Ensayo de dureza Brinell
Lo que tienes que dominar para resolver cualquier ejercicio de la PEvAU: fórmula, elección de la carga, condición de validez, expresión normalizada y condiciones del ensayo.
En qué consiste
Se presiona sobre la probeta una bola de metal duro (carburo de wolframio) de diámetro D con una carga F. Al retirarla queda una huella con forma de casquete esférico. Se mide el diámetro d de la huella y la dureza es la carga dividida entre la superficie del casquete.
Corte de la bola sobre la probeta. La huella tiene diámetro d y profundidad h.
Huella vista desde arriba. Se mide el diámetro en dos direcciones perpendiculares y se usa la media.
Las fórmulas
F en kgf (kp), D y d en mm. Sale de dividir F entre la superficie del casquete esférico.
La misma dureza si te dan la profundidad h de la huella, en mm.
Profundidad de la huella a partir de su diámetro.
Diámetro medio de la huella, en mm.
Si la carga viene en newtons, pásala a kgf antes de usar la fórmula.
La dureza Brinell se da sin unidades, aunque en rigor serían kgf/mm².
Cómo elegir la carga: la constante K
Para que ensayos con bolas distintas den el mismo resultado, la carga se elige proporcional al cuadrado del diámetro de la bola. La constante K depende del material.
F en kgf y D en mm. Ejemplo: acero con bola de 10 mm → F = 30 · 10² = 3000 kgf.
| Material | K | Bola 10 mm | Bola 5 mm | Bola 2,5 mm |
|---|---|---|---|---|
| Aceros y fundiciones | 30 | 3000 kgf | 750 kgf | 187,5 kgf |
| Cobre y sus aleaciones | 10 | 1000 kgf | 250 kgf | 62,5 kgf |
| Aluminio y sus aleaciones | 5 | 500 kgf | 125 kgf | 31,25 kgf |
| Metales muy blandos (plomo, estaño) | 2,5 / 1 | 250 / 100 kgf | 62,5 / 25 kgf | 15,6 / 6,25 kgf |
Condición de validez
El ensayo solo es válido si la huella no es ni demasiado pequeña ni demasiado grande respecto a la bola. Compruébalo siempre: es una pregunta muy habitual.
Es el intervalo de la norma UNE-EN ISO 6506. Algunos libros usan D/4 < d < D/2: sigue el criterio que use tu profesor. Si d se sale del intervalo, hay que repetir el ensayo con otra carga o con otra bola.
La expresión normalizada
Se indican el diámetro de la bola, la carga en kgf y el tiempo. El tiempo solo aparece si se sale del estándar, que es de 10 a 15 s.
| Expresión | Significado |
|---|---|
| 229 HBW 10/3000 | Dureza 229, bola de 10 mm, carga de 3000 kgf, tiempo estándar. |
| 85 HBW 10/500/30 | Dureza 85, bola de 10 mm, carga de 500 kgf mantenida 30 s. |
| 255 HBW 5/750 | Dureza 255, bola de 5 mm, carga de 750 kgf, tiempo estándar. |
En libros antiguos verás HB o HBS (bola de acero). La norma actual solo usa bola de metal duro: HBW.
Condiciones del ensayo
Son las comprobaciones que suelen aparecer como apartado extra en los ejercicios (norma UNE-EN ISO 6506).
| Condición | Valor | Por qué |
|---|---|---|
| Tiempo de aplicación | 10–15 s | Si es otro, se indica en la expresión normalizada. |
| Diámetro de la huella | 0,24·D–0,6·D | Fuera de ese intervalo la medida no es fiable. |
| Espesor mínimo de la probeta | ≥ 8 · h | Si es más fina, la base sobre la que apoya influye en la medida. |
| Distancia del centro de la huella al borde | ≥ 2,5 · d | Cerca del borde el material se deforma más y falsea el resultado. |
| Distancia entre centros de huellas | ≥ 3 · d | El material endurecido por una huella afecta a la siguiente. |
| Dureza máxima medible | ≈ 650 HBW | En materiales más duros la bola se deforma. Para ellos se usa Vickers. |
Ejemplo rápido
Acero ensayado con bola de 10 mm durante 15 s. La huella mide 4 mm de diámetro.
Profundidad: h = 0,835 / 2 ≈ 0,42 mm, así que la probeta debe tener al menos 8 · 0,42 ≈ 3,3 mm de espesor.
Brinell frente a Vickers
| Brinell | Vickers | |
|---|---|---|
| Penetrador | Bola de metal duro de diámetro D | Pirámide de diamante de 136° |
| Se mide | Diámetro d de la huella circular | Diagonales d₁ y d₂ del rombo |
| Carga | Depende del material: F = K · D² | Casi no influye en el resultado |
| Materiales | Blandos y semiduros, hasta ≈ 650 HBW | De muy blandos a muy duros |
| Huella | Grande | Pequeña |
Ventajas e inconvenientes
Ventajas
- Ensayo sencillo y con equipo robusto.
- La huella grande promedia las heterogeneidades: ideal para fundiciones y materiales con granos gruesos.
- En aceros, la dureza permite estimar la resistencia a tracción.
Inconvenientes
- No sirve para materiales muy duros: la bola se deforma.
- La huella grande estropea piezas acabadas y no vale para piezas finas.
- Hay que elegir la carga según el material y comprobar la validez.
Antes de entregar, comprueba
- He elegido la carga con F = K · D² usando la K del material.
- He usado la media de los dos diámetros de la huella, en mm.
- He comprobado que 0,24·D ≤ d ≤ 0,6·D (o el criterio de mi libro).
- He calculado D² − d² antes de la raíz, y he restado la raíz a D.
- He pasado la carga a kgf si venía en newtons.
- He escrito D, F y, si hace falta, el tiempo en la expresión normalizada.
- No he puesto unidades a HB.
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