UNIVERSIDAD DE LA SERENA

FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
LABORATORIO DE INGENIERÍA EN MATERIALES

Laboratorio 1: Ensayo de Dureza

Profesor:
Alexander Alfonso Alvarez

Autores:
Aracelli García Trigo
Javiera Godoy Retamales
Juan Emilio González Avaria
Bryan González Barraza
Sebastián Harris Urrestarazú
Rocío López Castillo
Cristhofer Marín Rojas
Yanil Matus González
Darko Mellia Contreras
Gabriela Mena Sotomayor
Cristóbal Meriño Rivera
Paloma Miles Castillo

07 de octubre de 2021
Índice

1. Sumario 2

2. Introducción 2

3. Objetivos 3
3.1. Objetivos generales………………………………………………………………………. 3
3.2. Objetivos específicos…………………………………………………………………….. 3

4. Procedimientos 3
4.1 Instrumentos y materiales……………………………………………………………........ 3
4.2. Diferencias entre tipos de ensayo………………………………………………………....3
4.3. Ensayo de Dureza Método de Rockwell B………………………………………………..4
4.3.1. Procedimiento para hacer un ensayo de dureza de Rockwell B……………………...4
4.4. Ensayo de Dureza Método de Brinell……………………………………………………. 5
4.4.1. Procedimiento para hacer un ensayo de dureza de Brinell…………………………. 6
4.5. Ensayo de Dureza Modelo de Vickers………………………………………………….... 6
4.5.1. Procedimiento para hacer un ensayo de dureza del método de Vickers……………. 6
4.6. Ensayo de Dureza Modelo de Knoop……………………………………………………. 7

5. Resultados 7

6. Discusión 8

7. Conclusiones 9

8. Referencias bibliográficas 10

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 1. Sumario

Se ha llevado a cabo un estudio de dureza por indentación basado en videos vistos en clases. Los
ensayos más utilizados en el campo ingenieril son el Rockwell y el Brinell, que son también los que
usamos en este laboratorio, mientras que Vickers y Knoop fueron métodos investigados.

El ensayo de la dureza mide la resistencia de un material a ser penetrado por un punzón o cuchilla
bajo normas específicas, este penetrador es también denominado durómetro. El durómetro usualmente
consta de una bolita, pirámide o cono de un material mucho más duro que el que se va a ensayar. La
profundidad hasta la cual penetra este material nos entrega un valor, el que está tabulado,
obteniéndose así una medida de la dureza del acero. La Figura 1 ilustra el durómetro.

Fig. 1: Representación gráfica de un durómetro.

El uso del ensayo de dureza está ampliamente extendido en la industria al ser un ensayo no
destructivo y por su fácil realización, por lo tanto, la información obtenida de este ensayo puede ser
evaluada directamente. Además de entregar medidas de dureza del material, de una correlación con
otras propiedades mecánicas como es la resistencia mecánica.

2. Introducción

La dureza de los materiales se define como la resistencia de un material a ser rayado o penetrado por
otro, más adelante se cuenta como puede ser calculada. Los ensayos mecánicos han ayudado a la
identificación de las propiedades mecánicas y elásticas de diferentes materiales, las cuales
caracterizan al material para su uso adecuado en el área industrial en un futuro. Estos son de suma
importancia para efectuar un control de calidad y así poder evitar fracasos o colapsos de estructuras,
maquinarias o bien en piezas mecánicas a causa de una falla en estos.

Una de las pruebas que se realiza constantemente por su simplicidad, entrega de información útil y de
menor impacto ambiental es la prueba de la dureza que permite medir propiedades como la fuerza,
ductilidad y resistencia al desgaste para monitorear la selección, como control de calidad de metales y
el cumplimiento de su respectivo propósito.

2
Entre los diversos ensayos que hay para determinar la dureza de un material, se encuentran los
Rockwell, Brinell, Vickers y Knoop, pero para efectos prácticos nos centraremos en los primeros tres
mencionados.

3. Objetivos

3.1. Objetivos generales:

● Calcular la dureza de un determinado material por medio del uso correcto de las máquinas, el
equipo, las herramientas, las fórmulas y los métodos.

3.2. Objetivos específicos:

● Demostrar cómo se realiza la medición de dureza por el método de penetración estática

Rockwell B.
● Demostrar cómo se realiza la medición de dureza por el método de penetración estática
Brinell.
● Verificar equivalencia entre durezas Rockwell B (HRB), Brinell (HB) y Vickens (HV).

4. Procedimientos

4.1. Instrumentos y materiales

Se utilizarán los siguientes instrumentos y materiales:

● Verificador Universal de Dureza.

● Accesorio para la medición de dureza de Rockwell B.
● Accesorio para la medición de dureza Brinell.
● Microscopio portátil.
● Probetas de acero SAE 1010 y 1045, además de R/B.

4.2. Diferencias entre los tipos de ensayos

Cabe destacar, que la dureza se puede definir como la resistencia de un material a ser rayado o
penetrado por otros objetos en comparación con él. Se puede calcular a través de una tabla de dureza y
el método de ensayo seleccionado. Considerando que ya profundizamos el tema de los tipos ensayos
de Rockwell, Brinell y Vickers, podemos agregar, la diferencia entre los tipos de ensayo, como
resultado podremos entender de una manera más sencilla y breve cada método visto.

El ensayo de Rockwell, es uno de los métodos más usados, ya que, es el más sencillo de realizar, sin
embargo, no es muy eficaz, debido a la existencia de inexactitud, en otras palabras, si esta es muy
delgada o si las dos huellas están demasiado cerca.

El ensayo de Brinell, fue el primer ensayo de dureza de muesca o escotadura y ampliamente aceptado
en 1900. Hasta el día de hoy su ensayo es altamente utilizado, para este ensayo se utilizan muestras
delgadas y materiales blandos.

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El ensayo de Vickers, este método se distingue para materiales superiores a 500 HB, se utiliza para
micro y macro ensayos de dureza y alcanza un amplio rango de carga.

Cada uno de estos ensayos, tienen sus propios instrumentos para poder cumplir con la medición
exacta de los materiales. En el ensayo de Rockwell, se utiliza un durómetro de Rockwell, el cual
presenta diversas escalas, estas varían dependiendo a la combinación de penetradores y cargas
utilizadas. Además, este se utiliza para poder medir la dureza de cada material.

En el ensayo de Brinell, se utiliza el durómetro de Brinell, pero, en este método se utiliza un

indentador para poder aplicar una cierta carga en la superficie del objeto, y luego se utiliza una lupa
microscópica para medir la profundidad de la traza producida por el probador de dureza, con el fin de
verificar la dureza del material, a través de su fórmula.

En el ensayo de Vickers, se usa el durómetro de Vickers, este método se emplea con un penetrador
piramidal, cuyo objetivo es que los materiales resistan a la deformación plástica.

4.3. Ensayo de Dureza Método de Rockwell B.

El ensayo de dureza Rockwell B, es un método que determina la resistencia de un material al ser

penetrado, es decir, su dureza. Este método es uno de los más usados, ya que, es el más sencillo de
realizar. Este método presiona materiales metálicos por medio de un indentador en la superficie del
material con una carga predeterminada midiendo de esta manera hasta donde fue penetrado.

4.3.1. Procedimiento para hacer un ensayo de dureza de Rockwell B.

Para este experimento se utilizó un durómetro con un indentador de bolilla de acero. Previo al
experimento lijamos una probeta de acero por ambos lados para que estas caras se encuentren
completamente lisas.

Para comenzar situaremos nuestra pieza ya lijada en la base circular y procederemos a manipular el
disco hasta que la pieza anteriormente colocada haga contacto con el indentador, una vez haga
contacto procederemos a apretar con el disco hasta que se complete la precarga preseleccionada en el
durómetro.

De esta manera el durómetro aplicará una carga preestablecida. Luego la pantalla led nos enseñara que
registró un valor de 88.8 B. utilizando las columnas de Rockwell B y Resistencia a la tracción de la
tabla (Figura 2), además usando la interpolación de datos se obtiene el valor final (Ecuación 1):

(𝑦2−𝑦1)
(𝑌 − 𝑦1) = (𝑥2−𝑥1)
• (𝑋 − 𝑥1) (1)

Donde: x1=88 , x2=89 , y1=87 , y2=89 , X=88.8, despejando se extrae que Y =88600 psi , en
unidades de SI se tiene que la dureza del material es de 610,87 MPa. Finalmente, para quitar la carga,
se giró el volante de apriete en sentido antihorario hasta separar la muestra del indentador.

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 Figura 2: Tabla de durezas.

4.4. Ensayo de Dureza Método de Brinell

Este ensayo es reconocido por utilizar un penetrador esférico de acero templado de diferente diámetro,
este diámetro depende directamente del espesor del material al que se le aplique el ensayo. Se expresa
en HB, lo que es la medida entre la carga aplicada de la esfera y la superficie de la huella que se
produce.

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4.4.1. Procedimiento para hacer un ensayo de dureza de Brinell

La teoría que describe el ensayo de brinell es básicamente desempeñar un peso con el indentador
sobre el material el cual se le quiere medir su dureza en su superficie, el tipo de indentador que se usa
en este tipo de ensayo es una bola de acero endurecido, y el diámetro de esta tiene que ser de 10 mm,
en este tipo de ensayo los materiales en donde más se usa son en aceros nitrurados, aceros de fácil
mecanización, latones, aleaciones de aluminio, etc. La fórmula (Ecuación 2) por la que se rige el
ensayo de brinell es:

2𝐹
𝐻𝐵 = 2 2
(2)
π𝐷(𝐷− 𝐷 − 𝑑

Donde:
2
● HB: Dureza brinell en 𝑘𝑔/𝑚𝑚 .
● D: Diámetro de la bola (indentador) en mm.
● d: Diámetro de la huella en mm.
● F: Carga en kg.

En este caso, con la dureza de brinell se utiliza una esfera de 2.5 [mm] que presiona una probeta de
acero SAE 1010 o 1045, la cual debe tener caras paralelas y pulidas, en primer lugar, tenemos que
ajustar el durómetro a brinell donde se elige HB 187.5, es decir 187.5 [kp], luego se posiciona la
probeta sobre la base circular y se le da una pre-carga con el volante de apriete, para que así la probeta
quede en contacto con el indentador a fin de que se aplique la carga seleccionada, por consiguiente en
la pantalla del verificador no aparecerá ningún valor. Al estar hecho el orificio en la placa se tiene que
girar el volante en sentido antihorario para separarlo del indentador, posteriormente, se toma la placa
para poder medir el diámetro de huella con un microscopio el cual incorpora una regla, obteniendo un
diámetro de 1.100 mm que se evalúa en la fórmula anterior (Ecuación 2) para conseguir el número de
dureza de Brinell el cual es HB =187.

Finalmente con la tabla de dureza (Figura 1) utilizando las columnas de Brinell y resistencia a la
tracción, se tiene que la dureza del material es de 93000 psi, en SI es 641.21 MPa.

4.5. Ensayo de Dureza Modelo de Vickers

Se refiere a un ensayo de dureza que se especializa en materiales con valores de dureza superiores a
500 HB. En éste se usa un penetrador piramidal con base cuadrada, cuyas caras laterales forman un
ángulo de 180 grados.

4.5.1. Procedimiento para hacer un ensayo de dureza del método de Vickers

Primero que nada, la superficie del material en cuestión debe estar bien depurada y que posea 2 caras
paralelas entre sí. Los pasos son los siguientes:

1. Se debe ajustar el volante de transformación de fuerza dependiendo de lo que se esté

estudiando y colocar el material sobre la plataforma de trabajo.

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 2. Girar el volante manualmente en sentido horario para subir la base, con el fin de acercar el
material con el penetrador, hasta que marque en el visualizador a través de un sonido en forma
de alerta.
3. Esperar a que el durómetro haga la perforación correspondiente, para que luego se gire el
volante en sentido antihorario para sacar el material.
4. Medir el valor promedio de la diagonal impresa en el material y calcular su dureza con la
siguiente expresión (Ecuación 3).

𝑃
𝐻𝑉 = 1, 72 • 2 (3)
𝑑
Donde “P” es la fuerza aplicada y “d” es el valor de la diagonal.
5. Luego de retirar el acero de la máquina se observa una indentación diagonal d= 0.40 mm y p
de 62,5. Se evalúa la ecuación (3) y se obtiene un valor de HV=671.88.

Figura 3: Representación de indentación en ensayo Vickers.

4.6. Ensayo de Dureza Modelo de Knoop

El método de dureza Knoop se utiliza generalmente para materiales frágiles o láminas delgadas por
medio de una pequeña hendidura, muy parecido al ensayo Vickers, la geometría de su indentador es
de una pirámide extendida en donde la diagonal larga es siete veces mayor que la diagonal corta en
donde solo se mide la diagonal larga.

5. Resultado

Mediante la realización de diferentes ensayos de durezas se logró obtener los siguientes resultados
para los materiales suministrados:

En el caso del método de Rockwell B las durezas se calcularán de la siguiente forma (Ecuación 4):

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠
𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 = (∑ 𝑛° 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠
) (4)

Las durezas obtenidas de cada acero son (Tabla 1):

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 Tabla 1: Durezas obtenidas de cada acero

N° medición Acero 1045 Acero R/B Acero 1020

1 88.2 99.7 75.8

2 92,6 101,4 75,0

3 92,9 101,3 74,8

4 92,8 102,8 76,0

5 93,1 102,0 77,5

Entonces obtendremos que para el Acero 1045 la dureza obtenida será de 91,92 HRB, para el caso del
acero R/B obtendremos 101,44 HRB y por último el Acero 1020 se obtiene 75,82 HRB.

Y para el método de Brinell se calculará con su fórmula (Ecuación 2).

En el siguiente caso tenemos una fuerza aplicada (P) de 187,5 kg y con un diámetro de la esfera (D)
de 2.5 mm para los siguientes materiales, Acero 1045, Acero R/B y Acero 1020 para los cuales
tenemos sus diámetros de huella de 1,05; 1,0 y 1,2 respectivamente. Calculamos sus durezas con la
fórmula anterior obteniendo:

Tabla 2: Durezas calculadas mediante método de Brinell.

Acero 1045 206,52 HB

Acero R/B 228,76 HB

Acero 1020 155,61 HB

6. Discusión

Se obtuvo una dureza de 206,52 HB y 91,92 HRB para el acero 1045, y en el catálogo se establece
que este acero tiene una dureza de 207 HB y un máximo de 58 HRC, por lo que aproximando nuestros
resultados y analizando la tabla de comparación entre las escalas, se puede concluir que 106,52 HB es
equivalente a 91,92 HRB, por lo que está dentro del rango permitido.

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Para el acero R/B tenemos los resultados de 228,76 HB y 101,44 HRB, comparando el resultado de
Brinell con el del catálogo, nos pudimos dar cuenta que existen una diferencia, ya que en el catálogo
se encuentra en un rango de 285-335 HB en estado normal. Mientras que la dureza de Rockwell en el
catálogo dice que es de 28-36 HRC, por lo que convirtiendo esto en la tabla de conversión, nos da un
rango equivalente de 104-109 HRB. Está dentro del rango permitido.

Para el caso del acero 1020 obtuvimos los resultados de 155,61 HB y 75,82 HRB, comparamos
nuestros resultados con el del catálogo de aceros FERRUM y en este se especifica que la dureza del
acero se encuentra en el rango de 125-170 HB, nuestro resultado está dentro del rango de la dureza de
Brinell calculada anteriormente y en el caso de la dureza de Rockwell, nuestro resultado se debe
encontrar en el rango de 72-97 HRB donde nos podemos dar cuenta que si se encuentra, ya que
nuestro resultado es 75,82 HRB.

La tasa de error no es muy elevada debido a que las mediciones no fueron tomadas de manera directa,
por lo tanto, se podría asegurar que los resultados son de fiar.

Analizando el método de Brinell, al comparar el resultado del experimento y el HB de la tabla de

dureza presentan un error porcentual bajo de aproximadamente un 0,122%, esto quiere decir que el
valor que resulta del experimento está acertado.

En el ensayo de Vickers se obtiene una dureza alta de HV= 671.8, lo cual es de esperarse debido a que
este ensayo se utiliza para dureza mayor a 500.

7. Conclusiones

Si un material (acero en este caso) tiene mayor concentración porcentual mayor será su dureza, por
esta razón si se quiere elegir un material se debe conocer las implicaciones de composición química
de éste y sus propiedades mecánicas tales como: límite de fluencia, deformación a la rotura,
ductilidad, entre otras.

El límite de fluencia es donde termina la zona elástica de un material, esto significa que cuando supere
el límite de fluencia, el material se deforma permanentemente y se produce la rotura del material.

También se puede deducir que mientras mayor sea la deformación causada por el indentador en la
pieza de trabajo, más débil será el material.

Al evaluar los métodos encontramos ciertas ventajas y desventajas. Un ejemplo de esto es la

funcionalidad mayor del ensayo de Brinell con materiales de dureza menor a 1600 Mpa
aproximadamente, en comparación con el método de Vickers que funciona con durezas mayores a
1600 Mpa debido a su cabezal de penetración que tiene una punta de diamante y esta posee la
capacidad de rayar o dañar una mayor gama de materiales. Por otro lado, el ensayo con el método de
Rockwell resulta más apropiado para obtener la dureza de una mayor cantidad de materiales, ya que
las mediciones se realizan de una forma directa, sin uso de cálculos matemáticos, por ende la
obtención de resultados es más rápida, pero su desventaja es la menor exactitud en comparación con
el método Brinell y el de Vickers. Por lo tanto, se deben conocer todas las variables y necesidades de
estudio para poder determinar cuál ensayo es más apropiado.

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8. Referencias bibliográficas

● Callister Jr,William D.(2016). Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los materiales, 2da

Edición.

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