DUREZA VICKERS OBJETIVO DEL ENSAYO. Determinar ...

DUREZA VICKERS
Elaborado por Gabriel Calle y Edison Henao
OBJETIVO DEL ENSAYO. Determinar experimentalmente la dureza Vickers.
Estudiar su campo de aplicación.
CONSIDERACIONES TEÓRICAS GENERALES.
Definición de dureza: Se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial de un
material de resistir la deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de
esfuerzos de contacto locales inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre
deformaciones residuales (indentador ó penetrador), de determinada forma y
dimensiones.
El método Brinell, ya estudiado, posee una serie de insuficiencias. Con dicho método no
se puede ensayar probetas si su dureza se aproxima a la dureza de la bola, porque ésta
sufre deformaciones que alteran los resultados del ensayo. Si se utilizan bolas de acero
este hecho limita la prueba Brinell a durezas máximas HB 400...500, si se usan bolas de
carburo se limita a durezas HB 650. A causa de la gran profundidad de la impronta es
imposible determinar la dureza de la capa superficial especialmente tratada, porque la
bola penetra a través de esta capa a la parte interior más blanda. La medición del
diámetro de la impronta a veces no es exacta a causa de que el metal desalojado por la
bola se acumula cerca de los bordes de la impronta. Por esto surgió la necesidad de
hallar otros métodos de determinación de la dureza.
Durante las mediciones estandarizadas de dureza Vickers se hace penetrar un indentador
de diamante en forma de pirámide de cuatro caras (ver figura 1a) con una ángulo
determinado en el vértice. La utilización de una pirámide de diamante tiene las
siguientes ventajas: 1) las improntas resultan bien perfiladas, cómodas para la medición;
2) la forma de las improntas es geométricamente semejante (figura 1b), por lo cual la
dureza para un mismo material es constante, independientemente de la magnitud de la
carga; 3) la dureza con la pirámide coincide con la dureza Brinell para los materiales de
dureza media; 4) este método es aplicable con igual éxito para los materiales blandos y
duros, y sobre todo para los ensayos de probetas delgadas y las capas superficiales.
Figura 1a. Indentador piramidal Vickers Figura 1b. Impronta piramidal de dureza
Vickers
Los números HV y HB son cercanos en su valor absoluto debido a la igualdad del
ángulo del vértice de la pirámide al ángulo entre las tangentes a la bola para el caso de
una huella “ideal” cuando d = 0,375 D. Esta consideración sirve de base para determinar

Elaborado por Gabriel Calle y Edison Henao
el valor del ángulo del vértice de la pirámide estándar α = 136°. La demostración de
este hecho puede verse en el anexo 1.
El estándar ASTM E 92-82 define la dureza Vickers como un método de ensayo por
indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza un indentador
piramidal de base cuadrada que tiene un ángulo entre caras específico, bajo una carga
predeterminada, contra la superficie del material a ser ensayado y se mide la diagonal
resultante de la impresión luego de remover la carga.
Figura 2. Sobre el ensayo de Vicerks (tomado del estándar ASTM E-92)
El sentido físico del número de dureza Vickers es análogo a HB. La magnitud de HV es
también un esfuerzo convencional medio en la zona de contacto del indentador, muestra
y suele caracterizar la resistencia del material a la deformación plástica considerable.
Con base en esto:
=
=
2 2
= 2 2
donde d es la media aritmética de las diagonales d1 y d2.
La deducción de la fórmula de cálculo del área A de la impronta piramidal, puede verse
en el anexo 1.
Debido a que el valor del ángulo α es constate e igual a 136°, en la práctica se usa la
siguiente fórmula de trabajo:
= 1,8544
El método estándar se realiza bajo las siguientes condiciones:
Indentador Pirámide de diamante α = 136°
Carga (P): 1...120 kgf
Duración de la carga (t): 10 ... 15 s
El número de dureza Vickers se denota como HV. Ejemplos:
440 HV 30
Esta notación indica una dureza Vickers de 440 bajo carga de 30 kgf. Aplicada por un
tiempo de 10 a 15 s.

440 HV 30/20
Elaborado por Gabriel Calle y Edison Henao
Esta notación indica una dureza Vickers de 440 bajo carga de 30 kgf. Aplicada por un
tiempo de 20 s.
Para la escogencia de la magnitud de la carga nos basamos en criterios de conveniencia,
debemos recordar que el método Vickers posee semejanza geométrica interna y en un
principio es indiferente la carga aplicada. Sin embargo una carga muy alta puede causar
que el indentador penetre más allá de la capa superficial a la que se desee medírsele la
dureza, de otro lado una impronta muy pequeña es difícil de medir y las imperfecciones
geométricas de la pirámide influyen en la precisión del método. Para nuestra práctica se
recomienda aplicar una carga de 60 kgf, así la impronta tiene una medida adecuada y su
profundidad de penetración es moderada.
PROCEDIMIENTO
Para obtener la dureza Vickers de la superficie de un material se presiona contra la
probeta un indentador piramidal de diamante con ángulo entre sus caras α = 136°. La
pirámide se mantiene algún tiempo bajo la carga P. Luego de retirada la carga se miden
las dos diagonales de la impronta dejada, con ayuda de un microscopio. El valor medio
de las diagonales (d) y el valor de la carga se sustituyen en la fórmula de trabajo para
obtener el valor de la dureza Vickers. En las mismas condiciones se realizan varias
indentaciones más.
MAQUINARIA, MATERIALES E INSTRUMENTOS DE MEDIDA.
Máquina. Para los ensayos Vickers se usa el escleroscopio HP-250 marca
Wekstoffprüfmaschinen, del cual se muestra su aspecto general en la figura 3. Este
aparato sirve para la medición tanto de dureza Brinell como Vickers. Aplica cargas
hasta de 250 kgf. Posee incorporado un microscopio de medición, el cual posee una
resolución de 0,001 mm. El funcionamiento y procedimiento de medición serán
explicados por el profesor y el monitor en el momento de la práctica.
Figura 3. Aspecto general del esclerómetro WPM HP-250

Elaborado por Gabriel Calle y Edison Henao
El estándar ASTM E 92 presenta las siguientes exigencias a las máquinas de medición
de dureza Vickers: el diseño debe ser tal que se excluya cualquier mecimiento o
movimientos laterales del indentador o de la probeta durante la aplicación de la carga.
En las máquinas que usan pesos muertos para la aplicación de la carga deben evitarse
las sobrecargas al momento de la aplicación de la fuerza causadas por la inercia del
sistema. Si el microscopio de medición está incorporado éste debe conservar la
impronta en el campo óptico, luego de la aplicación de la carga.
Probetas. Se ensayarán tres probetas de acero AISI O1, con distintos tratamientos
térmicos. Estas mismas probetas se usarán luego para la medición de la dureza
Rockwell y serán destruidas durante el ensayo de Impacto.
1) Probeta de acero AISI O1 en estado de suministro,
2) Probeta de acero AISI O1 templada en aceite,
3) Probeta de acero AISI O1 templada en agua.
Las probetas deben ser pulidas cuidadosamente hasta lograr el brillo de una de sus caras
donde se realizarán las mediciones, se debe tener especial cuidado en no calentar la
superficie durante el procedimiento de pulimento
El estándar ASTM E 92 presenta las siguientes exigencias a las probetas usadas para la
medición de la dureza Brinell: Para evitar que el efecto de la indentación aparezca en el
lado opuesto de la probeta, el espesor de ésta debe ser al menos 1,5 veces más que la
longitud de la diagonal. La superficie debe ser lijada y pulida de manera que se
observen con claridad los bordes de la huella en el momento de la medición con la
precisión necesaria. La probeta debe ser montada de tal forma que la superficie esté en
la normal del eje del indentador con una desviación máxima de ±1°.
Indentadores. El indentador debe ser una pirámide de base cuadrada altamente pulida y
punteada. El ángulo entre sus caras debe ser de 136° ± 30´. Las caras deben poseer la
misma inclinación y coincidir en un punto, la disyunción máxima de las caras debe ser
de máximo 0,001 mm. Ver figura.
Disyunción de las caras de la pirámide (Tomado de ASTM E 92)
El estado del diamante debe ser revisado periódicamente con ayuda de una lupa.

Elaborado por Gabriel Calle y Edison Henao
Microscopio. Según el estándar el microscopio debe poseer una resolución de 0,05 mm,
cifra que se puede considerar cumplida por el microscopio incorporado en la máquina
WPM HP-250.
REALIZACIÓN DEL ENSAYO
Como el ensayo se realiza bajo la estricta supervisión y dirección del profesor y
monitor, sólo se darán aquí algunas recomendaciones adicionales.
1. Se selecciona en la máquina una carga de 60 kgf, para todas las probetas.
2. Cada vez que se realice cambio de indentador la primera impronta obtenida no
será tenida en cuenta, esto para permitir el asentamiento del sistema indentador,
montura y porta indentador
3. Se realizarán entre 5 y 10 indentaciones por probeta, teniendo en cuenta que la
separación del borde de la probeta y de una huella al borde de la otra debe ser
mayor a 2,5 veces la diagonal de la huella.
TRATAMIENTO E INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS
Los datos de las dos diagonales de la impronta, se promedian y mediante la fórmula de
trabajo,
= 1,8544
Se determina la dureza Vickers. Para obtener un dato consolidado se promedian las
durezas obtenidas en todas las indentaciones de cada probeta. Este número se redondea
hasta unidades enteras. Los resultados se presentan escribiendo la notación estándar
correcta. Ejemplo:
INFORME
Probeta de acero AISI O1 en estado de suministro: 227 HV 60
De manera particular, el informe sobre el ensayo de Dureza Vickers, debe
contener.
1) Objetivo.
2) Consideraciones teóricas generales: Definición de dureza. Método Vickers.
3) Maquinaria. Indentador
3) Probetas. Dibujo de las mismas, comparación con la probeta ASTM.
4) Resultados de dureza para cada probeta, con la notación correcta.
5) Conclusiones.

ANEXO 1
Elaborado por Gabriel Calle y Edison Henao
SOBRE EL ÁNGULO ENTRE CARAS
DEL INDENTADOR PIRAMIDAL
(DUREZA VICKERS)
Sobre el ángulo del indentador piramidal
Los números HV y HB son cercanos en su valor absoluto debido a la igualdad del
ángulo del vértice de la pirámide al ángulo entre las tangentes a la bola para el caso de
una huella “ideal” cuando d = 0,375 D. Esta consideración sirve de base para determinar
el valor del ángulo del vértice de la pirámide estándar α = 136°. Del gráfico se deduce
que
2 = , ,
2
= ,
,
2 ≅ 68°, entonces: = 136°
SOBRE EL ÁREA DE LA IMPRONTA PIRAMIDAL
(DUREZA VICKERS)
Para la deducción del área de la impronta piramidal
AC =
BD =
d

AD = BC
Elaborado por Gabriel Calle y Edison Henao
Para poder obtener el área de la impronta piramidal, contando con la medida de la
diagonal procedemos así:
El área total de la impronta es:
= 4 ∙ ×
= 2 ∙ ×
2
Aplicando el teorema de Pitágoras
como
Entonces
de otro lado
y
sustituyendo
+
= = =
2 ∙
= → =
√2
sin
2
=
=
=
=
√
√
→ =
Volviendo a la fórmula para el área, y sustituyendo los valores de y hallados se
tiene:
= 2 ∙ × = 2 ∙
√ ∙
=
En conclusión: =