La dureza al descubierto: El código clave del rendimiento de los materiales, las herramientas y el mecanizado

1. ¿Qué es la dureza?

La dureza se refiere a la capacidad de un material para resistir la deformación plástica localizada cuando se somete a una fuerza mecánica o a la fricción, es decir, su resistencia a la indentación o al rayado. Cuanto más duro es un material, mayor suele ser su resistencia. Sin embargo, el aumento de la dureza también tiende a hacer que el material sea más quebradizo, por lo que es más propenso a agrietarse bajo carga. Esta propiedad tiene un impacto significativo en la selección del material y afecta al rendimiento mecánico, la vida útil y los costes de fabricación.

En el mecanizado, conocer la dureza del material de la pieza es fundamental porque influye directamente en la selección de la herramienta, la elección del grado de carburo y las condiciones óptimas de corte. Hoy, el equipo editorialde Abrasivestocks le ofrecerá una visión general.

Dureza Rockwell (HRC/HRB/HRA)

Dureza Brinell (HB)

Dureza Vickers (HV)

2. Unidades de medida de la dureza

Existen múltiples métodos y unidades para medir la dureza. En mecanizado, los tres más comunes son la dureza Rockwell, Brinell y Vickers.

Dureza Rockwell (HRC/HRB/HRA):
La unidad más común que se encuentra en los planos de ingeniería. Mide la diferencia de profundidad de penetración entre una carga mayor y una precarga menor. Existen nueve escalas (de la A a la K) con diferentes cargas y tamaños de bola de penetración.
HRC es la escala estándar para piezas metálicas en el mecanizado, y suele oscilar entre 10 y 65 HRC.

Dureza Brinell (HB):
Se utiliza habitualmente para medir materias primas, como en las tablas de condiciones de corte de los catálogos de herramientas. Utiliza una bola de acero de 10 mm bajo una carga de 3.000 kgf (6.614 lbf). Los metales suelen oscilar entre 100 HB (blandos) y 650 HB (acero templado).
El HRC sólo es aplicable a materiales más duros de 180 HB, mientras que los metales más blandos utilizan el HRB. La dureza Brinell puede abarcar todo el espectro de durezas.

Dureza Vickers (HV):
Utilizada frecuentemente para describir la dureza de materiales para herramientas como el carburo, la cerámica, el nitruro de boro cúbico (CBN) y el diamante policristalino (PCD). Utiliza un indentador piramidal de diamante, y el valor HV es la relación entre la carga y la superficie de la indentación.
Rangos típicos de dureza: carburo 1.300-1.900 HV, cerámica hasta 2.000 HV, CBN alrededor de 3.000 HV, y PCD hasta 6.000 HV.

3. Conversión de la dureza

No existe una fórmula universal para la conversión entre escalas de dureza: la conversión suele basarse en tablas. Hoy en día, también se utilizan mucho las herramientas de conversión en línea, que permiten introducir un valor en una escala para obtener el valor correspondiente en otras.

4. Dureza y mecanizado

La dureza influye en gran medida en la mecanizabilidad, incluida la vida útil de la herramienta, el consumo de energía y las velocidades de arranque de material.

Material de la pieza:
Los metales muy blandos (por debajo de 180 HB) tienden a provocar la formación de rebabas (BUE) en el filo de corte, dificultando la evacuación de la viruta. Por otro lado, los materiales muy duros aceleran el desgaste de la herramienta y reducen la velocidad de corte y la vida útil de la herramienta.
Una dureza de alrededor de 200 HB (unos 15 HRC) se considera generalmente un rango óptimo para el mecanizado; los materiales más duros requieren herramientas avanzadas como la cerámica o el CBN.

5. Materiales de la herramienta

Carburo:
El principal material base para las herramientas de corte modernas, adecuado para durezas de pieza de 12-45 HRC (180-450 HV). La dureza del metal duro oscila entre 1.300 y 2.000 HV. Los grados de mayor dureza pueden soportar un mecanizado más exigente, pero son menos resistentes y más propensos al astillado. Algunos carburos pueden alcanzar 65 HRC (950 HV) tras el tratamiento térmico, lo que requiere herramientas más avanzadas.

Cerámicas:
Fabricadas con óxido de aluminio (Al₂O₃) o nitruro de silicio (Si₃N₄), las cerámicas tienen una dureza de 2.100-2.500 HV -aproximadamente un 40% superior a la del metal duro- y pueden mecanizar aceros de hasta 55 HRC.

CBN:
El nitruro de boro cúbico policristalino tiene una dureza de unos 4.500 HV y una excelente estabilidad térmica y química, por lo que es adecuado para mecanizar aceros de hasta 70 HRC y otros materiales difíciles de cortar.

En resumen

La dureza no es sólo un indicador clave del rendimiento de los materiales, sino también un factor crítico que influye en los procesos de mecanizado, la selección de herramientas y la eficacia de la producción. Tanto si se trata de materiales para piezas de trabajo como para herramientas, la adecuación de la dureza al método de mecanizado garantiza unos resultados de alta calidad y una mayor vida útil de la herramienta, al tiempo que reduce los costes de producción y permite una fabricación más eficaz y estable.