Comprender las filiaciones de dureza de los materiales
La dureza es una propiedad mecánica fundamental de un material, que define su resistencia a la penetración, al impacto y al desgaste.
Hoy en día, no basta con conocer la dureza de un material base. Es esencial evaluar cómo evoluciona esta propiedad cuando la materia sufre una transformación, como la soldadura. Ahí es donde interviene el método de análisis de la filiación de dureza.
¿Qué es una filiación de dureza?
La filiación de dureza es una serie de mediciones puntuales realizadas a lo largo de una línea precisa sobre una muestra.
El objetivo es cartografiar la evolución de la dureza a través de zonas específicas en las que el material ha sido modificado.
Esta técnica resulta especialmente interesante para evaluar el impacto de un tratamiento térmico o para analizar la calidad de un cordón de soldadura.
La filiación permite trazar un «perfil» de dureza, revelando las zonas en las que la materia puede haberse ablandado o, por el contrario, haberse fragilizado al volverse excesivamente dura.
La microdureza Vickers (HV): el método de referencia para la filiación de dureza
Para obtener una filiación fiable, el análisis requiere un método capaz de medir la dureza con gran precisión y una resolución espacial fina. La técnica de elección suele ser la Microdureza Vickers (HV).
El principio del ensayo de dureza Vickers
El ensayo Vickers consiste en introducir un penetrador de diamante de forma piramidal en la superficie del material bajo una carga normalizada.
La fuerza se aplica (a menudo una Microdureza HV 0.3 para los análisis finos, lo que indica una carga muy baja),
Una vez retirada la carga, se miden ópticamente las dos diagonales de la huella dejada.
La dureza Vickers (HV) se calcula entonces a partir de la fuerza aplicada y del tamaño medio de la huella.
El uso de la microdureza (HV 0.3) es indispensable para la filiación, ya que permite realizar mediciones muy próximas entre sí en zonas microscópicas, respetando al mismo tiempo las distancias mínimas impuestas por normas como la NF EN ISO 6507-1:2023.
La filiación de dureza y el estudio de los conjuntos soldados
Una de las aplicaciones más importantes de la filiación de dureza es el estudio de los conjuntos soldados. Cuando se sueldan dos piezas, el intenso calor del baño de fusión afecta inevitablemente al metal base adyacente. Esta zona se denomina Zona Afectada Térmicamente (ZAT).
En la ZAT, el metal sufre un ciclo térmico rápido (calentamiento y luego enfriamiento), lo que provoca modificaciones en su microestructura y, en consecuencia, en sus propiedades mecánicas.
El reto es importante:
Una ZAT demasiado dura puede significar fragilización y un mayor riesgo de fisuración en frío.
Una ZAT demasiado blanda puede comprometer la resistencia mecánica global del conjunto.
Las modificaciones químicas (como la precipitación de carburos de cromo) pueden aumentar los riesgos de corrosión.
La filiación de dureza permite visualizar con precisión el perfil de dureza en tres zonas críticas: el metal base no afectado, la ZAT y el metal fundido (cordón).
Caso de cliente: la filiación de dureza para validar un proceso de soldadura
- En este caso, el cliente, especializado en metalurgia, se enfrentaba a problemas recurrentes de fragilización en una serie de piezas soldadas críticas. La fabricación utilizaba el proceso de soldadura por arco con electrodo revestido (SMAW) sobre un acero de baja aleación. Aunque se había respetado el procedimiento de soldadura (DMOS), aparecían microfisuras durante los controles de calidad posteriores. El riesgo de fallo prematuro del conjunto era importante.
- El metalurgista sospechaba que el aporte de calor y el enfriamiento posterior provocaban una modificación estructural crítica en la Zona Afectada Térmicamente (ZAT). Temía la formación no deseada de martensita, una estructura extremadamente dura, pero muy frágil, directamente relacionada con el ciclo térmico de la soldadura.
- El metalurgista solicitó al laboratorio FILAB realizar una filiación de dureza según la norma NF EN ISO 6507-1 (Microdureza Vickers, HV 0.3). Este método consistió en realizar una serie de 100 puntos de medición ultraprecisos, alineados perpendicularmente al cordón de soldadura SMAW. El objetivo era cartografiar el perfil de dureza desde el metal base, a través de la ZAT, hasta el metal fundido.
- Los resultados de la filiación pusieron claramente de manifiesto un pico de dureza crítico en la ZAT, alcanzando +50 HV (unidades Vickers) con respecto al metal base. Este pico confirmó la hipótesis del cliente: el enfriamiento era demasiado rápido, provocando la formación de martensita y, en consecuencia, un alto riesgo de fisuración en frío.
- El informe de peritaje permitió al cliente ajustar su procedimiento de soldadura introduciendo una etapa de precalentamiento y reduciendo la energía de soldadura para ralentizar el enfriamiento. Las nuevas filiaciones de dureza mostraron una curva de dureza suavizada y valores ahora conformes con las especificaciones requeridas, validando la integridad de sus soldaduras.
