Para establecer la carga que algunos materiales son capaces de resistir, se pueden utilizar varias escalas de medición. Con el avance de la ciencia se han creado herramientas que ofrecen cifras cada vez más exactas, como el método de dureza Brinell, el cual requiere la penetración de la pieza con una bola o esfera de acero, durante un tiempo determinado.
El uso actual de la escala de dureza Brinell resultó de las investigaciones realizadas por Johan August Brinell, un ingeniero sueco que vio materializada su idea en el año 1900. Hasta la fecha, es el mecanismo con mayor antigüedad. Por lo general, los ensayos se realizan en elementos blandos y delgados, aunque también en los irregulares.
Brinell requería hallar un método que indicara la calidad del acero. Para ello usó un cojinete de bolas de vías férreas, para golpear el material y así valorar la marca resultante. En aquellos tiempos, empleó un cojinete de bolas de 10 mm, que le dio resultados. De allí que hoy en día el hierro, cobre, latón, bronce, estaño y plomo, son algunos de los materiales más estudiados.
dureza Brinell en la práctica
Para medir a través de la escala de dureza Brinell, se requiere emplear una esfera de acero, de distintos tamaños. El conjunto de la máquina recibe el nombre de penetrador o indentador, cuya redondez debe ser de acero templado, con diámetros que converjan entre los 10 y 12 milímetros, y con la suficiente fuerza como para generar un casquete globular en la superficie.
Vale aclarar que dicha resistencia es establecida como la tensión normal, media y condicional, cuyo cálculo se determinará dividiendo la magnitud de la carga, multiplicada por el área de la huella que deja la esfera. Todo se resume a saber cuánto mide tal marca.
Ventajas de la dureza Brinell
Lo común es que durante un ensayo de dureza de brinell se apliquen unos 3.000 kilopondios de fuerza perpendicular. Se debe tomar en cuenta que las medidas de la escala son susceptibles a la preparación que sufra la superficie. Sin embargo, este mecanismo tiene la particularidad de resultar mucho más económico que otros similares.
Como ventaja adicional, no importará el tamaño de la marca dejada sobre el material cuando es heterogéneo, es decir, resultante de algún proceso de fundición, por ejemplo. De hecho, es la elección más frecuente para analizar estos elementos. Lo ideal es contar con una muestra no mayor al tamaño de un grano grande, y prestar atención a la dureza máxima, que no debe superar los 650 HBW para no dañar la máquina.
El tiempo de uso representa un punto a favor, pues el investigador invertirá apenas 15 segundos para materiales no ferrosos (que no contienen metal), y hasta 30 segundos para aquellos metales que resulten más delicados. En promedio, se invierten entre 10 y 15 segundos para medir la dureza brinell. No obstante, algunos procesos pueden llegar a los tres minutos.
Maquinaria apropiada
Existen diversos tipos de equipos ideales para realizar el ensayo de dureza de brinell adecuadamente, y comúnmente se les denomina “durómetros”. Se clasifican según el método de la aplicación de la carga, la cual puede ser: presión de aceite, pesas con palanca o tornillo propulsado por engranajes.
De igual forma, se pueden separar según el método para operar, ya sea con fuerza manual o motriz. También, a través de la medición de la carga, que incluye calibrador bourdon, pesas con palanca, pistón con pesas y dinamómetros, que pueden variar sus dimensiones. Otras formas de practicar el ensayo de dureza Brinell, contemplan manejar un equipo universal, al cual se le colocará un adaptador, que sujete correctamente la bola.
Restricciones de la dureza Brinell
Escoger el ensayo de dureza brinell, aunque represente un menor coste monetario y de tiempo, supone algunas limitaciones:
- Descarte su uso cuando la dureza sea superior a los 500 HB, especialmente si la esfera del indentador no es de carburo de volframio.
- Evite aplicar la medición a materiales de formas cilíndricas o redondas.
- Cuando se desee cambiar la carga a aplicar, es importante sustituir el penetrador.
- El ensayo de dureza brinell sólo es adecuado si el material a evaluar es de grueso espesor. Esto permitirá obtener marcas mucho más nítidas y de contornos definidos. Por el contrario, si el investigador elige materiales demasiado delgados, corre el riesgo de que estos se deformen, haciendo que las marcas de poca profundidad arrojen resultados inexactos. Esta premisa sugiere disminuir la carga y el diámetro de la esfera con los que se ejecutará la operación, con el fin de lograr huellas menos profundas.
- Cuando los materiales sometidos a esta prueba son más fuertes, se recomienda al evaluador emplear bolas hechas de carburo de tungsteno.
- Al realizar el estudio, el investigador debe tener especial cuidado al iniciar la aplicación de carga, ya que ésta debe aumentar progresivamente hasta alcanzar el nivel apropiado y mantenerlo constante. Bajo ninguna circunstancia el material a evaluar será expuesto al peso sin revisión previa.
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