La prueba de dureza Vickers fue desarrollada en 1921 por Robert L. Smith y George E. Sandland en Vickers Ltd como una alternativa al método Brinell para medir la dureza de los materiales. [1] La prueba Vickers suele ser más fácil de usar que otras pruebas de dureza, ya que los cálculos requeridos son independientes del tamaño del penetrador, y el penetrador se puede utilizar para todos los materiales independientemente de su dureza. El principio básico, como ocurre con todas las medidas comunes de dureza, es observar la capacidad de un material para resistir la deformación plástica a partir de una fuente estándar. La prueba Vickers se puede utilizar para todos los metales y tiene una de las escalas más amplias entre las pruebas de dureza. La unidad de dureza dada por la prueba se conoce como Número de Pirámide de Vickers ( HV ) o Dureza de la Pirámide de Diamante ( DPH ). El número de dureza se puede convertir a unidades de pascales , pero no debe confundirse con la presión , que utiliza las mismas unidades. El número de dureza está determinado por la carga sobre el área de la superficie de la indentación y no por el área normal a la fuerza y, por lo tanto, no es presión.
Se decidió que la forma del penetrador debería ser capaz de producir impresiones geométricamente similares, independientemente del tamaño; la impresión debe tener puntos de medición bien definidos; y el penetrador debe tener una alta resistencia a la autodeformación. Un diamante en forma de pirámide de base cuadrada cumplía estas condiciones. Se había establecido que el tamaño ideal de una impresión Brinell era 3 ⁄ 8 del diámetro de la bola. Como dos tangentes al círculo en los extremos de una cuerda de 3 d /8 de largo se cruzan a 136°, se decidió utilizar esto como el ángulo incluido entre las caras planas de la punta del penetrador. Esto da un ángulo desde cada cara normal al plano horizontal normal de 22° en cada lado. El ángulo se varió experimentalmente y se encontró que el valor de dureza obtenido en una pieza homogénea de material permanecía constante, independientemente de la carga. [2] Por consiguiente, se aplican cargas de diferentes magnitudes sobre una superficie plana, dependiendo de la dureza del material a medir. Luego, el número HV se determina mediante la relación F / A , donde F es la fuerza aplicada al diamante en kilogramos-fuerza y A es el área de superficie de la hendidura resultante en milímetros cuadrados.
que puede aproximarse evaluando el término del seno para dar,
donde d es la longitud promedio de la diagonal dejada por el penetrador en milímetros. Por lo tanto, [3]
donde F está en kgf y d está en milímetros.
La unidad correspondiente de HV es entonces el kilogramo-fuerza por milímetro cuadrado (kgf/mm 2 ) o el número HV. En la ecuación anterior, F podría estar en N y d en mm, lo que da HV en la unidad SI de MPa. Para calcular el número de dureza Vickers (VHN) usando unidades SI, es necesario convertir la fuerza aplicada de newtons a kilogramo-fuerza dividiendo por 9,806 65 ( gravedad estándar ). Esto lleva a la siguiente ecuación: [4]
donde F está en N y d está en milímetros. Un error común es que la fórmula anterior para calcular el número HV no da como resultado un número con la unidad newton por milímetro cuadrado (N/mm 2 ), sino que da como resultado directamente el número de dureza Vickers (generalmente dado sin unidades), que es de hecho, un kilogramo-fuerza por milímetro cuadrado (1 kgf/mm 2 ).
Los números de dureza Vickers se informan como xxxHVyy , por ejemplo, 440HV30 , o xxxHVyy/zz si la duración de la fuerza difiere de 10 s a 15 s, por ejemplo, 440HV30/20, donde:
Al realizar las pruebas de dureza, se debe tener en cuenta la distancia mínima entre las indentaciones y la distancia desde la indentación hasta el borde de la muestra para evitar la interacción entre las regiones endurecidas por trabajo y los efectos del borde. Estas distancias mínimas son diferentes para las normas ISO 6507-1 y ASTM E384.
Los valores de Vickers generalmente son independientes de la fuerza de prueba: resultarán iguales para 500 gf y 50 kgf, siempre que la fuerza sea al menos 200 gf. [6] Sin embargo, las indentaciones con cargas más bajas a menudo muestran una dependencia de la dureza con la profundidad de la indentación conocida como efecto del tamaño de la indentación (ISE). [7] Los tamaños de sangría pequeños también tendrán valores de dureza que dependen de la microestructura.
Para muestras delgadas, la profundidad de la sangría puede ser un problema debido a los efectos del sustrato. Como regla general, el espesor de la muestra debe mantenerse superior a 2,5 veces el diámetro de la huella. Alternativamente, la profundidad de sangría , se puede calcular de acuerdo con:
Para convertir el número de dureza Vickers a unidades SI, el número de dureza en kilogramos-fuerza por milímetro cuadrado (kgf/mm 2 ) debe multiplicarse por la gravedad estándar , , para obtener la dureza en MPa (N/mm 2 ) y además dividirse por 1000 para obtener la dureza en GPa.
La dureza Vickers también se puede convertir a dureza SI basándose en el área proyectada de la huella en lugar del área de la superficie. El área proyectada, , se define de la siguiente manera para una geometría de penetrador Vickers: [8]
Esta dureza a veces se denomina área de contacto media o dureza Meyer , e idealmente se puede comparar directamente con otras pruebas de dureza también definidas utilizando el área proyectada. Se debe tener cuidado al comparar otras pruebas de dureza debido a varios factores de escala de tamaño que pueden afectar la dureza medida.
Si HV se expresa primero en N/mm 2 (MPa), o de otra manera convirtiéndolo de kgf/mm 2 , entonces la resistencia a la tracción (en MPa) del material se puede aproximar como σ u ≈ HV/ c , donde c es un constante determinada por el límite elástico, el índice de Poisson, el exponente de endurecimiento por trabajo y factores geométricos, que generalmente oscilan entre 2 y 4. [9] En otras palabras, si HV se expresa en N/mm 2 (es decir, en MPa), entonces la resistencia a la tracción ( en MPa) ≈ HV/3. Esta ley empírica depende variablemente del comportamiento de endurecimiento por trabajo del material. [10]
Los pasadores y manguitos de fijación de las aletas del avión de pasajeros Convair 580 fueron especificados por el fabricante del avión para que estuvieran endurecidos según una especificación de dureza Vickers de 390HV5, donde el '5' significa cinco kilopondios . Sin embargo, en el avión que volaba el vuelo 394 de Partnair, se descubrió más tarde que los pasadores habían sido reemplazados por piezas de calidad inferior, lo que provocó un rápido desgaste y finalmente la pérdida del avión. Al examinarlos, los investigadores de accidentes descubrieron que los pasadores de calidad inferior tenían un valor de dureza de sólo 200-230HV5. [11]
![{\displaystyle \mathrm {HV} ={\frac {F}{A}}\approx {\frac {1.8544F}{d^{2}}}\quad [{\textrm {kgf/mm}}^{ 2}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cc819001758dfce6de350df89b0121fc50df94fb)
![{\displaystyle \mathrm {HV} \approx {0.1891}{\frac {F}{d^{2}}}\quad [{\textrm {N/mm}}^{2}],}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ecd1f1d735e72ceef8c8f78468c502eb3aa7550c)
