Prácticas recomendadas para las pruebas de dureza Rockwell

Fundamentos de pruebas de dureza

La dureza, tal como se aplica a la mayoría de los materiales y, en particular, a los metales, es una prueba mecánica valiosa, reveladora y comúnmente empleada que ha estado en uso en diversas formas durante más de 250 años. Como propiedad material, su valor e importancia no pueden subestimarse; La información de un ensayo de dureza se puede usar para proporcionar información crítica sobre el rendimiento del material y la perspicacia a la durabilidad, resistencia, flexibilidad y capacidades de una variedad de tipos de componentes de materias primas a especímenes preparados y productos terminados. Las pruebas de dureza son ampliamente utilizadas en una multitud de industrias y desempeñan una importancia particular en la estructura, la industria aeroespacial, el automóvil, el control de calidad, el análisis de fallas y muchas otras formas de fabricación.

¿Qué es la prueba de dureza de la indentación?

La definición más básica y comúnmente usada es la resistencia de un material a la deformación plástica permanente. Se mide cargando un indentador de geometría y propiedades especificadas en el material durante un período de tiempo especificado y midiendo la profundidad de penetración o las dimensiones de la indentación o impresión resultante. La prueba de Rockwell es el método más comúnmente usado en virtud de los resultados rápidos generados y se usa típicamente en metales y aleaciones. Genera un valor basado en la profundidad de indentación o indentación no recuperada.

Importancia de las buenas prácticas

Paramount a resultados de dureza de Rockwell precisos y confiables es asegurando que los operadores y los métodos usados sigan la técnica apropiada de la prueba y la práctica. La naturaleza exacta y la exactitud de una prueba de Rockwell requieren seguir el protocolo de dureza estricta y la adherencia a los estándares. Con la unidad de medida para un punto Rockwell regular igual a sólo 0,002 mm (aproximadamente 0,00008 pulgadas), resulta obvio que tal medición exacta requiere un sistema y proceso de medición muy preciso. Si no se prepara y ejecuta correctamente una prueba de dureza Rockwell, puede resultar en datos de prueba o lecturas falsas, lo que podría contribuir a la producción y entrega de productos de calidad inferior. Esto podría tener efectos perjudiciales y catastróficos en el rendimiento y la integridad de los bienes en los que se utilizan.

Técnicas de prueba de Rockwell - Escala de prueba

  • Tipo de material
  • Espesor de la muestra
  • Área / ancho
  • Ubicación de la prueba
  • Homogeneidad del material
  • Limitaciones de escala

Tipo de material

Seguir una práctica sólida y cumplir con las normas aplicables es relativamente sencillo y contribuirá en gran medida a obtener resultados verdaderos y precisos. Lo más importante de cualquier proceso de prueba de Rockwell es la identificación de la escala de dureza adecuada que se utilizará en el componente a ensayar. Hay 30 escalas Rockwell diferentes con la mayoría de las aplicaciones cubiertas por las escalas Rockwell HRC y HRB para probar la mayoría de los aceros, latón y otros metales. Con el uso cada vez mayor de materiales distintos del acero común y latón, así como los requisitos para probar materiales finos y chapa de acero, un conocimiento básico de los factores que deben ser considerados en la elección de la escala correcta para asegurar una prueba exacta de Rockwell en necesario. La elección no es sólo entre el ensayo de dureza regular y el ensayo de dureza superficial, con tres cargas principales diferentes para cada uno, sino también entre el indentador de diamante y el acero de 1/16, 1/8, 1/4 y 1/2 pulg de diámetro Indentadores de bola. A menudo se establece una especificación de ingeniería en la fase de diseño del material y el operador puede basarse en requisitos de escala documentados. Si no existe especificación o existe duda sobre la idoneidad de una escala predeterminada, debe hacerse un análisis de los siguientes factores que controlan la selección de escala:

Espesor del material

En ausencia de una escala de dureza especificada, el tipo de material debe ser identificado y comparado con varias tablas que enumeran el tipo típico de escala que es aplicable a un material dado. Por lo general, esto se basa en datos históricos y en la información de ensayos empíricos. Como regla general, es aconsejable utilizar la carga más pesada que el material puede soportar, ya que el mayor sangrado proporcionará la mayor integridad y será mínimamente afectado por la condición de la superficie del material. Típicamente, los indenters de la escala del diamante se utilizan en los aceros endurecidos y otros materiales muy duros mientras que las escalas de la bola son más aplicables al latón, aleación de cobre, tipo de aluminio de materiales. Si bien el conocimiento de la composición del material es una herramienta necesaria en la selección de la escala, existen varios otros parámetros materiales extremadamente significativos que entran en juego para determinar la metanálisis y la técnica apropiadas a seguir.

Apoyo

De importancia primordial en la selección de la escala es el grosor del material. Dado que las 30 escalas de Rockwell se distinguen por la fuerza de prueba total, así como por el tipo de indentador, una carga o fuerza que es excesiva para el espesor del material será en última instancia influenciada por el yunque de soporte. La interrupción en el flujo de material tal como esto puede resultar en lecturas erróneas y mala interpretación significativa de la dureza real del material. ASTM proporciona los requisitos de espesor de escala tanto en forma tabular como gráfica. Se recomienda que se utilicen como guía de referencia para decidir la escala adecuada en función del grosor del material. Una regla general, aunque sólo aproximada, es que el material debe ser un mínimo de 10 veces la profundidad de la indentación cuando se usa un indentador de tipo diamante y al menos 15 veces la profundidad cuando se usa un indentador de tipo bola. Si es necesario, se puede calcular la profundidad real de cualquier indentación para confirmar que se cumple este requisito, pero esto generalmente no es necesario ya que las tablas y gráficos de referencia proporcionan información adecuada para tomar una decisión educada. Como regla final, ninguna deformación del material debe ser evidente en la superficie de soporte (parte inferior) del material.

Perpendicularidad

El soporte de muestras es también extremadamente crítico en las pruebas de Rockwell debido al hecho de que el método implica la medición de profundidad. Cualquier movimiento del espécimen se transfiere al indentador y al sistema de medición, resultando en un error que se introduce en el ensayo. Con la naturaleza exacta de la prueba (teniendo en cuenta que un punto de Rockwell en la escala regular es igual a 0,002 mm o 0,00008 de pulgada) un movimiento de sólo 0,001 de pulgada podría causar un error de más de 10 puntos de Rockwell. El yunque de soporte se debe seleccionar para que coincida con la geometría de la muestra y para proporcionar soporte completo y sin compromisos y es esencial que el yunque es lo suficientemente rígido para evitar cualquier deformación durante el uso. Hay ciertos criterios que deben cumplirse en todos los yunques; Una buena referencia es la ASTM E18 donde se pueden encontrar guías básicas incluyendo las recomendaciones de dureza del yunque. El hombro de soporte y la superficie en la que se asienta la muestra deben ser paralelos entre sí y el yunque debe presentar la probeta perpendicular al indentador. Tanto la superficie de apoyo como el hombro deben estar libres de muescas, arañazos y suciedad, y deben tener un diseño suficiente para soportar adecuadamente el material sometido a prueba. Los largueros deben ser revisados ​​regularmente, típicamente antes de cada uso, y si se encuentran demasiado comprometidos, deben ser reemplazados. Los indentadores dañados, picados o sucios pueden causar considerables problemas de desviación y repetibilidad en las lecturas de dureza. Existen una variedad de fijaciones estandarizadas, así como personalizadas, para acomodar las diversas geometrías de probetas que se prueban. Algunos de los yunques más comunes incluyen yunques planos o planos para soportar superficies planas, el yunque en forma de "V" para soportar trabajo cilíndrico y el yunque cilíndrico para piezas de mayor diámetro. Otro yunque comúnmente utilizado es el yunque del punto de pedestal que tiene un pequeño punto plano elevado y se utiliza al comprobar piezas pequeñas, delgadas o de forma irregular, así como materiales de prueba que no tienen un fondo realmente plano. Como es esencial que se haga contacto entre la pieza a ensayar y la parte del yunque inmediatamente debajo del indentador, el pequeño punto elevado reduce al mínimo el efecto que se podría realizar con las piezas de ensayo no planas reduciendo la superficie de contacto. Las piezas de prueba que no sean planas deben colocarse en el yunque con el lado curvado hacia abajo para asegurar que el contacto sólido se hace con el yunque en el punto de prueba. Para el soporte de productos de tipo hoja delgada se recomienda el yunque de diamante, este yunque consiste en una superficie de diamante ligeramente levantada, plana y pulida que soporta la pieza de prueba y previene el daño y la influencia que podría ocurrir con un yunque estándar. Este yunque sólo se utiliza con las escalas Rockwell de 15 T o 30 T. Nunca se recomienda el uso de un indentador de diamante con un yunque de diamante, ya que es posible romper el indentador y el yunque. El yunque de cuello de cisne se recomienda para probar superficies de diámetro exterior de tubería de pared delgada. Por lo general, se enrosca sobre el tornillo de guía del probador o soporte de soporte e incluye un mandril en la parte superior para soportar la pieza a probar, se coloca sobre este mandril para evitar el cumplimiento del material durante la prueba. Las piezas más grandes pueden ser soportadas usando tablas de prueba de diámetro grande o una tabla de estilo de ranura "T" que se puede usar para sujetar la pieza de prueba a la mesa. Debido al tamaño y peso de la mesa de ranuras "T", sólo pueden usarse con los probadores Rockwell® que accionan el indentador hasta la mesa estacionaria que está fijada a la base del probador en lugar de introducir la pieza en el diamante a través del plomo Actuación de tornillo. Otro accesorio útil es el accesorio Vari-Rest que se extiende horizontalmente para soportar piezas alargadas.

Espaciado de sangría

Es un requisito fundamental que la superficie a sangrar sea perpendicular a la dirección de desplazamiento del indentador y que la pieza de ensayo no se mueva o resbale durante el ciclo de ensayo. Un estudio mostró que el efecto en la escala de HRC indicó un ángulo de inclinación de un grado entre la superficie de la muestra y el eje del indentador podría dar como resultado un error del 5% en la dureza. El ángulo de inclinación nunca debe exceder los 2 grados para asegurar una prueba precisa. La perpendicularidad del indentador a la muestra está influenciada por muchos factores, incluyendo las superficies opuestas del material, el yunque de soporte y los componentes mecánicos en el probador. Además, el penetrador y el penetrador desempeñan un papel crucial en la perpendicularidad.

Factores de prueba y corrección cilíndricos

Durante la comprobación de la muestra o la verificación del bloque de cupones, el espaciado entre los recesos, así como del borde del material, debe mantenerse adecuadamente para evitar que los refuerzos adyacentes o el borde trabajado influyan en la siguiente prueba. El criterio aceptado es que la distancia desde el centro de cualquier indentación debe ser por lo menos tres veces el diámetro de la indentación. En cuanto a la distancia desde el borde del material, la distancia desde el centro de cualquier indentación al borde de la probeta será de Por lo menos dos veces y media el diámetro de la indentación. El propósito de estas distancias es asegurar que cualquier indentación realizada no esté influenciada por el endurecimiento del trabajo y el flujo de material alrededor de la indentación anterior. Además, el requisito de distancia de borde garantiza que el área de contacto de la indentación permita un soporte adecuado.

Acabado de la superficie

Cuando se realizan pruebas en superficies cilíndricas, los resultados suelen mostrar un valor de dureza menor que si el material fuera plano. Esta condición se debe a la curvatura de la pieza de ensayo y depende de la fuerza aplicada; La dureza del material; El tamaño y la forma de la indentación; Y el diámetro de la probeta. Si la prueba se va a utilizar únicamente con fines de control y todos los demás factores se mantienen iguales (diámetro de la muestra, escala e indentador), habrá información suficiente para que se comparen los datos comparativos y las pruebas posteriores. Sin embargo, en la mayoría de los casos, es mejor comparar la dureza del material redondeado con el valor de dureza de una pieza plana, haciendo necesarios los factores de corrección. En una pieza cilíndrica, la reducción en el soporte lateral dará como resultado que el penetrador penetre más en el material que se traduce en lecturas de dureza más bajas. Si el diámetro del material es mayor de 25 mm (1 pulgada), la superficie proporcionará una estructura superficial adecuada para las pruebas y no se requieren correcciones. Los materiales de menor diámetro necesitarán el factor de corrección añadido al resultado de la prueba. La mayoría de los probadores digitales Rockwell disponibles proporcionan los medios para cumplir con el diámetro cilíndrico y el factor de corrección se añadirá automáticamente al resultado. En los probadores manuales de calibración de cuadrícula se deben hacer referencia a las tablas de corrección ASTM para determinar el factor correcto para ajustar. Alternativamente, y en contraste con las superficies convexas, las superficies cóncavas proporcionarán un soporte de material más alto debido a la curvatura hacia el indentador y darán como resultado un material aparentemente más duro debido a la producción de un hueco más superficial. En este caso, se debe restar un factor de corrección. Cabe señalar que todas las correcciones producen resultados aproximados y no se debe esperar que cumplan con las especificaciones exactas. Además, es fundamental asegurar la alineación exacta del indentador al radio cuando se realiza una prueba cilíndrica.

Otros factores importantes a considerar

Como buena práctica, el material probado debe estar limpio, liso y uniforme. El grado de rugosidad de la superficie del espécimen que puede afectar los resultados de la dureza depende de la escala de Rockwell que se esté usando. Por lo general, las escalas regulares pueden tolerar una superficie acabada del suelo para obtener resultados precisos. Sin embargo, a medida que las fuerzas aplicadas se hacen más ligeras, los requisitos de la superficie se vuelven más influyentes y la necesidad de una superficie más lisa se vuelve más importante. Para la fuerza de prueba de dureza más baja, las escalas de 15 Kgf, se recomienda una superficie pulida o doblada. Se debe tener cuidado al terminar cualquier material antes de la prueba para evitar la posibilidad de causar una condición de trabajo endurecido al material.
    Muchos factores básicos pero importantes también deben ser considerados cuando se realizan pruebas de Rockwell.
  • La limpieza del material, los montantes de apoyo, los indentadores y cualquier superficie de contacto, así como el estado general de la máquina son elementos cruciales.
  • El entorno del instrumento también debe ser considerado. Tenga cuidado de evitar las zonas donde se produzca una vibración excesiva, evitando cualquier efecto en las lecturas de dureza y rendimiento del probador. Manteniendo un rango de temperatura constante donde se coloca el probador, ASTM recomienda probar a temperaturas ambiente entre 10-35 ° C (50-95 ° F). El funcionamiento del medidor en temperaturas extremas puede tener resultados adversos en los datos de la prueba.
  • También es importante la verificación diaria del rendimiento indirecto del instrumento de prueba; Las escalas que se utilizan deben ser verificadas utilizando bloques de prueba estandarizados o cupones. Si es posible, se recomienda que el sistema se verifique con cada cambio de escala y en cada inicio de turno. Se deben seleccionar bloques que estén en el rango aproximado del material que se está probando y que se usen solamente en el lado calibrado. Se deben hacer dos sangrías de "asiento" para fijar los yunques, bloquear y penetrar. Estos valores deben ser descartados antes del registro de los resultados. Cinco lecturas totales deben hacerse en el proceso de verificación; Los valores medidos deben estar dentro de la tolerancia indicada en el bloque y en el certificado de bloque. Si la verificación falla, la máquina debe ser removida del funcionamiento hasta que se realicen los ajustes o reparaciones apropiados. La inspección visual periódica del diamante y de los indentadores de bola por daños que podrían ocurrir durante la prueba debe ser llevada a cabo y comprometida debe ser reemplazada.
  • Por último, el mantenimiento y la verificación autorizada del instrumento son imprescindibles para que el funcionamiento sea continuo y la garantía de que el sistema cumple los requisitos de precisión de una prueba Rockwell. ASTM recomienda el mantenimiento anual y la verificación de un probador Rockwell y una verificación más frecuente bajo condiciones de uso intenso o extremas. La verificación debe ser realizada por una agencia de verificación acreditada y el informe debe seguir y referirse al método de prueba ASTM E18 Rockwell.
  • La prueba de dureza es una herramienta importante y útil en la prueba de materiales, control de calidad y aceptación, y el rendimiento de los materiales. Dependemos de los datos producidos para verificar el tratamiento térmico, la integridad estructural y la calidad de los componentes para determinar si un material tiene las propiedades necesarias para asegurar que los materiales utilizados en las cosas que usamos cotidianamente contribuyen a un mundo bien diseñado, eficiente y seguro . La técnica apropiada, el procedimiento, la adherencia estricta a los estándares, y después de la buena práctica contribuirán grandemente a la exactitud ya la utilidad de la prueba de Rockwell.
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