La dureza se ha definido diversamente por la resistencia
a la penetración local, al rayado, al trabajo a máquina, al desgaste o abrasión, y a la fluencia
o cesión del material. La multiplicidad de definiciones y la correspondiente multiplicidad de
instrumentos medidores de dureza, junto con la carencia de una definición fundamental, indican
que la dureza no puede ser una propiedad fundamental de un material, sino más bien una propiedad
compuesta que comprende la resistencia a la fluencia, el endurecimiento por trabajo, la
resistencia verdadera a la tracción, el módulo de elasticidad y algunas otras.
La dureza por rayado se mide por la escala de Mohs de los minerales la cual está dispuesta de tal
manera que cada mineral raya al mineral del número inmediato inferior. La dureza en su relación
con la disposición del material para su trabajo a máquina y con el desgaste y la abrasión se
trata generalmente en las pruebas de trabajo directo a máquina o de desgaste, y pocos intentos se
han hecho para separar la dureza misma, como una cantidad expresada numéricamente, de los
resultados de tales pruebas.
La resistencia a la penetración localizada, o dureza de indentación o huella, se usa mucho
industrialmente como una medida de la dureza, e indirectamente como un indicador de otras
propiedades deseadas en un producto fabricado. Las prueba de huella o indentación descritas más
adelante son esencialmente no destructivas, y en la mayoría de las aplicaciones puede considerar
que no echan a perder las piezas, de manera que pueden aplicarse a cada una de las fabricadas, y
por las relaciones empíricas entre la dureza con propiedades tales como la resistencia a la
tracción, la resistencia a la fatiga y la resistencia al choque se pueden localizar y rechazar
piezas que puedan ser deficientes en estas últimas propiedades.
La dureza Brinell se determina forzando a una esfera templada a penetrar en la superficie de un
material por medio de una carga conocida y midiendo el diámetro de la huella (o indentacíon)
dejada después de la prueba. El número de dureza Brinell, o simplemente el número Brinell, se
obtiene dividiendo carga aplicada, en kilogramos, por la superficie real de la huella, en
milímetros cuadrados. Se pueden usar bolas de cojinetes de acero templado para durezas hasta de
450, pero para durezas superiores deben empicarse bolas de acero con tratamientos especiales o
joyas para evitar el aplanamiento del indentador. La bola de tamaño modelo es de 10 mm y las
cargas típicas de 3 000 kg para aceros y 500 kg para los metales no ferrosos más blandos; se
emplea una carga de 100 kg ocasionalmente para materiales muy blandos. Si por razones especiales
se emplea una bola de cualquier otro tamaño. Las lecturas o indicaciones obtenidas con bolas y
cargas diferentes de las normales deben llevar datos relativos a la carga y al tamaño de la bola
usada, ya que tales lecturas son sólo aproximadamente iguales a las obtenidas en las condiciones
normalizadas.
El tamaño de la probeta debe ser lo suficientemente grande para asegurar que en ninguna parte
alcance la superficie libre de fluencia plástica del material que se encuentra en torno a la
impresión o huella, y en ningún caso debe ser el espesor menor de 10 veces la profundidad de la
impresión ni el ancho menor de 3 veces el diámetro de la misma. La carga deberá aplicarse en
forma constante y continua y habrá de mantenerse por lo menos 10 segundos en el caso de
materiales ferrosos y 30 segundos en el caso de la mayoría de los no ferrosos. Pueden ser
necesarios periodos más largos en ciertos materiales blandos que muestren escurrimiento plástico
a la temperatura ambiente. Al ensayar materiales delgados, no es permitido acumular varios
espesores del mismo elemento bajo el indentador, porque las lecturas así obtenidas serán
invariablemente más bajas que las reales. Con tales materiales se necesitan cargas e
indentadores más pequeños, o bien métodos diferentes para las pruebas o ensayos de dureza.
En la prueba Brinell normal, se mide el diámetro de la huella o impresión con un microscopio de
mano de poco aumento, pero para trabajo de producción existen varias máquinas de ensayos que
miden automáticamente la profundidad de la impresión y a partir de ella dan lecturas de dureza.
Tales máquinas deben calibrarse con frecuencia sobre sólidos de prueba de durezas conocidas.
En el método Rockwell de ensayo de dureza, se determina la profundidad de penetración de un
indentador bajo ciertas condiciones arbitrarias de prueba. El indentador puede ser una esfera de
acero de algún diámetro especificado o un diamante cónico de punta esférica, llamado Brale, con
un ángulo de 120° y un radio en la punta de 0.2 mm. Se aplica primero una carga menor de 10 kg
que produce una penetración inicial y mantiene al indentador en posición. Bajo esta situación,
se ajusta la escala medidora de profundidad a su valor máximo arbitrario de 130 si se usa
cualquiera de las esferas, o a 100 si se emplea la punta Brale. Después se aplica una carga
mayor de 60, 100 o 150 kg regulada con un amortiguador (dashpot) y luego se retira, retornando a
la carga menor de 10 kg. Entonces se lee el número de dureza en la escala medidora de la
penetración, y esta escala está dispuesta de tal manera que los materiales blandos con
penetraciones profundas dan números de dureza bajos.
Es posible obtener una variedad de combinaciones de indentador y carga mayor; las más comúnmente
usadas son RB usando como indentador una esfera de l/16 de pulgada y una carga mayor de 100 kg, y
R, usando una punta Brale como indentador y una carga mayor de 150 kg (véase "Rockwell Hardness
and Rockweil Superficial Hardness of Metallic Materials", ASTM El8-61).
En comparación con una prueba de Brinell, el método Rockwell hace una impresión o huella más
pequeña, puede usarse en material más delgado, y es mucho más rápido, ya que los números de
dureza se leen directamente y no necesitan calcularse. Sin embargo, la prueba de Brinell se
puede hacer sin aparatos especiales y se te tiene en mejor consideración para uso de laboratorio.
Hay también una prueba Rockweil de dureza superficial semejante a la Rockwell regular, excepto
en que la indentación es menos profunda.
El método Vickers para probar la dureza es semejante en principio al Brinell en que expresa el
resultado en función de la presión originada bajo el indentador y usa las mismas unidades,
kilogramos por milímetro cuadrado. El indentador es un diamante en forma de pirámide de base
cuadrada con un ángulo en el vértice de 136o, las cargas son mucho más ligeras, variando entre 1
y 120 kg, y la impresión de mide por medio de un microscopio compuesto de aumento mediano
Entre otros métodos de ensayos de dureza deben mencionarse el escleroscopio, en el cual un
martinete con punta de diamante se deja caer sobre la superficie y el rebote del martinete se
toma con un índice de dureza. A este tipo de aparato le afecta seriamente la resiliencia tanto
como la dureza del material y ha sido suplantado por otros métodos. En el método Monotron, se
fuerza un penetrador dentro del material hasta una profundidad predeterminada y se toma la carga
necesaria como la medida indirecta de la dureza. Este es el inverso del método Rockwell en
principio, pero las cargas y las indentaciones son más pequeñas que las de este último. En el
péndulo de Herbert una esfera de acero o de joya de 1 mm, en reposo sobre la superficie que se
ensaya, actúa como apoyo o fiel de un péndulo compuesto de 4 kg con periodo de 10 segundos. La
oscilación del péndulo causa una indentación o huella de rodamiento en el material, y por el
comportamiento del péndulo se pueden determinar varios factores de la dureza, tales como la
tendencia al endurecimiento por el trabajo, que no son revelados por otros métodos.
