Ensayos de dureza Vickers

Pruebas de dureza Vickers

Figura 23.6. Esquema del indentador Vickers y la forma de una impresión.
Figura 23.6. Esquema del indentador Vickers y la forma de una impresión.
Los métodos de prueba de dureza Vickers y Knoop se definen en las siguientes normas: ISO 6507 y ASTM E384. Se recomienda entregar a los operarios una copia actual de las normas relevantes, ya que estas se actualizan periódicamente. En la prueba de dureza Vickers, se aplica una carga suavemente, sin impacto, para empujar el indentador de diamante en la pieza de prueba, como se ilustra en la figura 23.6. El diamante Vickers produce una forma piramidal con base cuadrada con una profundidad de indentación de alrededor de 1/7 respecto de la longitud de la diagonal. Se sostiene el indentador en su lugar por 10 o 15 segundos y, posteriormente, se lo descarga por completo. Es necesario controlar la calidad física del indentador y la precisión de la carga aplicada (que se definen en E384) para obtener los resultados correctos. Se miden las dos diagonales de impresión, generalmente a la distancia de 0,1 μm más cercana, y se promedian los valores. La dureza Vickers (HV) se calcula mediante:
Desde la década de 1960, el símbolo estándar para la dureza Vickers, según ASTM E2 y E384, es HV. Se debe usar este en lugar de los símbolos obsoletos DPN o VPN. La aplicación rigurosa del sistema SI produce unidades de dureza expresadas no en los valores estándares y comprensibles de kgf/mm2, sino en unidades GPa que no tienen sentido para la mayoría de los ingenieros y técnicos. ASTM recomienda aplicar un enfoque métrico “suave”.
Figura 23.7. Ejemplo de indentación Vickers bien formada (400X).
Figura 23.7. Ejemplo de indentación Vickers bien formada (400X).
Figura 23.8. Ejemplo de indentación Vickers distorsionada (400X).
Figura 23.8. Ejemplo de indentación Vickers distorsionada (400X).
En la prueba de dureza Vickers, se supone que no se produce una recuperación elástica cuando se elimina la carga. No obstante, la recuperación elástica se produce y, a veces, su influencia es bastante pronunciada. En general, la impresión (figura 23.7) parece ser cuadrada y las dos diagonales parecen ser de longitudes similares. Al igual que en la prueba Brinell, el valor de dureza Vickers se calcula en función del área de superficie de la indentación en lugar del área proyectada. Si la forma de la impresión se distorsiona debido a la recuperación elástica (algo muy común en los materiales anisotrópicos), figura 23.8, ¿la dureza debe basarse en el promedio de las dos diagonales? Es posible calcular la dureza Vickers en función del área proyectada de la impresión, la cual se puede medir mediante un análisis de imagen. Si bien los estudios minuciosos de este problema son escasos en la bibliografía, la medición de diagonales es el enfoque preferido actualmente, incluso para las indentaciones distorsionadas.
La prueba de dureza Vickers presenta dos rangos de fuerza distintos, “Microindentación Vickers” (10-1000 g) y “Macroindentación Vickers” (1-100 kg), para cubrir todos los requisitos de prueba. El indentador es el mismo para ambos rangos, por lo que los valores de dureza Vickers son continuos a lo largo de todo el rango de dureza de los metales (típicamente de HV100 a HV1000). Como la forma de la indentación Vickers es similar en términos geométricos a todas las cargas de prueba, el valor de HV es constante, dentro de la precisión estadística, sobre un amplio rango de cargas de prueba, siempre y cuando la muestra de prueba sea razonablemente homogénea.

Pruebas de dureza de microindentación

Las pruebas de dureza de microindentación, más comúnmente (pero incorrectamente) conocidas como pruebas de microdureza, se utilizan en gran medida para estudiar los cambios de escala finos en la dureza. Si bien los usuarios en general comprenden el término “microdureza”, esta palabra implica que la dureza es extremadamente baja, cuando no es así. La carga aplicada y el tamaño de indentación resultante son reducidos en relación con las pruebas masivas, pero producen el mismo valor de dureza. Por consiguiente, el comité E-4 para metalografía de ASTM recomienda usar el término “prueba de dureza de microindentación”, que lleva el acrónimo MHT por sus siglas en inglés. La única diferencia entre las pruebas Vickers estándar y las pruebas de microindentación es que las cargas son menores (<1 kg). Por lo tanto, las indentaciones que se realizan en el material son más pequeñas; esto significa que es posible acceder a áreas más localizadas del material.

Por ejemplo, los sistemas de tratamiento térmico han utilizado esta técnica por muchos años para evaluar el éxito de los tratamientos de endurecimiento de superficies o para detectar y evaluar la descarburación midiendo la dureza en intervalos finamente espaciados de la superficie de la muestra.

Los metalógrafos y los analistas de errores utilizan el método para muchos propósitos, incluidas la evaluación de homogeneidad y la caracterización de piezas soldadas, como ayuda en la identificación de fases o simplemente en el cálculo de dureza de las muestras que resultan demasiado pequeñas para las pruebas de indentación masiva tradicionales.

Para obtener más información sobre las pruebas de dureza Vickers y las pruebas de dureza metalográficas, consulte la guía SumMet de Buehler.