La medición precisa de la dureza es importante en la caracterización de los aceros templados. La dureza del acero es la resistencia que ofrece el material a la deformación plástica permanente, ya sea por penetración, rayado o impacto. Es una propiedad mecánica fundamental que depende de la composición química del acero y de su microestructura, la cual se modifica mediante tratamientos térmicos como el temple y el revenido.

En este análisis revimos la medición de dureza con durometría y cómo la microestructura influye en los resultados obtenidos.

Principios de la Durometría

La durometría mide la dureza según la profundidad o el diámetro de la huella dejada por un indentador bajo una carga determinada. Existen varios métodos según el tipo de indentador y carga aplicada:

• Durómetro Rockwell (HRC): Usa una punta de diamante cónica de 120º. Es un método rápido y adecuado para materiales duros.´Es el método que utilizamos para medir la dureza de los aceros templados de nuestras herramientas.

• Durómetro Vickers (HV): Emplea una pirámide de diamante de base cuadrada. Permite evaluar microestructuras complejas o recubrimientos delgados.

• Durómetro Brinell (HB): Aplica una bola de acero o carburo de tungsteno y mide el diámetro de la huella. Es útil para materiales heterogéneos.

Influencia de la Microestructura en la Dureza

La microestructura del acero depende de su composición química y tratamiento térmico. La presencia de martensita, perlita, ferrita o bainita influye directamente en la dureza. La martensita, formada por temple, es la fase más dura, mientras que la perlita y la ferrita presentan menor resistencia a la penetración.

Además, la presencia de carburos puede aumentar la dureza superficial, pero también generar heterogeneidades que afectan la medición. Elementos como cromo (Cr) y níquel (Ni) refinan la microestructura y mejoran la resistencia al desgaste. Los tratamientos como el revenido modifican la distribución de las fases, alterando la dureza final. Pero tampoco podemos olvidar la presencia de carburos de hierro o CEMENTITA que podemos mantener, si lo deseamos después del temple.

Procedimiento de Medición con Durómetro

Para obtener mediciones precisas, es fundamental seguir ciertas pautas:

1.- Preparación de la superficie: Debe estar limpia y plana. Oxidos o rugosidad pueden distorsionar la medición.

2.- Selección del indentador y carga: Depende del tipo de acero y su dureza estimada. Para materiales duros se usan puntas de diamante y cargas elevadas. Para los aceros templados usamos punta de diamante a 120º y una carga de 150 kg.

Medición:

  – La superficie de medida debe ser perpendicular al indentador de diamante.

  – Aplicar la precarga (10 kg) de forma manual, despacio, evitando golpear la punta de diamante sobre la muestra al bajar el indentador.

  – Aplicar la carga. Acompañando con un movimiento suave la palanca hasta que empiece a introducir la carga.

  – Se puede regular el tiempo de aplicación de la  la carga, no apliques una carga demasiado rápida.

Retirar la carga y toma la lectura de HRC directamente en el reloj del durómetro Rockwell en la escala C.

Toma varias medidas en varios puntos y haz un promedio, descartando las posibles medidas erróneas.

Factores que Afectan la Medición de Dureza

Varios factores pueden influir en los resultados obtenidos:

Medir la dureza del acero con precisión no es tan simple como presionar un indentador y leer un número. Hay múltiples variables en juego que pueden alterar los resultados, y si no se controlan, pueden llevar a mediciones inconsistentes o erróneas. Veamos los principales factores a considerar:

1. Microestructura: La Base del Comportamiento Mecánico

El acero no es un material uniforme a nivel microscópico. Su estructura interna está compuesta por diferentes fases, como martensita, ferrita, perlita, cementita o austenita retenida. Cada una de ellas responde de manera distinta a la penetración del indentador.

• Carburos: Carburos dispersos en la matriz del acero pueden endurecer ciertas zonas, generando variaciones en la medición.
• Tamaño de grano: Un grano más fino tiende a aumentar la dureza y mejorar la resistencia mecánica, mientras que un grano grueso puede hacer que el material sea menos homogéneo y afectar la reproducibilidad de los valores medidos.
• Fases secundarias: Si el acero no está completamente transformado tras el temple, la coexistencia de martensita con austenita retenida o bainita puede generar valores de dureza inesperados.

2. Propiedades Mecánicas: No Todo es Solo Dureza

La dureza mide la resistencia a la penetración, pero el acero también tiene otras propiedades mecánicas que influyen en cómo responde a la prueba.

• Tenacidad y elasticidad: Un acero con alta tenacidad puede presentar una ligera recuperación elástica tras la indentación, afectando la medición. Esto es particularmente relevante en aceros con temperaturas altas de revenido, donde la estructura no es tan frágil como en una martensita no tratada.
• Dureza superficial vs. dureza interna: Dependiendo del espesor de la pieza tras el tratamiento térmico o si ha tenido un proceso de cementación, se puede generar una capa superficial muy dura con un núcleo más blando.

3. Condiciones del Durómetro: No Todo es el Material

El equipo de medición debe estar en condiciones óptimas para proporcionar datos confiables.

• Calibración: Un durometro desajustado puede dar valores fuera del rango real, generando errores sistemáticos. La calibración periódica con bloques patrón es importante.
• Desgaste del indentador: Los indentadores de diamante o carburo de tungsteno pueden desgastarse con el tiempo, lo que altera la forma de la impresión y afecta la medición. Un indentador desgastado puede generar valores de dureza más bajos de los reales.
• Carga aplicada: Si la carga no es la correcta o no se aplica de manera uniforme, la profundidad de la huella puede variar y alterar los resultados.

4. Ambiente: Factores Externos que No Se Pueden Ignorar

Aunque no siempre se les da importancia, las condiciones ambientales pueden influir en la medición de dureza.

• Temperatura: Tanto el acero como el equipo pueden expandirse o contraerse con la temperatura, afectando las mediciones. La norma ASTM recomienda realizar las pruebas en un rango de temperatura controlado.

Medición de Dureza en la Historia

Antes del desarrollo de los durómetros modernos, los herreros evaluaban la dureza de forma empírica. Métodos como la prueba de la lima, “Si como o no come”, el rayado con una navaja o la respuesta del material al golpe con un martillo permitían estimar su dureza relativa. Aunque imprecisos, estos métodos empíricos reflejaban el conocimiento y experiencia del herrero en el manejo de los aceros templados.