Prueba de dureza de Rockwell y su efecto sobre el acero

La prueba de dureza es una prueba simple y relativamente económica. Más rápido y menos destructivo que las pruebas de tracción, se considera una de las pruebas mecánicas más universalmente valiosas disponibles para los ingenieros.

Los valores de las pruebas de dureza son empíricos y, sin embargo, los resultados proporcionan una muy buena correlación con la resistencia del material en una amplia gama de materiales. Cuando se aplica una fuerza conocida en una prueba de dureza, la cantidad de deformación plástica que sufre el material determina el valor de dureza.

En las pruebas de tipo Rockwell, los indentadores cargados de varios tamaños y formas miden la dureza. Para este experimento, mediremos y compararemos la dureza del acero sin tratar y tratado térmicamente utilizando la prueba de dureza Rockwell.

Varios métodos comunes para medir la dureza de los metales incluyen Brinell, Vickers, Knoop y Rockwell dureza BNC. Cada uno de estos métodos utiliza un penetrador, ya sea en forma de esfera, cono o pirámide de diamante.

Se hace una hendidura en la superficie de un metal y se muestra una lectura de dureza. De esta lista, la prueba de dureza Rockwell es la más popular para los aceros estructurales. Un probador Rockwell manual estándar consta de un sistema de palanca para aplicar la carga y una lectura analógica que muestra el número de dureza.

En la prueba típica de Rockwell, se establece un punto cero para tener en cuenta las variaciones de la superficie mediante la aplicación de una carga preliminar y la medición de una profundidad de penetración inicial. A continuación, se aplica la carga principal al indentador. Finalmente, se retira la carga y se mide la profundidad de penetración final. El medidor de cuadrante en la parte superior de la máquina utiliza la diferencia entre estos dos valores para mostrar un valor de dureza Rockwell. Cuanto más duro sea el material, menos penetrará el penetrador, lo que dará como resultado un mayor valor de dureza Rockwell. Por lo tanto, los valores de dureza Rockwell B y Rockwell C se basan en la profundidad de la penetración y, por lo tanto, las máquinas de prueba se calibran a menudo utilizando bloques de prueba de calibración para rangos de dureza específicos.

Las pruebas de dureza Rockwell se pueden utilizar para evaluar cómo se cambia la resistencia de un material a través de procesos como el tratamiento térmico o el laminado en frío. El laminado en frío tiende a dar como resultado materiales más fuertes y duros. El tratamiento térmico puede dar como resultado materiales más blandos a través del calentamiento, pero estructuras más duras a través del enfriamiento.

Por ejemplo, en la prueba de enfriamiento final de Jominy, una muestra cilíndrica se calienta uniformemente. A continuación, se apaga un extremo con un chorro de agua. Los cambios a lo largo de la longitud de la muestra desde el extremo templado hasta el extremo no templado se pueden ver en los valores de dureza, que son representativos de los cambios en la microestructura.

En la siguiente sección, mediremos la dureza a lo largo de la longitud de una muestra de prueba de enfriamiento de extremo Jominy de acero para observar la transición de acero sin tratar a acero tratado térmicamente utilizando la prueba de dureza Rockwell.

Antes de comenzar, familiarícese con la máquina de prueba. El yunque, que se puede subir o bajar mediante el volante del cabrestante, soporta una muestra por debajo del penetrador intercambiable.

Se elige una carga de prueba utilizando el selector en el lateral de la máquina y se aplica girando la palanca de carga desde la posición de descarga a la posición de carga. La precarga correcta y las mediciones finales se determinan utilizando el comparador en la parte superior de la máquina.

Antes de insertar su muestra de prueba, confirme que el indentador de cono de diamante Rockwell C esté instalado y que la carga de prueba esté configurada en 150 kilogramos. Asegure la muestra en la máquina con la superficie plana contra el yunque. Para esta demostración, utilizaremos un espécimen Jominy End Quenched que se ha sometido a un tratamiento de refrigeración por agua.

Mueva la palanca de carga a la posición de descarga y, a continuación, levante el yunque para acercar la muestra al penetrador. Ajuste la posición de la muestra de modo que el penetrador esté a un dieciseisavo de pulgada del extremo. Cuando la posición sea correcta, vuelva a asegurar la muestra para que no se mueva durante la prueba. Ahora, levante la muestra una vez más hasta que la aguja en el dial frontal comience a moverse ligeramente, lo que indica que se ha establecido contacto con el indentador.

Aplique la precarga continuando elevando lentamente la muestra hasta que la aguja del dial haya completado tres vueltas completas. Deténgase cuando la aguja haya completado la tercera vuelta. Ajuste el anillo exterior del comparador para que la lectura inicial sea cero. A continuación, mueva la palanca de carga a la posición de carga para aplicar la carga de prueba. La aguja se asentará a un nuevo valor a medida que se aplique la carga. Espere hasta que deje de moverse y luego vuelva a mover la palanca de carga a la posición de descarga.

Registre la dureza Rockwell C desde el comparador y luego baje el yunque para alejar la muestra del indentador. Repita esta prueba a lo largo de la muestra. Las pautas ASTM-A255 especifican que las lecturas deben tomarse a intervalos de un dieciseisavo de pulgada para la primera media pulgada y a intervalos de un octavo de pulgada para la siguiente media pulgada.

Traza la dureza Rockwell de la muestra en función de la posición a lo largo de la muestra. La dureza disminuye claramente a medida que aumenta la distancia desde el extremo templado.

La prueba de dureza Rockwell se utilizó para demostrar que, debido a la velocidad de enfriamiento, el cambio en la estructura interna del material afectaba la dureza del material, lo que a su vez indica la resistencia del material.

Ahora que aprecia la prueba de dureza por su facilidad de uso, echemos un vistazo a cómo se aplica para garantizar la calidad de los productos cotidianos.

Los valores de dureza se pueden convertir fácilmente en valores de resistencia utilizando gráficos derivados de ecuaciones empíricas. Como era de esperar, los materiales más blandos tienen valores de resistencia más bajos y los materiales más duros tienen valores de resistencia más altos. Debido a esto, los valores de dureza se pueden usar en lugar de pruebas de tracción más costosas para predecir la resistencia de las cosas que usamos todos los días.

Con solo mirar a su alrededor en una barbacoa en el patio trasero, verá muchos productos que se consideran seguros debido a las pruebas de dureza. Sillas de jardín de metal, rejillas en la parrilla en una amplia gama de temperaturas, cuchillos de acero endurecido y la escalera de piscina de metal en condiciones acuáticas. Es probable que todos hayan sido sometidos a pruebas de dureza para garantizar la seguridad del consumidor.

Acabas de ver la introducción de JoVE a la prueba de dureza Rockwell. Ahora debe comprender por qué se usan comúnmente las pruebas de dureza, cómo realizar las pruebas de dureza y cómo analizar los resultados obtenidos.

¡Gracias por mirar!