La dureza de los metales es la resistencia de un material a la indentación permanente y al desgaste. Determina el comportamiento de una pieza en servicio y también lo difícil que resulta mecanizarla. La dureza se mide con ensayos normalizados como Brinell (HB), Rockwell (HRC, HRB) y Vickers (HV), y cada escala es adecuada para materiales distintos.
Esta guía explica qué significa la dureza de un metal, cómo funcionan y se comparan los ensayos de dureza, cómo convertir entre escalas y cómo influye la dureza en la elección de herramientas, los parámetros de corte y el diseño de piezas en el mecanizado CNC.
¿Qué es la dureza de los metales?
La dureza de los metales es la resistencia de un metal a la deformación plástica en su superficie. Normalmente se mide presionando un penetrador duro contra el material y evaluando el tamaño o la profundidad de la huella. Los metales duros resisten el desgaste, la abrasión y la indentación; los metales blandos se deforman con más facilidad, pero son más fáciles de mecanizar.
La dureza está relacionada con otras propiedades mecánicas, pero no es lo mismo:
- Resistencia: es la capacidad de soportar una carga sin romperse. En los aceros, la resistencia a la tracción puede estimarse a partir de la dureza: resistencia a la tracción en MPa ≈ 3,3 × dureza Vickers.
- Tenacidad: es la capacidad de absorber energía sin fracturarse. Los aceros muy duros suelen ser frágiles: una dureza elevada suele implicar una menor tenacidad.
- Resistencia al desgaste: por lo general aumenta con la dureza, por eso las herramientas de corte, las guías y las matrices se templan.
Ensayos de dureza: Brinell, Rockwell y Vickers
Para los metales se utilizan tres ensayos normalizados. Se diferencian en el penetrador, la fuerza de ensayo y la forma de medir el resultado:
| Ensayo | Penetrador | Valor medido | Norma | Ideal para |
|---|---|---|---|---|
| Brinell (HBW) | Bola de metal duro (carburo de tungsteno), normalmente de 10 mm | Diámetro de la huella | ISO 6506 | Metales blandos a semiduros, piezas fundidas, materiales de grano grueso; hasta aprox. 650 HBW |
| Rockwell (HRC, HRB) | Cono de diamante (HRC) o bola de acero o de metal duro (HRB) | Profundidad de la huella | ISO 6508 | Ensayos rápidos en producción: HRC para aceros templados, HRB para metales más blandos |
| Vickers (HV) | Pirámide de diamante de base cuadrada, 136° | Diagonales de la huella | ISO 6507 | Todos los metales, de blandos a muy duros, piezas delgadas, recubrimientos y capas superficiales |
Dureza Brinell (HBW)
Se presiona una bola de metal duro contra la superficie con una fuerza definida y se mide el diámetro de la huella. Como la huella es grande, el ensayo Brinell promedia la microestructura, lo que lo hace ideal para piezas fundidas y materiales de grano grueso. El acero dulce, por ejemplo, tiene una dureza de unos 120–140 HBW. La norma vigente ya no admite bolas de acero, por eso el símbolo es HBW.
Dureza Rockwell (HRC, HRB)
El ensayo Rockwell mide la profundidad de la huella y muestra el resultado directamente en el durómetro, por lo que es rápido y muy utilizado en producción y en la inspección de recepción. La escala define el penetrador y la fuerza: HRC utiliza un cono de diamante y es la escala de referencia para aceros templados y aceros de herramienta; un acero de herramienta templado alcanza 58–64 HRC. HRB utiliza una bola y abarca metales más blandos, como aleaciones de cobre, aceros blandos y aluminio.
Dureza Vickers (HV)
Una pirámide de diamante de base cuadrada deja una huella pequeña cuyas diagonales se miden al microscopio. El ensayo Vickers cubre todo el rango de durezas con una sola escala y, con fuerzas de ensayo bajas, permite medir también piezas delgadas, capas cementadas y recubrimientos (microdureza). El cromado duro, por ejemplo, alcanza unos 800–1000 HV.
Conversión de dureza: HV, HB y HRC
No existe una fórmula exacta para convertir entre escalas de dureza, porque cada ensayo deforma el material de manera diferente. La norma ISO 18265 recoge tablas de conversión aproximadas para aceros. Úsalas solo como orientación: en los ensayos de aceptación, mide siempre en la escala indicada en el plano.
| Vickers (HV) | Brinell (HBW) | Rockwell |
|---|---|---|
| 150 | Aprox. 143 | Aprox. 79 HRB |
| 200 | Aprox. 190 | Aprox. 92 HRB |
| 250 | Aprox. 238 | Aprox. 22 HRC |
| 300 | Aprox. 284 | Aprox. 30 HRC |
| 400 | Aprox. 379 | Aprox. 41 HRC |
| 500 | Aprox. 471 | Aprox. 49 HRC |
| 600 | Aprox. 564 | Aprox. 55 HRC |
| 700 | – | Aprox. 60 HRC |
| 800 | – | Aprox. 64 HRC |
Dureza típica de los metales más comunes
La dureza de un metal depende en gran medida de su aleación y de su estado (recocido, deformado en frío, templado). Estos valores aproximados ayudan a elegir el material y a planificar el mecanizado:
| Material | Estado | Dureza típica |
|---|---|---|
| Aleaciones de aluminio (EN AW-5052, EN AW-6061) | Endurecido por deformación o por envejecimiento | Aprox. 60–95 HBW |
| Cobre (Cu-ETP) | De recocido a deformado en frío | Aprox. 40–100 HBW |
| Latón (CW614N) | Barra estirada | Aprox. 90–150 HBW |
| Acero estructural S235 (EN 1.0038) | En bruto de laminación | Aprox. 120–140 HBW |
| Acero al carbono C45 (EN 1.1191) | Normalizado | Aprox. 170–210 HBW |
| Acero inoxidable EN 1.4301 | Recocido | Aprox. 150–200 HBW |
| Acero aleado 42CrMo4 (EN 1.7220) | Templado y revenido | Aprox. 26–32 HRC |
| Titanio Ti-6Al-4V | Recocido | Aprox. 30–36 HRC |
| Acero de herramienta EN 1.2379 | Templado y revenido | Aprox. 58–63 HRC |
Descubre más sobre estos materiales en nuestras guías sobre acero al carbono, acero inoxidable y aleaciones de cobre.
Cómo influye la dureza de los metales en el mecanizado CNC
Elección de la herramienta
Cuanto más dura es la pieza, más dura y resistente al calor debe ser la herramienta de corte:
| Dureza de la pieza | Materiales típicos | Herramientas recomendadas |
|---|---|---|
| Blanda (por debajo de aprox. 150 HBW) | Aluminio, cobre, latón, acero dulce | HSS o metal duro sin recubrimiento con filos afilados |
| Media (aprox. 150–300 HBW) | Aceros al carbono, aceros inoxidables, aceros pretemplados | Metal duro con recubrimiento |
| Dura (aprox. 45–65 HRC) | Aceros de herramienta templados y aceros para rodamientos | Metal duro con recubrimiento para mecanizado duro, CBN, cerámica; rectificado para el acabado |
La dureza no es el único factor. El titanio y las aleaciones base níquel, como el Inconel, son difíciles de mecanizar aunque no sean extremadamente duros: conducen mal el calor y se endurecen por deformación, por lo que requieren herramientas de metal duro afiladas, velocidades de corte bajas y abundante refrigerante.
Parámetros de corte
A medida que aumenta la dureza, hay que reducir los parámetros de corte para mantener bajo control el desgaste de la herramienta y el calor:
| Dureza | Velocidad de corte | Avance | Profundidad de corte | Desgaste de la herramienta |
|---|---|---|---|---|
| Baja (por debajo de aprox. 150 HBW) | Alta | Media a alta | Media a alta | Bajo |
| Media (aprox. 150–300 HBW) | Media | Medio | Media | Medio |
| Alta (por encima de aprox. 300 HBW / 30 HRC) | Baja | Bajo | Baja | Alto |
Unos parámetros inadecuados provocan herramientas astilladas, sobrecalentamiento, mal acabado superficial y errores dimensionales.
Metales blandos y metales duros en el mecanizado CNC
Los metales blandos, como el aluminio, el cobre, el latón y el acero dulce, se mecanizan con rapidez:
- Velocidades de corte altas y tiempos de mecanizado cortos.
- Larga vida útil de la herramienta y buen acabado superficial.
- Las aleaciones de aluminio y de cobre ofrecen además una buena resistencia a la corrosión.
Sus inconvenientes: menor resistencia mecánica y al desgaste; además, los materiales blandos y dúctiles pueden generar rebabas y filo recrecido en la herramienta.
Los metales duros, como los aceros de herramienta templados y los aceros inoxidables martensíticos, aportan prestaciones:
- Alta resistencia mecánica y excelente resistencia al desgaste.
- Estabilidad dimensional bajo carga, ideal para guías, matrices, ejes y piezas de desgaste.
Sus inconvenientes: mecanizado más lento, mayor desgaste y coste de herramientas, y necesidad de máquinas rígidas, herramientas especiales y una refrigeración eficaz.
Consejos de diseño para materiales duros
La dureza debe tenerse en cuenta desde el principio en la geometría, las tolerancias y el proceso de fabricación de una pieza:
- Mantén una geometría sencilla: en materiales duros, evita cajeras profundas, paredes delgadas y radios interiores pequeños, ya que provocan flexión de la herramienta y tiempos de mecanizado largos.
- Añade redondeos y chaflanes: reducen las concentraciones de tensiones y el riesgo de fisuras durante el temple.
- Define tolerancias realistas: las tolerancias muy estrechas en piezas templadas encarecen considerablemente el coste.
- Mecaniza en blando y templa después: si la pieza final debe ser muy dura, mecanízala en estado blando o pretemplado, aplica el tratamiento térmico y, a continuación, acaba solo las superficies críticas.
- Valora los aceros pretemplados: los aceros templados y revenidos con unos 30 HRC pueden mecanizarse directamente y, a menudo, no necesitan ningún tratamiento térmico adicional.
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- Aceros pretemplados y revenidos: EN 1.1206 equiv. (dureza de referencia 20–34 HRC), EN 1.7220 equiv. (26–32 HRC) y NAK55 equiv. (37–43 HRC).
- Temple a la dureza que necesites: EN 1.2379 equiv. hasta 63 HRC, EN 1.7220 equiv. hasta 55 HRC y EN 1.1206 equiv. hasta 50 HRC; la dureza mínima que especifiques está garantizada.
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Preguntas frecuentes sobre la dureza de los metales
¿Qué es la dureza de los metales?
La dureza de los metales es la resistencia de un metal a la indentación permanente, al rayado y al desgaste. Se mide presionando un penetrador duro contra la superficie y evaluando la huella, por ejemplo con el ensayo Brinell, Rockwell o Vickers.
¿Qué diferencia hay entre HRC, HB y HV?
Son escalas de dureza diferentes. HRC (Rockwell C) mide la profundidad de penetración de un cono de diamante y se utiliza para aceros templados. HB (Brinell) mide el diámetro de la huella de una bola y es adecuada para metales más blandos. HV (Vickers) mide las diagonales de la huella de una pirámide y cubre todos los niveles de dureza.
¿Cómo se convierte HRC a HV o HB?
Utiliza tablas de conversión según la norma ISO 18265, que solo son válidas para aceros. Por ejemplo, 30 HRC equivalen a unos 300 HV y 284 HBW, y 55 HRC a unos 600 HV. Las conversiones son aproximadas y no sustituyen a una medición.
¿Qué metales son los más difíciles de mecanizar?
Los aceros de herramienta templados por encima de unos 45 HRC son los más difíciles de cortar y a menudo requieren herramientas de CBN o rectificado. El titanio y las aleaciones base níquel también son difíciles, no porque sean muy duros, sino porque conducen mal el calor y se endurecen por deformación.
¿Debo mecanizar el acero antes o después del temple?
Normalmente antes. Mecanizar en estado blando o pretemplado es más rápido y económico. Tras el temple solo se acaban las superficies críticas, por ejemplo mediante fresado duro o rectificado, para corregir deformaciones y lograr tolerancias estrechas.
Conclusión
La dureza de los metales describe hasta qué punto un material resiste la indentación y el desgaste, y se mide con los ensayos Brinell, Rockwell y Vickers. Cuanto más duro es el metal, más resistente al desgaste es la pieza, pero más lento y caro resulta el mecanizado. Elige la dureza que realmente requiere la función, utiliza aceros pretemplados o mecaniza en blando antes del temple, y adapta las herramientas y los parámetros de corte al material.