Fórmulas y Condiciones del Ensayo Brinell

Ficha Ensayo Brinell
TECNOLOGÍA E INGENIERÍA II · 2º BACHILLERATO · MATERIALES

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.

D d h F probeta

Corte de la bola sobre la probeta. La huella tiene diámetro d y profundidad h.

d₁ d₂

Huella vista desde arriba. Se mide el diámetro en dos direcciones perpendiculares y se usa la media.

Las fórmulas

HB = 2F / [ π·D·(D − √(D² − d²)) ]

F en kgf (kp), D y d en mm. Sale de dividir F entre la superficie del casquete esférico.

HB = F / (π·D·h)

La misma dureza si te dan la profundidad h de la huella, en mm.

h = (D − √(D² − d²)) / 2

Profundidad de la huella a partir de su diámetro.

d = (d₁ + d₂) / 2

Diámetro medio de la huella, en mm.

F (N) = F (kgf) · 9,81

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 = K · D²

F en kgf y D en mm. Ejemplo: acero con bola de 10 mm → F = 30 · 10² = 3000 kgf.

MaterialKBola 10 mmBola 5 mmBola 2,5 mm
Aceros y fundiciones303000 kgf750 kgf187,5 kgf
Cobre y sus aleaciones101000 kgf250 kgf62,5 kgf
Aluminio y sus aleaciones5500 kgf125 kgf31,25 kgf
Metales muy blandos (plomo, estaño)2,5 / 1250 / 100 kgf62,5 / 25 kgf15,6 / 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.

0,24·D ≤ d ≤ 0,6·D

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.

250valor de la dureza
HBWBrinell con bola de metal duro
5diámetro de la bola en mm
/750carga en kgf
/30tiempo en s (solo si no es 10–15 s)
ExpresiónSignificado
229 HBW 10/3000Dureza 229, bola de 10 mm, carga de 3000 kgf, tiempo estándar.
85 HBW 10/500/30Dureza 85, bola de 10 mm, carga de 500 kgf mantenida 30 s.
255 HBW 5/750Dureza 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).

CondiciónValorPor qué
Tiempo de aplicación10–15 sSi es otro, se indica en la expresión normalizada.
Diámetro de la huella0,24·D–0,6·DFuera de ese intervalo la medida no es fiable.
Espesor mínimo de la probeta≥ 8 · hSi es más fina, la base sobre la que apoya influye en la medida.
Distancia del centro de la huella al borde≥ 2,5 · dCerca del borde el material se deforma más y falsea el resultado.
Distancia entre centros de huellas≥ 3 · dEl material endurecido por una huella afecta a la siguiente.
Dureza máxima medible≈ 650 HBWEn 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.

Carga: F = K · D² = 30 · 10² = 3000 kgf
Validez: 0,24 · 10 = 2,4 mm ≤ 4 mm ≤ 0,6 · 10 = 6 mm ✓
√(D² − d²) = √(100 − 16) = 9,165 mm → D − √ = 0,835 mm
HB = 2 · 3000 / (π · 10 · 0,835) ≈ 229
229 HBW 10/3000

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

BrinellVickers
PenetradorBola de metal duro de diámetro DPirámide de diamante de 136°
Se mideDiámetro d de la huella circularDiagonales d₁ y d₂ del rombo
CargaDepende del material: F = K · D²Casi no influye en el resultado
MaterialesBlandos y semiduros, hasta ≈ 650 HBWDe muy blandos a muy duros
HuellaGrandePequeña

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.
Ensayo de dureza Brinell · Ficha de repaso technoteacher.es

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