1. Información general
Dureza: la capacidad de resistir la deformación por indentación local o fractura por rayado.
Dos tipos de tablas de secuencia de dureza de Mohs
| Orden | Material | Orden | Material |
| 1 | talco para bebés | 1 | talco para bebés |
| dos | gusto | dos | gusto |
| 3 | calcita | 3 | calcita |
| 4 | fluorita | 4 | fluorita |
| 5 | apatito | 5 | apatito |
| 6 | ortoclasa | 6 | ortoclasa |
| 7 | cuarzo | 7 | vidrio SiO2 |
| 8 | topacio | 8 | cuarzo |
| 9 | Corundo | 9 | topacio |
| 10 | Adamas | 10 | granada |
| – | 11 | Circonita fundida | |
| – | 12 | Corundo | |
| – | 13 | carburo de silicio | |
| – | 14 | Cobertizo de carbonización | |
| – | 15 | Diamante | |
2. Dureza Brinell
(1) Principio
Para determinar la dureza Brinell de un material metálico, aplique una cierta carga F con un penetrador esférico de diámetro D a su superficie y manténgala durante un período específico. Este proceso dará como resultado la formación de una indentación esférica, y el valor de la carga por unidad de área de la indentación se considera como la dureza Brinell del material metálico.
Medir el diámetro de la hendidura.
Material del penetrador:
- Bola de aleación dura (HBW) HB=450~650
- Bola de acero endurecido (HBS) HB<450
(2) Método de representación
Por ejemplo: 280HBS10/3000/30
1 kg = 9,81 N
- 280 – Valor de dureza
- HBS – Símbolo de dureza
- 10 – Diámetro de la bola de acero mm
- 3000 – Tamaño de carga kgf
- 30 – Tiempo de retención de carga s
Condiciones generales: bola de acero de 10 mm de diámetro; Carga de 3000kg; Tiempo de retención de presión de 10 s, es decir, HB280
(3) Pasos de prueba
(4) Selección de F y D (principio de similitud de sangría geométrica)
Al medir la dureza Brinell con indentadores de diferentes diámetros y cargas de diferentes tamaños, se debe cumplir el principio de similitud geométrica para obtener el mismo valor HB, es decir, el ángulo de aperturaφ de la indentación es igual.
Método: Se debe medir el mismo HB para muestras con el mismo material pero diferentes espesores, o materiales con diferente dureza y suavidad.
Al seleccionar D y F, F/D 2 será el mismo.
Principio de similitud de sangría geométrica: 
Se puede ver que mientras F/D permanezca constante, HB depende sólo del ángulo de presión φ.
Relación F/D 2 : 30,15,10,5,2,5,1,25,1
Según las normas de ingeniería, la relación F/D 2 es 30, 10 y 2,5, que se seleccionan según la dureza del material y el espesor de la muestra.
Consulte varios estándares y especificaciones de prueba para obtener más detalles.
Fig. 1-21 Aplicación del principio de similitud
Tabla de selección de pruebas de dureza Brinell P/D 2
| tipo de material | Número de dureza Brinell/HB | Grosor de la muestra/mm | Relación entre la carga P y el diámetro del penetrador D | Diámetro del penetrador D/nm | Carga P/kgf | Tiempo/s de retención de carga |
| metales ferrosos | 140~450 | 6~3 4-2 <2 |
P= 30D2 | 1052,5 | 3.000 750 187,5 |
10 |
| <140 | >6 6~3 <3 |
P= 10D2 | 1052,5 | 1000 250 62,5 |
10 | |
| Metales no ferrosos | >130 | 6~3 4-2 <2 |
P= 30D2 | 1052,5 | 3.000 750 187,5 |
30 |
| 36~130 | 9~3 6~2 <3 |
P= 10D2 | 1052,5 | 1000 250 62,5 |
30 | |
| 8-35 | >6 6~3 <3 |
P= 2,5D2 | 1052,5 | 250 62,5 15.6 |
60 |
La experiencia demuestra que HB es estable y comparable cuando 0,25D
(5) Tiempo de retención de carga:
Si influye en la prueba, ésta debe realizarse respetando estrictamente la normativa, generalmente 10s y 30s.
(6) Características y aplicación de la dureza Brinell
Este método es adecuado para materiales gruesos o heterogéneos debido a su gran área de indentación y su alta precisión de medición. Sin embargo, debido al gran tamaño de la muesca, la inspección de los productos terminados puede resultar un desafío.
Se utiliza principalmente para inspeccionar materias primas y el material penetrador se limita a materiales más blandos (HB450~650). Además, la eficiencia de la medición de indentaciones es relativamente baja.
3. Dureza Rockwell
La profundidad de sangría se puede utilizar para reflejar la dureza de los materiales.
Para adaptarse a diferentes materiales blandos y duros, muchos tipos de durómetros utilizan diferentes penetradores y cargas.
Una clase común es C, HRC, que utiliza una carga total de 150 kgf y un penetrador de diamante cónico de 120° que se carga dos veces.
En primer lugar, se aplica una carga inicial de P1=10 kgf para asegurar un contacto adecuado entre el penetrador y la superficie del material. Luego, se agrega la carga principal de P2=140kgf.
Después de retirar P2, se mide la profundidad de la indentación y se utiliza para determinar la dureza del material.
Fig. 3-17 Diagrama esquemático del principio y proceso de prueba de la prueba de dureza Rockwell
(a) Agregar precarga (b) Agregar carga principal (c) Descargar carga principal
| Símbolo de dureza | cabeza usada | Fuerza de prueba total N | Ámbito de aplicación | rango aplicado |
| HORA | cono de diamante | 588,4 | 20-88 | Carburo, aleación dura, acero para herramientas endurecido, acero de endurecimiento superficial |
| HRB | Bola de acero de φ 1.588 mm. | 980,7 | 20-100 | Acero dulce, aleación de cobre, aleación de aluminio, hierro fundido maleable |
| CDH | cono de diamante | 1471 | 20-70 | Acero templado, acero templado y revenido, acero templado profundo |
Penetrador: cono de diamante 120 o bola de acero endurecido
Definición de dureza Rockwell:
La profundidad de indentación residual de 0,002 mm es una unidad de dureza Rockwell.
K – constante, 130 para penetrador de bola de acero y 100 para penetrador de diamante
Tabla 3-6 Especificación y aplicación de la prueba de dureza Rockwell
| Gobernante | Tipo de penetrador | Fuerza de prueba inicial/N | Fuerza de prueba principal/N | Fuerza de prueba total/N | k constante | Rango de dureza | ejemplos de aplicación |
| A | Dimensión circular del diamante | 100 | 500 | 600 | 100 | 60~85 | Piezas finas de alta dureza y carburo. |
| B | Bola de acero de φ1.588mm | 900 | 1000 | 130 | 25~100 | Metales no ferrosos, fundición maleable y otros materiales. | |
| W. | Dimensión circular del diamante | 1400 | 1500 | 100 | 20~67 | Acero estructural y acero para herramientas tratado térmicamente. | |
| D | cono de diamante | 900 | 1000 | 100 | 40-77 | Acero endurecido superficialmente | |
| Y | Bola de acero de φ3.175mm | 900 | 1000 | 130 | 70~100 | El plastico | |
| F | bola de acero de φ1.588mmm | 500 | 600 | 130 | 40~100 | Metales no ferrosos | |
| GRAMO | Bola de acero de φ1.588mm | 1400 | 1500 | 130 | 31~94 | Acero perlítico, cobre, níquel, aleación de zinc. | |
| h | Bola de acero de φ3.175mm | 500 | 600 | 130 | – | Aleación de cobre recocido | |
| k | Bola de acero de φ3.175mm | 1400 | 1500 | 130 | 40~100 | Metales y plásticos no ferrososMetales blandos y materiales no metálicos blandosPiezas delgadas de alta dureza y carburos cementadosMetales no ferrosos, fundición maleable y otros materiales | |
| I | Bola de acero de φ6.350mm | 500 | 600 | 130 | – | ||
| METRO | Bola de acero de φ6.350mm | 900 | 1000 | 130 | – | ||
| PAG | Bola de acero de φ6.350mm | 1400 | 1500 | 130 | – | ||
| R | Bola de acero de φ12,70 mm. | 500 | 600 | 130 | – | Acero estructural y acero para herramientas tratado térmicamente. | |
| s | Bola de acero de φ12,70 mm. | 900 | 1000 | 130 | – | ||
| V | Bola de acero de φ12,70 mm. | 1400 | 1500 | 130 | – |
Características y aplicación de la dureza Rockwell.
(1) Este método permite la lectura directa del valor de dureza y es muy eficiente, lo que lo hace adecuado para la inspección de lotes.
(2) La muesca es pequeña y generalmente se considera "no destructiva", lo que la hace adecuada para la inspección de productos terminados.
(3) Sin embargo, el tamaño pequeño de la muesca puede resultar en una baja representatividad y, por lo tanto, no es adecuado para materiales gruesos o no uniformes.
(4) La prueba de dureza Rockwell se divide en varias escalas, cada una con una amplia gama de aplicaciones.
(5) Es importante señalar que los valores de dureza Rockwell obtenidos a diferentes escalas no son comparables.
4. Dureza Vickers
1. Principio
Presione una pirámide de diamante sobre la superficie del metal con una cierta carga F para formar una hendidura piramidal.
El valor de la carga en el área de indentación unitaria es la dureza Vickers del material metálico.
Cuando la unidad de fuerza de prueba F es kgf:
Cuando la unidad de fuerza de prueba F es N:
Material del penetrador: pirámide de diamante con ángulo incluido de 136°
2. Método de representación
Por ejemplo: 270HV30/20, si el tiempo de permanencia es de 10 a 15 s, se puede registrar como 270HV
- 270 – Valor de dureza
- 30 – Tamaño de carga kgf
- 20 – Tiempo de retención de carga s
3. Microdureza
Dureza Vickers con carga muy pequeña, la carga es de 5-200 gf.
Indicado por Hm, se puede utilizar para probar la dureza de un solo grano o de fase.
| Prueba de dureza Vickers | Prueba de carga baja Vickers | Prueba de dureza Micro Vickers | |||
| Símbolo de dureza | Fuerza de prueba/N | Símbolo de dureza | Fuerza de prueba/N | Símbolo de dureza | Fuerza de prueba/N |
| HV5 | 49.03 | HVO.2 | 1961 | HVO.01 | 0.09807 |
| HV10 | 98.07 | HVO.3 | 2,942 | HVO.015 | 0.1471 |
| HV20 | 196.1 | HVO.5 | 4,903 | HVO.02 | 0,1961 |
| HV30 | 294.2 | HV1 | 9.807 | HVO.025 | 0,2452 |
| HV50 | 490.3 | HV2 | 19.61 | HVO.05 | 0.4903 |
| HV100 | 980,7 | HV3 | 29,42 | HVO.1 | 0.9807 |
| Nota: 1. La prueba de dureza Vickers puede utilizar una fuerza de prueba superior a 980,7 N;2. Se recomienda la microprueba de resistencia Vickers. | |||||
Características y aplicación de la dureza Vickers.
(1) La forma geométrica del retroceso es siempre similar, aunque se puede variar la carga.
(2) El contorno de la muesca del cono de la esquina es distinto, lo que da como resultado una alta precisión de medición.
(3) El penetrador de diamante tiene una amplia gama de aplicaciones y puede proporcionar escalas de dureza consistentes para diversos materiales.
(4) La eficiencia de la medición de indentaciones es baja, lo que la hace inadecuada para la inspección de lotes in situ.
(5) La muesca es pequeña y no es adecuada para materiales gruesos o heterogéneos.
Sin embargo, se pueden utilizar muestras metalográficas para medir la dureza o la distribución de dureza de varias fases.
5. Mejora de la relación dureza-resistencia y del método de prueba.
(1) Características de la prueba de dureza
① El estado de voltaje es muy suave (α>2), ampliamente aplicable;
Dureza de algunos materiales.
| Material | Enfermedad | Dureza/(kgf/ mm² ） | |
| Materiales metálicos | 99,5% aluminio | anillado | 20 |
| laminación en frío | 40 | ||
| Aleación de aluminio (A-Zn Mg Cu)Acero dulce (tc = 0,2%) | anillado | 60 | |
| Endurecimiento por precipitación | 170 | ||
| Aleación de aluminio y acero para rodamientos (A-Zn Mg Cu) | normalizando | 120 | |
| laminación en frío | 200 | ||
| Acero dulce (tc=0,2%) | normalizando | 200 | |
| Enfriamiento (830 ℃) | 900 | ||
| Enfriamiento (150 ℃) | 750 | ||
| materiales cerámicos | Baño | aglutinación | 1500 ~ 2400 |
| Cermet (Co=6%, subsidio WC) | 20ºC | 1500 | |
| 750°C | 1000 | ||
| Al 2 o 3 | ~1500 | ||
| B 4 C | 2500~3700 | ||
| Material | Enfermedad | Dureza/(kgf/ mm² ） |
| BN (metro cúbico) | 7500 | |
| Diamante | 6.000-10.000 | |
| Vaso | ||
| Sílice | 700-750 | |
| Vaso de refresco de limón | 540~580 | |
| vidrio óptico | 550-600 | |
| Polímero | ||
| Polietileno de alta presión | 40-70 | |
| Plástico fenólico (relleno) | 30 | |
| poliestireno | 17 | |
| vidrio organico | dieciséis | |
| cloruro de polivinilo | 14~17 | |
| abdomen | 8-10 | |
| policarbonato | 9-10 | |
| Polioximetileno | 10~11 | |
| Óxido de politetraetileno | 10~13 | |
| polisulfona | 10~13 |
Enlace covalente ≥ enlace iónico> enlace metálico> enlace de hidrógeno> enlace de Van
② El método es simple, no destructivo y adecuado para inspección de campo;
③ El significado físico no está claro y es difícil proyectarlo cuantitativamente.
(2) Relación entre dureza y resistencia
σb≈KH
Acero: K = 0,33 ~ 0,36
Aleación de cobre, acero inoxidable, etc.: K = 0,4 ~ 0,55
Relación entre dureza y resistencia de los metales recocidos.
| Nombre del metal y aleación. | media pensión | σb/MPa | k（σb/HB） | σ-1/MPa | σ（σ-1/HB） | |
| Metales no ferrososMetales ferrososMetales no ferrosos | Cobre | 47 | 220h30 | 4.68 | 68,40 | 1,45 |
| aleación de aluminio | 138 | 455.70 | 3:30 pm. | 162,68 | 1.18 | |
| Duraluminio | 116 | 454.23 | 3.91 | 144,45 | 1.24 | |
| metales ferrosos | hierro puro industrial | 87 | 300.76 | 3.45 | 159,54 | 1,83 |
| 20 acero | 141 | 478.53 | 3.39 | 212,66 | 1,50 | |
| 45 acero | 182 | 637,98 | 3.50 | 278.02 | 1,52 | |
| 18 acero | 211 | 753.42 | 3.57 | 264.30 | 1.25 | |
| acero T12 | 224 | 792,91 | 3.53 | 338,78 | 1.51 | |
| 1Cr18Ni9 | 175 | 902.28 | 5.15 | 364,56 | 2.08 | |
| 2Ch13 | 194 | 660.81 | 3:40 am | 318,99 | 1,64 | |
Nota: ¡Unidad de dureza!
(3) Prueba de nanoindentación
Durante el proceso de carga, primero se produce una deformación elástica en la superficie de la muestra. A medida que aumenta la carga, la deformación plástica aparece gradualmente y también aumenta.
El proceso de descarga consiste principalmente en la recuperación de la deformación elástica, mientras que la deformación plástica provoca la formación de una hendidura en la superficie de la muestra.
Curva de desplazamiento de carga de nanoindentación
Principio de prueba de nanoindentación
- H – Nanodureza;
- S – Rigidez de contacto;
- A – Área de contacto;
- β – Constantes relacionadas con la geometría del penetrador;
- Er – módulo equivalente
Existen diferencias importantes entre la nanodureza y la dureza tradicional:
En primer lugar, las dos definiciones son diferentes.
Nanodureza: la fuerza instantánea soportada por una unidad de área en la proyección del área de superficie de la indentación de la base durante el proceso de indentación de la muestra, que es una medida de la capacidad de la muestra para soportar la carga de contacto;
La dureza Vickers se define como la fuerza promedio por unidad de área sobre la superficie de la indentación retenida después de la descarga del penetrador, que refleja la capacidad de la muestra para resistir la deformación residual lineal.
En el proceso de medición de la dureza, si la deformación plástica domina el proceso, los resultados de las dos definiciones serán similares. Sin embargo, si el proceso está dominado por la deformación elástica, los resultados serán diferentes.
En contacto puramente elástico, el área de contacto residual es muy pequeña. Por lo tanto, la definición tradicional de dureza producirá un valor infinito, haciendo imposible obtener el verdadero valor de dureza de la muestra.
Además, los rangos de medición de los dos métodos son diferentes. La medición de dureza tradicional solo es aplicable a muestras de gran tamaño, no solo debido a las limitaciones del instrumento de medición, sino también porque la indentación residual no puede reflejar con precisión la verdadera dureza de la muestra en las escalas micro y nano.
Se utilizan nuevas técnicas de medición y métodos de cálculo para la medición de la nanodureza, que pueden reflejar con mayor precisión las características de dureza de la muestra en las escalas micro y nano.
La principal diferencia entre los dos métodos es el cálculo del área de retroceso. La medición de la nanodureza implica medir la profundidad de la hendidura y luego calcular el área de contacto utilizando una fórmula empírica, mientras que la medición de dureza tradicional implica obtener el área de superficie de la hendidura a partir de fotografías tomadas después de la descarga.
(4) Método de prueba de nanoindentación
Los componentes básicos de un probador de nanodureza se pueden dividir en varias partes, incluido el sistema de control, el sistema de bobina móvil, el sistema de carga y el penetrador.
Se utilizan comúnmente penetradores de diamante, que suelen ser conos triangulares o dimensiones de cuatro filos.
Durante la prueba, los parámetros iniciales se ingresan primero y el microordenador automatiza completamente el proceso de detección posterior.
La manipulación del sistema de carga y la acción del penetrador se pueden lograr cambiando la corriente en el sistema de bobina móvil.
La medición y el control de la carga de la prensa penetradora se realizan mediante el extensómetro, que también proporciona retroalimentación al sistema de bobina móvil para el control de circuito cerrado, lo que permite completar la prueba de acuerdo con la configuración de los parámetros de entrada.
