Medición de la dureza de materiales (Vickers, Rockwell, Brinell, Knoop, Shore)

La prueba de dureza de materiales es una prueba mecánica fundamental que se utiliza para cuantificar la resistencia de un material a la penetración o la deformación local bajo la acción de un objeto duro. Es un indicador clave de las propiedades mecánicas, la resistencia al desgaste, la resistencia al rayado y, en general, el rendimiento funcional de un material en condiciones de uso. Esta prueba se utiliza ampliamente en las industrias de envases, materiales y polímeros, tanto para el control de calidad como para la investigación y el desarrollo. La dureza suele correlacionarse con otras propiedades mecánicas, como la resistencia a la tracción, el límite elástico y la resistencia a la abrasión.

Principio general de la prueba de dureza

El principio de medición de la dureza se basa en la aplicación de una carga controlada a la superficie del material mediante un penetrador de geometría definida. El tamaño, la profundidad o la forma de la huella resultante tras la aplicación de la carga permiten calcular un índice de dureza específico para el método empleado. La elección de la técnica depende de la naturaleza del material, su espesor, su homogeneidad y la escala de análisis deseada. Las pruebas se realizan según las normas internacionales ISO o ASTM, lo que garantiza la reproducibilidad y comparabilidad de los resultados. Las muestras generalmente deben tener una superficie plana, limpia y debidamente preparada para garantizar mediciones fiables.

Presentación de los principales métodos de dureza

La prueba de dureza Vickers utiliza un indentador piramidal de diamante y es adecuada para una amplia gama de materiales, desde metales hasta polímeros rígidos. Permite mediciones precisas, incluso en materiales delgados o áreas localizadas, y se utiliza frecuentemente en I+D o para análisis comparativos.
La prueba de dureza Rockwell se basa en la medición de la profundidad de penetración bajo carga. Es rápida de realizar y especialmente adecuada para el control de calidad industrial de metales y aleaciones.
La prueba de dureza Brinell utiliza una bola de metal o carburo y es aplicable a materiales relativamente homogéneos y gruesos. Se utiliza comúnmente para metales, fundiciones o aleaciones con una estructura gruesa.
La prueba de dureza Knoop , similar al método Vickers, está diseñada específicamente para materiales frágiles, películas delgadas o microestructuras. Permite mediciones muy localizadas con un daño superficial mínimo.
La prueba de dureza Shore , ampliamente utilizada para polímeros, elastómeros y cauchos, mide la resistencia a la indentación mediante un indentador estandarizado. Las escalas Shore A, D u otras se eligen según la flexibilidad del material.

Interés y aplicaciones industriales

La medición de la dureza es una herramienta esencial para caracterizar un material antes de su implementación o comercialización. En materiales poliméricos y plásticos, permite evaluar la rigidez, la resistencia a la tensión mecánica y la idoneidad del material para una aplicación determinada. En el sector del embalaje, la dureza contribuye a validar la resistencia mecánica de los materiales, especialmente en piezas moldeadas por inyección, películas rígidas o componentes sometidos a tensiones de manipulación.
En el caso de metales y aleaciones, la dureza es un indicador directo del estado metalúrgico, la eficacia de un tratamiento térmico o la calidad de un lote de producción. En I+D, permite comparar diferentes formulaciones, optimizar los procesos de fabricación o evaluar el impacto del envejecimiento, el desgaste o la exposición a condiciones adversas.

Pruebas de dureza y análisis de fallos

En el contexto del análisis de defectos o no conformidades, la medición de la dureza ayuda a identificar heterogeneidades locales, áreas debilitadas o, por el contrario, áreas sobreendurecidas. Una variación anormal en la dureza puede revelar un problema con la formulación, el proceso, el tratamiento térmico o la compatibilidad del material. La prueba puede combinarse con observaciones microscópicas, en particular la microscopía electrónica de barrido (MEB), para correlacionar las propiedades mecánicas con la microestructura del material.

Matrices analizadas

Las pruebas de dureza se pueden realizar en una amplia variedad de materiales: metales y aleaciones, polímeros termoplásticos o termoestables, elastómeros, cauchos, materiales compuestos, recubrimientos, piezas inyectadas o extruidas, películas rígidas y muestras de producción o de uso en campo. Las pruebas pueden realizarse en superficies planas o en muestras preparadas específicamente (pulidas, cortadas).

Valor añadido YesWeLab

YesWeLab colabora con una red de laboratorios especializados en ensayos mecánicos capaces de realizar todos los métodos de ensayo de dureza estandarizados según ISO o ASTM. Nuestros socios, la mayoría de los cuales cuentan con la certificación o acreditación ISO 17025 y COFRAC, disponen del equipo adecuado para ensayos de macro y microdureza. Nuestro equipo científico le ayuda a seleccionar el método más adecuado según su material, su sector y su objetivo (control de calidad, I+D, análisis de fallos). Desde 2020, fabricantes, ingenieros y oficinas de diseño confían en YesWeLab para la gestión centralizada de sus análisis a través de una plataforma digital fiable y ágil.

Análisis relacionados en el catálogo de YesWeLab

Para complementar la medición de dureza, a menudo se combinan los siguientes análisis:

• Ensayos mecánicos de tracción, flexión o compresión
• Análisis SEM para estudio microestructural
• Medición del desgaste y la abrasión
• Análisis DSC y TGA para caracterización térmica