Información general sobre el ensayo de dureza Brinell
En el método Brinell, el indentador se compone de una bola de metal duro de diámetro D = 10; 5; 2,5 o 1 mm. Se aplica a la probeta una fuerza de ensayo (de 1 kg a 3.000 kg según la norma) y se mantiene según el tiempo de parada.
Para calcular la dureza Brinell, se mide dos veces el diámetro de la huella en diagonal en la superficie de la probeta. Además, es necesaria la fuerza de ensayo en N y el diámetro del indentador de bola.
Procedimiento del ensayo de dureza Brinell según la norma ISO 6506
En el ensayo de dureza Brinell, un método óptico, se mide el tamaño de la indentación que deja el indentador. En comparación con el método Vickers, también óptico, en el que se presiona un indentador piramidal sobre una probeta, el método Brinell utiliza un indentador en forma de bola.
Cuanto más grande sea la huella que el indentador Brinell deja en la superficie de una pieza (una probeta) bajo una fuerza de ensayo definida, más blando será el material ensayado.
Según la norma ISO 6506, para determinar la dureza Brinell (HBW), el indentador de bola de metal duro (carburo de tungsteno) se presiona en una probeta (pieza) con una carga de ensayo definida (entre 1 kgf y 3000 kgf).
¿Qué indica la dureza Brinell?
La dureza Brinell es una unidad de medida que indica la dureza de un material. Se mide mediante el método de dureza Brinell, en el que se presiona una bola de metal duro contra el material. El tamaño de la huella resultante se mide con un sistema óptico para determinar la dureza del material.
La dureza Brinell se utiliza normalmente para materiales con de grano muy grueso, una superficie de ensayo rugosa o materiales no homogéneos, tales como las piezas de fundición, las aleaciones y los componentes forjados. Se define como la relación entre la fuerza aplicada y la superficie de la indentación. La unidad de dureza Brinell es HBW (dureza Brinell con una bola de carburo de tungsteno).
Cálculo de la dureza Brinell
La dureza Brinell HBW se calcula como el cociente de la carga de ensayo aplicada F (en Newton[N]) y la superficie de la huella remanente en la probeta (de la proyección de la huella) tras retirar la fuerza de ensayo (véase la fórmula de Brinell). Para calcular la superficie de la huella remanente de la bola, se utiliza el valor medio aritmético de las dos diagonales d1 y d2 perpendiculares entre sí (en mm), ya que la superficie de base de las indentaciones Brinell no suele ser totalmente redonda.
En la práctica, la fórmula para determinar el valor de dureza no se calcula para cada probeta. Se puede consultar el valor de dureza en tablas, alternativamente, o bien en determinados software de ensayo de dureza especialmente programados, que muestran el valor de dureza para todos los diámetros de bola y cargas de ensayo normalizados, en función del diámetro de indentación medio d.
La carga de ensayo debe seleccionarse de modo que el diámetro de indentación medio d se encuentre entre 0,24 D y 0,6 D.
Para mantenerse dentro de estos límites, es necesario ajustar la fuerza de ensayo al diámetro de la bola. Esto da lugar a diferentes grados de solicitación (también denominados grados de carga o factores de carga) dentro del método Brinell, en el que el cociente entre la fuerza de ensayo y el cuadrado del diámetro de la bola se mantiene constante: B = 0,102*F/D2. Los cinco grados de solicitación habituales son 1, 2,5, 5, 10 y 30. El ensayo de un material con diferentes diámetros de bola y fuerzas de ensayo debe realizarse dentro de un grado de solicitación determinado para obtener resultados de medición directamente comparables (véase la Tabla sinóptica "Métodos y aplicaciones del ensayo de dureza Brinell").
El diámetro de la bola debe seleccionarse de modo que la indentación de ensayo cubra un rango de materiales representativo de la probeta lo más amplio posible.
Según la norma (ISO 6506), la carga de ensayo debe incrementarse hasta su valor final en un plazo mínimo de dos a un máximo de ocho segundos. El tiempo de aplicación de la carga de ensayo suele ser de 10 a 15 segundos (s). En caso de un tiempo de aplicación más largo, la duración en segundos debe indicarse adicionalmente en el valor de dureza, p. ej.: 210 HBW 5/250/30 (tiempo de aplicación de 30 s).
Ventajas e inconvenientes del ensayo de dureza por el método Brinell
El método Brinell ofrece las siguientes ventajas:
- Con el método Brinell también se pueden ensayar materiales no homogéneos (por ejemplo, fundiciones), ya que la bola grande golpea muchos cristales (diferentes componentes estructurales del material) y forma una media mecánica.
- Existe una amplia gama de cargas de ensayo y diámetros de bola para una gran variedad de aplicaciones.
- Huellas comparativamente grandes, que son más fáciles de medir que las huellas Vickers, más bien pequeñas.
- La superficie de la probeta puede ser rugosa.
El método Brinell presenta los siguientes inconvenientes:
- La superficie de la probeta debe estar en buen estado, ya que la indentación se mide ópticamente. Esto significa que hay que preparar el lugar del ensayo.
- Alto riesgo de deformación del material a ensayar durante los ensayos a macroescala con cargas de ensayo elevadas (por ejemplo, HBW 10/3.000) y, por tanto, riesgo de errores de medición debidos a la formación de paredes. Por lo tanto, es importante una buena iluminación de la huella para poder evaluarla correctamente (por ejemplo, con la ayuda de una luz anular).
- Limitar el uso del método con materiales muy duros y probetas delgadas al mismo tiempo (ver espesor mínimo de la probeta para Brinell).
- El método es lento (en comparación con el método Rockwell). El procedimiento del ensayo dura entre 30 y 60 segundos, sin incluir el tiempo de preparación de la probeta.
Ejemplos de métodos y aplicaciones del ensayo de dureza Brinell
El método Brinell es adecuado para el ensayo de dureza de metales blandos (metales ligeros, plomo, estaño) hasta metales duros como el acero y el hierro.
El ensayo Brinell de un material con diferentes diámetros de bola y cargas de ensayo debe realizarse dentro de un grado de solicitación ("Secuencia del método procedimiento de ensayo Brinell") para poder comparar directamente los valores de dureza medidos.
A continuación se presenta una tabla sinóptica con los métodos Brinell agrupados por grado de solicitación, rango de dureza asociado y aplicaciones recomendadas (materiales). A mayor grado de solicitación, más duros son los metales que pueden o deben ensayarse con los métodos dentro de ese grado de solicitación. El grado de solicitación (factor de carga) más común es el HBW 30. Los métodos Brinell pertenecientes al HBW 30 se utilizan para ensayar metales duros como el acero y el hierro.
| Material | Método | Indentadores | Fuerza de ensayo F | Grado de carga 0,102 x F/D2 | Rango de dureza HBW* |
|---|---|---|---|---|---|
| Acero / Hierro | HBW 1/30 | 1 mm | 294,2 N | 30 | 95,5-653 |
| HBW 2,5/187,5 | 2,5 mm | 1,839 kN | |||
| HBW 5/750 | 5 mm | 7,355 kN | |||
| HBW 10/3000 | 10 mm | 29,42 kN | |||
| Metal ligero Cobre / aluminio Aleación de cobre Aleación de aluminio | HBW 1/10 | 1 mm | 98,07 N | 10 | 31,8-218 |
| HBW 2,5/62,5 | 2,5 mm | 612,9 N | |||
| HBW 5/250 | 5 mm | 2,452 kN | |||
| HBW 10/1000 | 10 mm | 9,807 kN | |||
| Metal ligero Cobre / aluminio Aleación de cobre sin tratamiento térmico | HBW 1/5 | 1 mm | 49,03 N | 5 | 15,9-109 |
| HBW 2,5/31,25 | 2,5 mm | 306,5 N | |||
| HBW 5/125 | 5 mm | 1,226 kN | |||
| HBW 10/500 | 10 mm | 4,903, kN | |||
| Metales ligeros | HBW 1/2,5 | 1 mm | 24,52 N | 2,5 | 7,96-54,5 |
| HBW 2,5/15,625 | 2,5 mm | 153,2 N | |||
| HBW 5/62,5 | 5 mm | 612,9 N | |||
| HBW 10/250 | 10 mm | 2,452 kN | |||
| Metales ligeros Plomo / estaño | HBW 1/1 | 1 mm | 9,807 N | 1 | 3,18-21,8 |
| HBW 2,5/6,25 | 2,5 mm | 61,29 N | |||
| HBW 5/25 | 5 mm | 245,2 N | |||
| HBW 10/100 | 10 mm | 980,7 N | |||
* Rango de dureza recomendado según EN ISO 6506-4, Tabla 2 | |||||
Distancia mínima entre las indentaciones de ensayo y el espesor mínimo de la probeta en Brinell
- En el método Brinell, las indentaciones deben realizarse de manera que quede suficiente distancia hasta el borde de la probeta (canto), así como entre ellas. Los valores mínimos que deben respetarse según las normas se indican en el diagrama.
- La probeta debe ser al menos lo suficientemente gruesa para que la indentación en la parte inferior de la probeta (superficie de contacto) no cause ninguna deformación visible. Esto significa que, según la norma, la probeta debe tener al menos ocho veces el espesor de la profundidad de penetración de la bola Brinell. La profundidad de penetración puede estimarse a partir del valor esperado de dureza, que a su vez depende del diámetro medio de indentación. De este modo, el espesor mínimo de la probeta puede obtenerse en función del diámetro medio de indentación y del diámetro de la esfera del indentador Brinell. Aquí encontrará una tabla detallada en la que podrá consultar el espesor mínimo de la probeta para el método Brinell:
| Diámetro de indentación medio (mm) | Espesor mínimo de la probeta (mm) | |||
|---|---|---|---|---|
| Diámetro de la bola (mm) | ||||
| 1,0 | 2,5 | 5,0 | 10 | |
| 0,2 | 0,12 | |||
| 0,3 | 0,18 | |||
| 0,4 | 0,33 | |||
| 0,5 | 0,54 | |||
| 0,6 | 0,80 | 0,29 | ||
| 0,7 | 0,40 | |||
| 0,8 | 0,53 | |||
| 0,9 | 0,67 | |||
| 1,0 | 0,83 | |||
| 1,1 | 1,02 | |||
| 1,2 | 1,23 | 0,58 | ||
| 1,3 | 1,46 | 0,69 | ||
| 1,4 | 1,72 | 0,80 | ||
| 1,5 | 2,00 | 0,92 | ||
| 1,6 | 1,05 | |||
| 1,7 | 1,19 | |||
| 1,8 | 1,34 | |||
| 1,9 | 1,50 | |||
| 2,0 | 1,67 | |||
| 2,2 | 2,04 | |||
| 2,4 | 2,45 | 1,17 | ||
| 2,6 | 2,92 | 1,38 | ||
| 2,8 | 3,43 | 1,60 | ||
| 3,0 | 4,00 | 1,84 | ||
| 3,2 | 2,10 | |||
| 3,4 | 2,38 | |||
| 3,6 | 2,68 | |||
| 3,8 | 3,00 | |||
| 4,0 | 3,34 | |||
| 4,2 | 3,70 | |||
| 4,4 | 4,08 | |||
| 4,6 | 4,48 | |||
| 4,8 | 4,91 | |||
| 5,0 | 5,36 | |||
| 5,2 | 5,83 | |||
| 5,4 | 6,33 | |||
| 5,6 | 6,86 | |||
| 5,8 | 7,42 | |||
| 6,0 | 8,00 | |||
