La escala de Rockwell es una escala de dureza basada en la dureza de indentación de un material. La prueba de 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, indicadas con una sola letra, que utilizan diferentes cargas o penetradores. El resultado es un número adimensional denominado 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 la indentación se correlaciona linealmente con la resistencia a la tracción . [2]
La medición diferencial de la dureza en profundidad fue concebida en 1908 por el profesor vienés Paul Ludwik en su libro Die Kegelprobe (crudamente, "la prueba del cono"). [3] El método de profundidad diferencial restó 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 considerarla 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 de este probador era determinar rápidamente los efectos del tratamiento térmico en las pistas de rodamientos de acero. La solicitud fue aprobada posteriormente el 11 de febrero de 1919 y posee 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, CT . [5] New Departure era un importante fabricante de rodamientos de bolas que en 1916 pasó a formar parte de United Motors y, poco después, de General Motors Corp.
Después de dejar la empresa de Connecticut, Stanley Rockwell, entonces en Syracuse, Nueva York, solicitó una mejora de la invención original el 11 de septiembre de 1919, que fue aprobada el 18 de noviembre de 1924. El nuevo probador posee 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 Wilson-Mauelen Company en 1920 para comercializar su invento y desarrollar pruebas estandarizadas. máquinas. [8] Stanley fundó una empresa de tratamiento térmico alrededor de 1923, Stanley P. Rockwell Company, que funcionó hasta 2012. [9] El edificio, que aún se mantiene en pie, estaba vacío en 2016. [10] El instrumento mecánico Wilson, más tarde llamado La empresa cambió 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 durómetros. [12] [13] Sin embargo, todos los evaluadores se clasifican en una de tres categorías. Los durómetros de modelo de banco se pueden encontrar en modelo digital o analógico. Los modelos de banco digitales utilizan una pantalla digital y normalmente 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 modelos de probadores de banco generalmente se encuentran en un taller o 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 necesaria ]
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 desde el punto de referencia cero se mide mediante un dial, en el que un material más duro da una medida más baja. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad para mostrar los valores de dureza directamente, evitando así los tediosos cálculos involucrados en otras técnicas de medición de dureza.
La prueba de 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 en el cual es fácil de leer y entender una vez dado. Esto también evita que sea necesario volver a trabajar o terminar la muestra antes y después de la prueba. Sin embargo, es fundamental volver a verificar las muestras, ya que las marcas más pequeñas realizadas durante las pruebas podrían dar lugar a mediciones incorrectas de la dureza, lo que provocaría una catástrofe. Con el tiempo, el penetrador de una escala Rockwell también puede volverse impreciso y necesitar ser reemplazado para garantizar mediciones de dureza exactas y precisas. [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 utiliza (consulte la siguiente sección).
Se utiliza normalmente en ingeniería y metalurgia . Su popularidad comercial surge de su velocidad, confiabilidad, robustez, resolución y pequeña área de sangría.
Pasos de operación de los probadores de dureza Legacy Rockwell:
Para obtener una lectura fiable, el espesor de la pieza de prueba debe ser al menos 10 veces la profundidad de la muesca. [16] Además, las lecturas deben tomarse desde una superficie plana 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". Ambos expresan la dureza como un número arbitrario adimensional .
Las escalas superficiales de Rockwell utilizan cargas más bajas e impresiones menos profundas en materiales frágiles y muy delgados. La báscula 45N emplea una carga de 45 kgf en un penetrador Brale de diamante en forma de cono y se puede utilizar en cerámicas densas . La báscula 15T emplea una carga de 15 kgf en una bola de acero endurecido de 1 ⁄ 16 de pulgada (1,588 mm) de diámetro y se puede usar en láminas de metal .
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 fiables.
Los valores típicos incluyen:
Varias otras escalas, incluida la extensa escala A, se utilizan para aplicaciones especializadas. Existen escalas especiales para medir probetas cementadas .
