adicional, quedando entonces sólo la carga inicial de 10 kp.
Esto significa que tanto en Rockweil como en Brinell se lleva a cabo la lectura después de la recuperación elástica del material que sigue ;i la descarga, en este caso, excepto la carga inicial que permanece actuando.
En lugar de la bola de 1/16" a veces se utiliza también una bola de 1/8", y asimismo suelen aplicarse en ocasiones cargas de ensayo mas pequeñas, tanto con la bola de 1/16" como con la de 1/8". Las cargas menores son necesarias, por ejemplo cuando las piezas son muy delgadas (chapas, capas superficiales).
Dado que en Rockwell rige sólo la profundidad de la huella como cifra de dureza, a diferentes cargas de ensayo se tienen que indicar también distintas cifras de dureza. No obstante, la comparación después de la correspondiente conversión da lugar en parte a considerables divergencias en el valor de dureza. Con cargas pequeñas, se refleja también la inexactitud en la lectura, tanto mayor cuanto más pequeña sean las huellas, Así, los aparatos Super-Rockwell desarrollados en Estados Unidos, que se emplean para medir con pequeñas cargas de ensayo (de 15, 30 y 45 kp a 3 kp de carga inicial), no se han llegado a introducir en Alemania. En listados Unidos estos métodos de medición están normalizados según ASTM E 18-54.
 
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