Escala Rockwell

La escala Rockwell es una escala de dureza basada en la dureza de penetración de un material. La prueba Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador bajo una carga grande (carga mayor) en comparación con la penetración realizada por una precarga (carga menor). ^[1] Existen diferentes escalas, denotadas por una sola letra, que utilizan diferentes cargas o penetradores. El resultado es un número adimensional anotado como HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala Rockwell respectiva. Los números más grandes corresponden a materiales más duros.

Al probar metales, la dureza de indentación se correlaciona linealmente con la resistencia a la tracción . ^[2]

La medición de dureza por profundidad diferencial fue concebida en 1908 por el profesor vienés Paul Ludwik en su libro Die Kegelprobe (en términos generales, "la prueba del cono"). ^[3] El método de profundidad diferencial eliminaba los errores asociados con las imperfecciones mecánicas del sistema, como el juego y las imperfecciones de la superficie. La prueba de dureza Brinell , inventada en Suecia, se desarrolló antes, en 1900, pero era lenta, no era útil en acero completamente endurecido y dejaba una impresión demasiado grande para ser considerada no destructiva .

Hugh M. Rockwell (1890-1957) y Stanley P. Rockwell (1886-1940), de Connecticut , Estados Unidos , inventaron conjuntamente el "probador de dureza Rockwell", una máquina de profundidad diferencial. Solicitaron una patente el 15 de julio de 1914. ^[4] El requisito para este probador era determinar rápidamente los efectos del tratamiento térmico en las pistas de acero de los cojinetes. La solicitud fue aprobada posteriormente el 11 de febrero de 1919 y tiene la patente estadounidense 1.294.171 . En el momento de la invención, tanto Hugh como Stanley Rockwell trabajaban para New Departure Manufacturing Co. de Bristol, Connecticut . ^[5] New Departure era un importante fabricante de cojinetes de bolas que en 1916 pasó a formar parte de United Motors y, poco después, de General Motors Corp.

Después de dejar la compañía de Connecticut, Stanley Rockwell, entonces en Syracuse, NY, solicitó una mejora a la invención original el 11 de septiembre de 1919, que fue aprobada el 18 de noviembre de 1924. El nuevo comprobador tiene la patente estadounidense 1.516.207 . ^{[6] [7]} Rockwell se mudó a West Hartford, CT, e hizo una mejora adicional en 1921. ^[7] Stanley colaboró ​​con el fabricante de instrumentos Charles H. Wilson de la Wilson-Mauelen Company en 1920 para comercializar su invento y desarrollar máquinas de prueba estandarizadas. ^[8] Stanley inició una empresa de tratamiento térmico alrededor de 1923, la Stanley P. Rockwell Company, que operó hasta 2012. ^[9] El edificio, que todavía se mantiene en pie, estaba vacío en 2016. ^[10] La más tarde nombrada Wilson Mechanical Instrument Company ha cambiado de propietario a lo largo de los años y fue adquirida por Instron Corp. en 1993. ^[11]

La prueba de dureza Rockwell se puede realizar en varios probadores de dureza diferentes. ^{[12] [13]} Sin embargo, todos los probadores se incluyen en una de tres categorías. Los probadores de dureza de modelo de banco se pueden encontrar en un modelo digital o analógico. Los modelos de banco digitales utilizan una pantalla digital y, por lo general, requieren más capacitación técnica para poder operar, mientras que los modelos analógicos son más simples de operar y muy precisos y muestran los resultados en un dial en la parte frontal de la máquina. Todos los probadores de modelo de banco generalmente se encuentran en un taller o en un entorno de laboratorio. Otros probadores son portátiles, y todos los probadores portátiles vendrán en un modelo digital que incluye una pantalla de resultados digitales similar a la del modelo digital de banco. Los probadores portátiles son prácticos y fáciles de usar. ^{[ cita requerida ]}

La determinación de la dureza Rockwell de un material implica la aplicación de una carga menor seguida de una carga mayor. La carga menor establece la posición cero. Se aplica la carga mayor y luego se retira manteniendo la carga menor. La profundidad de penetración a partir del dato cero se mide desde un dial, en el que un material más duro da una medida menor. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad de mostrar los valores de dureza directamente, lo que evita los tediosos cálculos que implican otras técnicas de medición de dureza.

La prueba Rockwell es muy rentable, ya que no utiliza ningún equipo óptico para medir la dureza en función de la pequeña indentación realizada, sino que todos los cálculos se realizan dentro de la máquina para medir la indentación en la muestra, lo que proporciona un resultado claro de una manera que es fácil de leer y comprender una vez proporcionado. Esto también evita que sea necesario realizar cualquier retrabajo o acabado en la muestra tanto antes como después de la prueba. Sin embargo, es fundamental verificar dos veces las muestras, ya que las indentaciones más pequeñas realizadas en la prueba podrían dar lugar a mediciones de dureza incorrectas, lo que provocaría una catástrofe. Después de un tiempo, el penetrador en una escala Rockwell también puede volverse inexacto y debe reemplazarse para garantizar mediciones de dureza precisas y exactas. ^[14]

La ecuación para la dureza Rockwell es , donde d es la profundidad en mm (desde el punto de carga cero), y N y h son factores de escala que dependen de la escala de la prueba que se utilice (ver la siguiente sección). ${\displaystyle HR=Nh/d}$

Se utiliza habitualmente en ingeniería y metalurgia . Su popularidad comercial se debe a su velocidad, fiabilidad, robustez, resolución y pequeña área de indentación.

Pasos de funcionamiento de los probadores de dureza Legacy Rockwell:

1. Cargar una fuerza inicial: la fuerza de prueba inicial de la prueba de dureza Rockwell es de 10 kgf (98 N; 22 lbf); la fuerza de prueba inicial de la prueba de dureza Rockwell superficial es de 3 kgf (29 N; 6,6 lbf).
2. Cargar carga principal: consultar debajo el formulario/tabla 'Escalas y valores'.
3. Deje la carga principal durante un "tiempo de permanencia" suficiente para que la sangría se detenga.
4. Liberar carga; el valor Rockwell normalmente se mostrará en un dial o pantalla automáticamente. ^[15]

Para obtener una lectura fiable, el espesor de la pieza de prueba debe ser al menos 10 veces la profundidad de la hendidura. ^[16] Además, las lecturas deben tomarse desde una superficie plana y perpendicular, porque las superficies convexas dan lecturas más bajas. Se puede utilizar un factor de corrección si se va a medir la dureza de una superficie convexa. ^[17]

Existen varias escalas alternativas, siendo las más utilizadas las escalas "B" y "C". Ambas expresan la dureza como un número arbitrario y adimensional .

• Excepto para probar materiales delgados de acuerdo con A623, las bolas de acero del indentador han sido reemplazadas por bolas de carburo de tungsteno de diámetros variables. Cuando se utiliza un indentador de bolas, la letra "W" se utiliza para indicar que se utilizó una bola de carburo de tungsteno, y la letra "S" indica el uso de una bola de acero. Por ejemplo: 70 HRBW indica que la lectura fue 70 en la escala Rockwell B utilizando un indentador de carburo de tungsteno. ^[22]

Las escalas superficiales Rockwell utilizan cargas más bajas e impresiones más superficiales en materiales frágiles y muy delgados. La escala 45N emplea una carga de 45 kgf en un penetrador Brale en forma de cono de diamante y se puede utilizar en cerámica densa . La escala 15T emplea una carga de 15 kgf en una bola de acero endurecido de 1 ⁄ 16 pulgadas de diámetro (1,588 mm) y se puede utilizar en chapa metálica .

Las escalas B y C se superponen, de modo que no es necesario tomar ni especificar lecturas inferiores a HRC 20 y superiores a HRB 100, generalmente consideradas poco confiables.

Los valores típicos incluyen:

• Acero muy duro (por ejemplo, cinceles, hojas de cuchillos de calidad ): HRC 55-66 (aceros al carbono y para herramientas endurecidos de alta velocidad como M2, W2, O1, CPM-M4 y D2, así como muchos de los aceros inoxidables de pulvimetalurgia más nuevos como CPM-S30V, CPM-154, ZDP-189. Hay aleaciones que tienen un HRC de hasta 68-70, como el HAP72 desarrollado por Hitachi. Estos son extremadamente duros, pero también algo frágiles). ^[23]
• Hachas : aproximadamente HRC 45–55
• Latón: HRB 55 (latón de bajo contenido, UNS C24000, temple H01) a HRB 93 (latón de cartucho, UNS C26000 (latón 260), temple H10) ^[24]

Se utilizan otras escalas, incluida la extensa escala A, para aplicaciones especializadas. Existen escalas especiales para medir muestras cementadas .

• Internacional ( ISO )
  • ISO 6508-1: Materiales metálicos. Prueba de dureza Rockwell. Parte 1: Método de prueba (escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)
  • ISO 6508-2: Materiales metálicos. Ensayo de dureza Rockwell. Parte 2: Verificación y calibración de máquinas de ensayo e indentadores.
  • ISO 6508-3: Materiales metálicos. Prueba de dureza Rockwell. Parte 3: Calibración de bloques de referencia.
  • ISO 2039-2: Plásticos. Determinación de la dureza. Parte 2: Dureza Rockwell
• Norma estadounidense ( ASTM International )
  • ASTM E18: Métodos estándar para dureza Rockwell y dureza superficial Rockwell de materiales metálicos

• Prueba de dureza Brinell
• Comparación de dureza
• Holger F. Struer
• Prueba de dureza Knoop
• Prueba de dureza de rebote de Leeb
• Prueba de dureza Meyer
• Mineral
• Durómetro Shore
• Resistencia a la tracción
• Prueba de dureza Vickers

• Vídeo sobre la prueba de dureza Rockwell
• Tabla de conversión de dureza
• Tabla de conversión de grados Rockwell a Brinell
• Tabla de conversión de dureza
• Prueba de dureza Rockwell