Dureza Brinell: ensayo, fórmula HBW, esfera, carga y normas ISO 6506-1 y ASTM E10

El ensayo de dureza Brinell presiona una esfera de metal duro, de 1 a 10 mm de diámetro, contra la superficie del metal con una fuerza fija, mide el diámetro de la huella que queda y calcula la dureza HBW como la fuerza dividida entre el área del casquete marcado. La fórmula es HBW = 0.102 × 2F / [πD(D − √(D² − d²))], con F en newtons y D y d en milímetros. El resultado se escribe con la escala completa, como 229 HBW 10/3000: dureza 229, esfera de 10 mm y fuerza de 3,000 kgf (29.42 kN). El método lo definen la ISO 6506-1:2014 (ABNT NBR ISO 6506-1:2019 en Brasil) y la ASTM E10-23. En inglés, el número de dureza Brinell también aparece como BHN (Brinell hardness number). El aparato que hace el ensayo es el durómetro Brinell.

Este artículo explica el método a fondo: de dónde sale la fórmula, cómo elegir la esfera y la fuerza, el intervalo válido del diámetro, el espesor mínimo según la ISO y la ASTM, la medición, el informe y tres ejemplos resueltos. La comparación entre todos los métodos de dureza, con el procedimiento resumido de cada uno, está en el artículo ensayo de dureza. El concepto y la tabla de conversión HRC, HV y HB están en dureza de los materiales.

Hay una idea que recorre todo el texto y tiene su propia sección al final: el Brinell mide una sola variable, la resistencia de la superficie a la penetración localizada. La fluencia, el alargamiento, la estricción, el módulo de elasticidad y la tenacidad no salen del número HBW. Salen de los ensayos hechos en la máquina universal de ensayos y del ensayo de impacto.

Cómo funciona el ensayo Brinell

La dureza Brinell es la resistencia de un metal a la deformación permanente bajo una esfera. Se expresa como la fuerza de ensayo dividida entre el área del casquete que deja la esfera. En el ensayo, la esfera de diámetro D se presiona contra la pieza con la fuerza F, sin impacto y en dirección perpendicular a la superficie. La fuerza se mantiene unos segundos y luego se retira. En la pieza queda una huella con forma de casquete esférico. Su diámetro d se mide al microscopio en dos direcciones perpendiculares. Un material blando deja una huella ancha y uno duro deja una huella estrecha. La dureza es la razón entre la fuerza y el área curva de ese casquete, que la norma considera con la forma de la esfera sin carga.

El esquema de abajo, que no está a escala, muestra las cuatro magnitudes del ensayo: la esfera de diámetro D, la fuerza F, el casquete de profundidad h y el diámetro d. En la vista superior, d es el promedio de los dos diámetros medidos, d₁ y d₂.

Hoy el penetrador siempre es una esfera de metal duro, es decir, carburo de tungsteno sinterizado. La W del símbolo HBW viene de Wolfram, el nombre alemán del tungsteno. Las ediciones antiguas de la ISO 6506 permitían una esfera de acero templado y la dureza se escribía HB o HBS. Esa esfera de acero se deformaba al ensayar materiales duros y falseaba la medición. La ISO 6506-1:2014 solo admite metal duro, y todas las escalas de la ASTM E10-23 son HBW. Si alguien todavía describe el ensayo con una "esfera de acero templado", está citando una norma que ya no está vigente.

El ingeniero sueco Johan August Brinell presentó el método en la Exposición de París de 1900. El informe completo se publicó en 1901 en el Journal of the Iron and Steel Institute. Fue el primer ensayo de dureza por penetración normalizado. Entre los ensayos de banco, sigue siendo el que deja la huella más grande, y eso explica tanto sus ventajas como sus limitaciones.

La fórmula de la dureza Brinell: deducción y variables

La fórmula de la dureza Brinell divide la fuerza de ensayo entre el área curva del casquete esférico marcado. Esa área se calcula con el diámetro de la esfera D y el diámetro de la huella d. La fórmula sale de la geometría del casquete en cuatro pasos, y conocerlos evita los errores de cálculo más comunes.

1. Área del casquete. Un casquete de altura h, cortado de una esfera de diámetro D, tiene un área lateral A = π·D·h.
2. Profundidad en función de d. Por el triángulo que forman el radio de la esfera, el radio de la huella y la distancia del centro a la superficie, h = [D − √(D² − d²)] / 2.
3. Área en función de d. Al sustituir, A = (π·D/2)·[D − √(D² − d²)]. Se mide d, que se lee con facilidad, y no h, que no se puede leer con precisión.
4. Dureza. En la definición original, con F en kilogramos-fuerza, HB = F/A = 2F / {π·D·[D − √(D² − d²)]}. En el Sistema Internacional, con F en newtons, se multiplica por 0.102, que es 1/9.80665, el factor de conversión de newton a kilogramo-fuerza.

Queda entonces HBW = 0.102 × 2F / {π·D·[D − √(D² − d²)]}. El factor 0.102 solo sirve para conservar los valores históricos: un acero que daba 229 kgf/mm² en 1920 sigue dando 229 HBW hoy. Por eso el resultado se escribe sin unidad, solo con el símbolo y la escala. La tabla resume las variables:

Símbolo	Significado	Unidad	Valores y regla
D	Diámetro de la esfera	mm	10; 5; 2.5 o 1
F	Fuerza de ensayo	N	de 9.807 N a 29.42 kN
d1, d2	Diámetros medidos a unos 90°	mm	d es el promedio de los dos
d	Diámetro promedio de la huella	mm	de 0.24D a 0.6D
h	Profundidad de la huella	mm	[D − √(D² − d²)] / 2
0.102·F/D²	Índice de carga	adimensional en la práctica	1; 2.5; 5; 10; 15 o 30

Una consecuencia de la deducción es útil antes de ensayar. Como A = π·D·h y HBW = 0.102·F/A, la profundidad esperada es h = 0.102·F / (π·D·HBW), o h = F/(π·D·HBW) con F en kgf. Si se conoce la dureza aproximada del material, se puede prever la profundidad y verificar el espesor mínimo de la pieza sin hacer ninguna huella, como en el ejemplo 2 más adelante.

El cálculo puede hacerse con la fórmula o con la tabla de la ISO 6506-4, que da HBW en función de d para cada combinación de esfera y fuerza. El resultado se redondea a tres cifras significativas: 217, no 217.3.

Esfera, fuerza e índice de carga

El índice de carga 0.102·F/D² es la razón entre la fuerza, en kgf, y el cuadrado del diámetro de la esfera. Este índice define la escala del ensayo Brinell, y elegir la escala es la decisión principal del ensayo. La razón es la semejanza geométrica. Para una misma dureza, el área del casquete es proporcional a F. Si F crece con D², el área crece con D², y la huella de una esfera de 5 mm es una copia reducida de la de una esfera de 10 mm, con la misma razón d/D. Por lo tanto, los ensayos con el mismo índice dan valores comparables aunque las esferas sean distintas. Los ensayos con índices distintos no son comparables.

El índice depende del material y de la dureza esperada. La ISO 6506-1 recomienda 30 para el acero y las aleaciones de níquel y de titanio. Para la fundición de hierro recomienda 10 por debajo de 140 HBW y 30 por encima. Para el cobre y sus aleaciones, 5, 10 o 30. Para los metales ligeros, de 2.5 a 15, y para el plomo y el estaño, 1. La tabla completa por material y rango de dureza está en el artículo ensayo de dureza. Con el índice ya elegido, la norma pide usar la esfera más grande que admita la pieza, porque ensaya un área mayor y da el resultado más representativo.

Cada índice corresponde a un grupo de escalas. La tabla muestra las más usadas, con la fuerza en newtons y el rango de dureza que cubre cada una con d entre 0.24D y 0.6D (valores resumidos de la ISO 6506-1 y la ASTM E10-23):

Escala	Fuerza (N)	Índice 0.102·F/D²	Rango de HBW
HBW 10/3000	29,420	30	95.5 a 650
HBW 10/1500	14,710	15	47.7 a 327
HBW 10/1000	9,807	10	31.8 a 218
HBW 10/500	4,903	5	15.9 a 109
HBW 10/250	2,452	2.5	7.96 a 54.5
HBW 10/100	980.7	1	3.18 a 21.8
HBW 5/750	7,355	30	95.5 a 650
HBW 2.5/187.5	1,839	30	95.5 a 650
HBW 1/30	294.2	30	95.5 a 650

Las cuatro últimas filas muestran la semejanza geométrica en la práctica: con índice 30, las esferas de 10, 5, 2.5 y 1 mm cubren el mismo rango de dureza. La ASTM E10-23 agrega además el índice 1.25 (por ejemplo, HBW 10/125, con 1,226 N). El tope de unos 650 HBW es el límite del método. Por encima de ese valor, la propia esfera de metal duro empieza a deformarse, y lo indicado es usar el Vickers o el Rockwell.

El intervalo válido del diámetro: de 0.24D a 0.6D

La norma pide que el diámetro promedio quede entre 0.24D y 0.6D, es decir, entre 2.4 y 6.0 mm con la esfera de 10 mm. Cada límite tiene una razón física distinta. En el extremo inferior, la huella es pequeña y poco profunda. Un mismo error absoluto de lectura pesa más en el resultado, y el acabado de la superficie afecta más al borde del casquete. En el extremo superior, la esfera se hunde demasiado y la deformación alrededor se extiende. El borde de la huella pierde nitidez y el resultado empieza a depender de la fuerza elegida, lo que rompe la semejanza geométrica.

La gráfica de abajo muestra las dos cosas para la escala HBW 10/3000. A la izquierda está la dureza en función de d. La curva es muy pronunciada en las huellas pequeñas y casi plana en las grandes, y el punto del ejemplo 1 (d = 4.10 mm, 217 HBW) queda a la mitad del intervalo. A la derecha está el error relativo en HBW que provoca un error de 0.01 mm en la lectura de d. Es de 0.85 % en el límite inferior, 0.51 % en 4.10 mm y 0.38 % en el límite superior, y crece rápido por debajo de 2.4 mm.

Los límites del intervalo coinciden con la tabla de escalas. Con d = 6.0 mm, √(100 − 36) = 8.0, el área es π × 10 × 2.0 / 2 = 31.42 mm² y la dureza es 3,000 / 31.42 = 95.5 HBW. Con d = 2.4 mm resultan 653 HBW, que la ASTM redondea a 650. Un d fuera del intervalo no invalida el ensayo por sí mismo, pero la razón d/D debe anotarse en el informe. En la práctica, la solución es cambiar la fuerza.

Por qué el Brinell es el ensayo de las piezas fundidas y forjadas

La huella Brinell es grande. Con la esfera de 10 mm, su diámetro queda entre 2.4 y 6 mm, un área cientos de veces mayor que la de una huella Vickers de rutina. Esa área abarca muchos granos, fases y partículas a la vez, así que el número obtenido es un promedio de la microestructura. En una fundición de hierro, por ejemplo, la matriz metálica convive con láminas o nódulos de grafito mucho más blandos. Una huella pequeña puede caer completa sobre la matriz o sobre el grafito y dar valores muy distintos de un punto a otro. La esfera grande, en cambio, promedia las dos.

En la foto se ven piezas de fundición de hierro y de acero forjado, el campo típico del Brinell. La huella grande de la esfera promedia una microestructura gruesa y heterogénea que una huella pequeña leería punto por punto.

Esa misma característica explica por qué el Brinell tolera superficies solo maquinadas: una rugosidad de algunos micrómetros es pequeña frente a un casquete de varios milímetros. Por eso el método se usa en la inspección de recepción de piezas fundidas (discos de freno, bloques y carcasas), de forjas y de barras y tubos de sección grande. También se usa en el control del tratamiento térmico de piezas en estado recocido, normalizado o templado y revenido (bonificado). La ASTM E10-23 indica que el ensayo es aceptado para la inspección de embarques comerciales.

La limitación es el tamaño de la marca. Un casquete de 4 a 5 mm de diámetro y casi medio milímetro de profundidad no puede quedar en una superficie funcional. Además, el ensayo exige un espesor que no tienen la lámina delgada ni las capas endurecidas. Por eso el acero templado, la lámina delgada y la capa cementada se ensayan con otros métodos.

Ventajas y limitaciones del ensayo Brinell

Las ventajas y las limitaciones del Brinell tienen la misma causa: el tamaño de la huella. La tabla resume ambas columnas, con el número que limita cada caso:

Ventaja	Limitación
La huella de 2.4 a 6 mm (esfera de 10 mm) promedia una microestructura gruesa o heterogénea	La marca inutiliza una superficie funcional y una pieza pequeña
Tolera una superficie solo maquinada o rectificada	Exige un espesor de 8h (ISO) o 10h (ASTM), lo que excluye la lámina delgada y la capa cementada
Cubre de unos 3 a 650 HBW cambiando la esfera y la fuerza	Por encima de unos 650 HBW, la esfera de metal duro deja de ser adecuada
Aceptado para la inspección de embarques comerciales (ASTM E10-23)	Lectura óptica, más lenta que la lectura directa del Rockwell

Paso a paso del ensayo según ISO 6506-1 y ASTM E10

El ensayo Brinell se realiza en nueve etapas: preparar la superficie, verificar el espesor, controlar la temperatura, verificar la máquina, aplicar la fuerza, mantenerla, ubicar las huellas, medir y calcular. La secuencia siguiente sigue la ISO 6506-1:2014, idéntica a la ABNT NBR ISO 6506-1:2019 (su adopción en Brasil), e indica las diferencias de la ASTM E10-23 donde existen. Los números son los de las normas, resumidos con nuestras propias palabras.

1. Preparar la superficie. Lisa y plana, sin cascarilla, suciedad ni lubricante. Con esfera de 10 mm basta maquinar o rectificar; con esferas de 2.5 y 1 mm puede ser necesario pulir, por ejemplo en la pulidora metalográfica. La preparación no debe calentar ni endurecer por deformación la superficie, porque ambas cosas cambian la dureza.
2. Verificar el espesor. Según la ISO, la pieza debe tener al menos 8 veces la profundidad h de la huella; según la ASTM, 10 veces. Una marca visible en el reverso indica que la pieza es demasiado delgada. Esta es la diferencia entre las dos normas que más piezas rechaza, y por eso se detalla justo abajo.
3. Controlar la temperatura. El ensayo se realiza entre 10 °C y 35 °C; cuando se requiere control, a 23 ± 5 °C.
4. Verificar la máquina. El día de uso, en un bloque de referencia certificado, en la escala que se va a usar. La verificación directa e indirecta de la máquina sigue la ISO 6506-2, y los bloques, la ISO 6506-3. La ASTM E10-23 también fija, en la verificación indirecta, límites de repetibilidad y de error que se vuelven más estrechos cuanto más duro es el bloque de referencia.
5. Aplicar la fuerza. Perpendicular a la superficie, sin impacto ni vibración, alcanzando el valor total en 2 a 8 s (7 s nominales).
6. Mantener la fuerza durante 10 a 15 s (14 s nominales). Los materiales que siguen fluyendo bajo carga usan un tiempo mayor, con tolerancia de ±2 s, y el tiempo se indica en la notación.
7. Ubicar las huellas. El centro queda al menos a 2.5d del borde y al menos a 3d del centro de la huella vecina. Cerca del borde falta material para contener la deformación; cerca de otra huella, la esfera cae en la zona endurecida por deformación de la primera.
8. Medir dos diámetros aproximadamente perpendiculares, con la misma iluminación usada en la verificación de la máquina, y usar el promedio. En una superficie rectificada, medir a unos 45° de las marcas del rectificado. En una superficie curva, la huella sale ligeramente elíptica y se usa el promedio de los dos ejes; la norma limita el radio de curvatura mínimo en relación con el diámetro de la esfera. Los sistemas automáticos pueden hacer más mediciones o usar el área proyectada.
9. Calcular y redondear a tres cifras significativas, y escribir el resultado con la escala completa.

Espesor mínimo: 8h según ISO, 10h según ASTM

Toda huella deforma plásticamente una región mucho mayor que el casquete. Si la pieza es delgada, esa región llega al apoyo, la mesa pasa a sostener la huella y el diámetro sale menor que el real, es decir, la dureza sale alta. La ISO 6506-1 fija el mínimo en 8 veces la profundidad; la ASTM E10-23, en 10 veces. La tabla compara ambas para la esfera de 10 mm, con h calculada por la fórmula de la profundidad:

d (mm)	h (mm)	ISO, 8h (mm)	ASTM, 10h (mm)
2.4	0.146	1.17	1.5
3.0	0.230	1.84	2.3
4.0	0.417	3.34	4.2
5.0	0.670	5.36	6.7
5.8	0.927	7.42	9.3

La columna de la ASTM coincide con la tabla de espesores de la E10-23; la de la ISO se calculó como 8h, y el Anexo B de la ISO 6506-1 contiene la tabla oficial. Una pieza de 4 mm de espesor con una huella de 4.0 mm pasa según la ISO y se rechaza según la ASTM. Por eso el informe siempre indica qué norma se siguió.

Medición del diámetro y notación del resultado

La medición es la fuente de error más importante del Brinell, porque todo depende de d. La ASTM E10-23 clasifica los sistemas de medición en dos tipos. El Tipo A (microscopio con líneas móviles, sistema computarizado o análisis de imagen) debe resolver al menos 0.0100 mm con la esfera de 10 mm. El Tipo B, una lupa de mano de 20× o 40× con escala fija, no puede usarse con las esferas de 2.5 y 1 mm, cuyas huellas son demasiado pequeñas para ella.

La notación incluye, en este orden, el valor, el símbolo HBW, el diámetro de la esfera en mm, la fuerza en kgf y, si es distinto de 10 a 15 s, el tiempo de mantenimiento:

• 229 HBW 10/3000: esfera de 10 mm, 3,000 kgf (29.42 kN), tiempo estándar;
• 350 HBW 5/750: esfera de 5 mm, 750 kgf (7.355 kN), tiempo estándar;
• 600 HBW 1/30/20: esfera de 1 mm, 30 kgf (294.2 N), fuerza mantenida durante 20 s.

Según la ASTM E10-23, solo la escala HBW 10/3000 con 10 a 15 s puede escribirse únicamente "HBW", sin el índice. En cualquier otro caso, y siempre según la ISO, el valor sin la escala es ambiguo: "220 HB" puede haberse medido con índices diferentes y no es comparable con nada.

Informe y Brinell portátil

El informe de la ISO 6506-1 incluye la norma, la identificación de la muestra, la fecha, el resultado con la designación completa, la temperatura si está fuera de 10 °C a 35 °C, la relación d/D si está fuera de 0.24 a 0.60, y la base de cualquier conversión a otra escala. La propia norma señala que no existe un procedimiento general de conversión exacta de la dureza Brinell a otras escalas ni a resistencia a la tracción; el tema se trata más adelante.

La ISO 6506-1 aplica a máquinas fijas y portátiles. La ASTM E10-23 admite el portátil que aplica el principio Brinell y aprueba las verificaciones directa e indirecta, siempre que solo se use cuando la máquina fija sea impráctica, con verificación diaria en el sitio. Los portátiles que solo aprueban la verificación indirecta quedan en la ASTM E110. Los equipos que miden por otro principio, como el rebote Leeb, muestran un valor Brinell convertido, que no es resultado de un ensayo Brinell.

Ejemplos resueltos

Los tres ejemplos usan solo las fórmulas y las reglas vistas arriba: el cálculo de HBW con todas las verificaciones, la elección de la escala para una lámina delgada y la elección de la fuerza para una aleación de aluminio.

Ejemplo 1: calcular HBW a partir de la huella. Un bloque de acero de 6 mm de espesor se ensaya con esfera de 10 mm y 29,420 N (3,000 kgf). En el microscopio, d₁ = 4.12 mm y d₂ = 4.08 mm.

1. Diámetro promedio: d = (4.12 + 4.08) / 2 = 4.10 mm. La relación d/D = 0.41 está entre 0.24 y 0.60.
2. D² − d² = 100 − 16.81 = 83.19, y √83.19 = 9.1209 mm.
3. D − √(D² − d²) = 10 − 9.1209 = 0.8791 mm, por lo tanto h = 0.4396 mm.
4. π·D·(D − √(D² − d²)) = 31.416 × 0.8791 = 27.619 mm².
5. HBW = 0.102 × 2 × 29,420 / 27.619 = 6,001.7 / 27.619 = 217.3, o 217 HBW 10/3000. Comprobación en kgf: 2 × 3,000 / 27.619 = 217.2.
6. Espesor: 8h = 3.52 mm (ISO) y 10h = 4.40 mm (ASTM). Los 6 mm cumplen con ambas normas.
7. Espaciamiento: la siguiente huella queda al menos a 3d = 12.3 mm de centro a centro, y el centro al menos a 2.5d = 10.25 mm del borde.

Ejemplo 2: lámina delgada rechazada por espesor. Se debe ensayar una lámina de acero de 3 mm, con dureza esperada de 200 HBW. ¿Sirve la escala HBW 10/3000?

1. Profundidad esperada, con F en kgf: h = 3,000 / (π × 10 × 200) = 0.477 mm.
2. Espesor mínimo según la ISO: 8 × 0.477 = 3.82 mm, mayor que 3 mm. La escala se rechaza.
3. Cambio a HBW 5/750, que tiene el mismo índice 30 y da un resultado comparable: h = 750 / (π × 5 × 200) = 0.239 mm.
4. Espesor mínimo: 8h = 1.91 mm (ISO) y 10h = 2.39 mm (ASTM). La lámina de 3 mm cumple con ambas.
5. Diámetro esperado: d = 2√[h(D − h)] = 2√(0.239 × 4.761) = 2.13 mm, con d/D = 0.43, dentro del rango. La distancia entre centros baja a 3 × 2.13 = 6.4 mm.

Ejemplo 3: elegir la fuerza para una aleación de aluminio. Una pieza de aleación de aluminio debe tener alrededor de 60 HBW, y el laboratorio tiene esfera de 10 mm. ¿Qué fuerza usar?

1. Los metales ligeros entre 35 y 80 HBW usan índice 5, 10 o 15. Con índice 10, F = 10 × 10² / 0.102 = 9,804 N, es decir, la escala tabulada HBW 10/1000 (9,807 N).
2. Área esperada, en kgf: A = 1,000 / 60 = 16.67 mm². Profundidad: h = A / (π·D) = 0.531 mm.
3. Diámetro esperado: d = 2√[0.531 × (10 − 0.531)] = 4.48 mm, con d/D = 0.45. Dentro del rango. El espesor mínimo según la ISO es 8 × 0.531 = 4.24 mm.
4. Contraprueba con la escala del acero, HBW 10/3000: A = 3,000 / 60 = 50 mm², h = 1.59 mm y d = 7.32 mm, con d/D = 0.73. Fuera del rango, y la pieza necesitaría 12.7 mm de espesor. Por eso el aluminio no se ensaya con 3,000 kgf.

Lo que la dureza Brinell no mide: por qué complementarla con la máquina universal

El ensayo Brinell mide una sola magnitud: la resistencia que ofrece la superficie a la penetración localizada de una esfera, bajo un estado de esfuerzos muy particular, concentrado justo debajo de la huella. Es una medida útil, rápida y casi no destructiva, pero es solo una. La ASTM E10-23 recuerda que la dureza en un punto puede no representar a toda la pieza, y la ISO 18265 indica que cada valor de dureza es válido solo para la región inmediata de la huella.

Lo que la dureza no dice es justamente lo que define si un material sirve para una estructura, un eje o un recipiente a presión: dónde empieza a deformarse permanentemente, cuánto se alarga antes de romperse, cuánto se estira de forma elástica y cuánta energía absorbe hasta fracturarse. Cada una de estas propiedades tiene su ensayo. La tabla muestra lo que informa la dureza, el ensayo que mide cada propiedad y el equipo:

Propiedad	¿La dureza lo informa?	Ensayo que la mide	Equipo
Resistencia a la tracción (Rm)	Solo como estimación, sin valor de aceptación	Tracción	Máquina universal con mordazas
Límite de fluencia (ReH, Rp0.2)	No; la correlación es aún más débil que la de Rm	Tracción con extensómetro	Máquina universal con extensómetro
Alargamiento después de la rotura (A)	No	Tracción hasta la rotura	Máquina universal
Estricción (Z)	No	Tracción hasta la rotura	Máquina universal
Módulo de elasticidad (E)	No	Tracción con extensómetro	Máquina universal con extensómetro
Resistencia a la compresión	No	Compresión	Máquina universal con platos o prensa
Resistencia a la flexión	No	Flexión en 3 o 4 puntos	Máquina universal con dispositivo de flexión
Ductilidad en doblado (si agrieta o no)	No	Doblado	Máquina universal con dispositivo de doblado
Tenacidad al impacto (J)	No	Impacto Charpy o Izod	Péndulo de impacto

Casi toda la columna de la derecha es la misma máquina. El ensayo de tracción entrega, de una sola curva, el límite de fluencia, la resistencia a la tracción, el alargamiento y la estricción, que miden la ductilidad, y, con extensómetro, el módulo de elasticidad; el diagrama esfuerzo-deformación muestra todo esto a la vez. El ensayo de compresión, el ensayo de flexión y el ensayo de doblado usan la misma máquina con otros dispositivos. La tenacidad al impacto corresponde al ensayo de impacto, en péndulo.

La correlación Rm ≈ 3.45 × HB y sus límites

En los aceros existe una correlación práctica entre dureza y resistencia: R_m (MPa) ≈ 3.45 × HB, la regla de Callister y Rethwisch, obtenida con datos del Metals Handbook. La base física viene de Tabor (1956): la presión media bajo el penetrador es cerca de tres veces el esfuerzo de fluencia del material a una deformación representativa. Por lo tanto, la dureza mide indirectamente un esfuerzo de fluencia que ya incluye cierto endurecimiento por deformación, y no el R_m en sí. Funciona en los aceros porque en ellos la relación entre fluencia, endurecimiento por deformación y R_m es parecida de un acero a otro.

Los límites de la regla están escritos en las propias normas de conversión. La ISO 18265:2013 dice que la estimación de la resistencia a la tracción es la menos confiable de todas las conversiones de dureza, que el valor convertido solo se aplica directamente al material exacto que generó la tabla y que no sustituye el resultado obtenido por el método normalizado. La ASTM E140 dice que las conversiones son aproximadas y deben usarse solo cuando no sea posible ensayar en las condiciones especificadas. En la práctica, la regla sirve para selección preliminar y control de proceso, nunca para aceptar material.

Ejemplo numérico: la estimación por dureza contra el ensayo de tracción

Una barra de acero AISI 1045 estirado en frío midió 179 HB. El certificado típico de este material, obtenido en ensayo de tracción (datos de MatWeb para barra de 19 a 32 mm), indica R_m = 625 MPa, límite de fluencia de 530 MPa, alargamiento de 12 % y estricción de 35 %.

1. Estimación por dureza: R_m ≈ 3.45 × 179 = 617.6 MPa.
2. Error: (617.6 − 625) / 625 = −1.2 %. Para un acero, la estimación acertó bien.
3. Lo que la tracción dio de más: la fluencia de 530 MPa, que es el 85 % del R_m, relación típica de material estirado en frío y muy por encima del 55 % aproximado del mismo 1045 laminado en caliente (310 de 565 MPa); el alargamiento de 12 %; la estricción de 35 %; y, con extensómetro, el módulo. Ninguno de estos números sale de 179 HB. Un diseñador que dimensionara la barra por la fluencia, como es lo usual, no tendría el dato que necesita.
4. Contraprueba en un material de la misma dureza: una fundición gris ASTM A48 clase 30, con dureza típica de 187 a 241 HB, mide 200 HB. La regla del acero da 3.45 × 200 = 690 MPa. El mínimo de la clase es 207 MPa (30 ksi). La estimación da 3.3 veces el mínimo garantizado, un error de 233 %, y el alargamiento de la fundición gris es inferior a 0.5 %, contra 12 % del acero.

La gráfica siguiente coloca estos materiales en el mismo plano. El acero 1045 estirado en frío cae sobre la recta 3.45 × HB, y el 1045 recocido y el laminado, ambos con cerca de 163 HB y 565 MPa, también. En el mismo rango de dureza, la fundición nodular ASTM A536 65-45-12 (156 a 217 HB, R_m mínimo de 448 MPa) queda por debajo de la recta, y la gris, muy por debajo.

La fundición nodular y la gris son el caso más didáctico de "misma dureza, comportamiento diferente". La matriz metálica de ambas puede ser parecida, y la dureza también; lo que cambia es la forma del grafito. En la gris forma láminas, que funcionan como entallas internas y concentran esfuerzos: el material se rompe a 207 MPa con alargamiento prácticamente nulo. En la nodular el grafito forma esferas, que no concentran esfuerzos: el material llega a 448 MPa con 12 % de alargamiento. La esfera Brinell, que comprime la superficie, no detecta esta diferencia; la tracción, que abre las entallas, sí. La forma del grafito se observa en el microscopio metalográfico.

Incluso entre aceros, la dureza no agota el comportamiento. El 1045 recocido y el laminado en caliente aparecen con cerca de 163 HB y propiedades de tracción casi iguales en los valores típicos, pero con alargamiento de 20 % en el recocido y de 16 % en el laminado. Y un acero templado y revenido en el rango de fragilización por revenido puede tener la misma dureza que un acero bien revenido y absorber mucha menos energía en el impacto. Solo el ensayo de impacto lo muestra.

Cuánta máquina requiere el ensayo de tracción complementario

Para el ejemplo del 1045 estirado en frío, la probeta maquinada de 10 mm de diámetro tiene una sección de π × 10² / 4 = 78.54 mm². La fuerza en la fluencia es 530 × 78.54 = 41.6 kN, y la fuerza máxima, 625 × 78.54 = 49.1 kN. Esta queda a 2 % de la escala completa de una máquina de 50 kN, sin margen: el ensayo requiere la máquina de 100 a 200 kN. Con una probeta de 6 mm, que la ISO 6892-1 también admite, la sección baja a 28.27 mm² y la fuerza máxima a 17.7 kN, dentro de la máquina de 50 kN. La elección de la geometría se detalla en el artículo sobre probeta de ensayo y en la guía de la ASTM E8 e ISO 6892-1.

Brinell × Rockwell, y HB × HRC

La diferencia entre los ensayos Brinell y Rockwell está en la magnitud medida: el Brinell mide el diámetro de la huella de una esfera, y el Rockwell, la profundidad de la huella bajo precarga. El Brinell mide el diámetro de una huella grande, después de retirar la fuerza, con microscopio. El Rockwell aplica una precarga, que define un plano de referencia, luego una fuerza adicional, y lee la profundidad permanente directamente en el equipo, todavía bajo la precarga. La tabla lo resume:

Aspecto	Brinell (ISO 6506-1, ASTM E10)	Rockwell (ISO 6508-1, ASTM E18)
Penetrador	Esfera de metal duro de 1 a 10 mm	Cono de diamante o esfera pequeña, según la escala
Magnitud medida	Diámetro de la huella, después de la descarga	Profundidad permanente, bajo precarga
Huella	Grande: promedia la microestructura	Pequeña: lee un punto
Lectura	Óptica, más lenta	Directa, rápida
Uso típico	Piezas fundidas, forjadas, acero recocido o normalizado, no ferrosos	Producción en serie, acero templado

Como las magnitudes medidas son diferentes, no existe una fórmula entre HB y HRC. La conversión se hace con tablas empíricas por grupo de material, la ASTM E140 y la ISO 18265, y es aproximada. La tabla HRC, HV y HB para aceros y sus límites están en dureza de los materiales; el procedimiento del Rockwell, en el artículo ensayo de dureza.

Cómo interpretar el resultado del ensayo Brinell

Un resultado Brinell solo se interpreta con la escala completa, la norma seguida y la posición de la huella en la pieza. Los puntos siguientes son los que más dudas generan en informes y especificaciones, incluso entre profesionales con experiencia.

¿Un diámetro fuera de 0.24D a 0.6D invalida el ensayo?

No automáticamente. La ISO 6506-1 pide que la relación d/D se registre en el informe cuando quede fuera del rango, y el resultado deja de ser directamente comparable con otros obtenidos dentro de él. Si la especificación no indica lo contrario, lo correcto es repetir el ensayo con otra fuerza u otra esfera, manteniendo el índice cuando sea posible.

¿Puedo comparar 200 HBW 10/3000 con 200 HBW 10/1000?

No. Los índices son diferentes (30 y 10), y la semejanza geométrica solo vale para el mismo índice. En cambio, 200 HBW 10/3000 y 200 HBW 5/750 sí son comparables, porque ambos tienen índice 30. Por eso la especificación debe indicar la escala, y no solo el número.

¿HB, HBS y HBW son lo mismo?

No en la norma actual. HB y HBS eran las designaciones de la época en que se usaba esfera de acero; HBW indica esfera de metal duro, la única admitida hoy. Los planos antiguos que piden "HB" se cumplen, en la práctica, con HBW en la escala correspondiente, pero el informe debe escribir HBW.

¿La dureza medida representa a toda la pieza?

Representa la región de la huella. En una pieza con capa descarburada, con acritud superficial o con gradiente de dureza de la superficie al núcleo, como una barra gruesa templada, el Brinell lee la superficie. La ASTM E10-23 hace esta salvedad expresamente. Para saber qué ocurre en el interior, se usa un perfil de dureza en una sección o un ensayo de tracción en una probeta extraída de la posición especificada.

¿Un valor Brinell obtenido con un durómetro portátil de rebote vale como Brinell?

No. El equipo de rebote mide la relación entre velocidades y la convierte a HB mediante una tabla. El valor es convertido, no medido por el principio Brinell, y no cumple con la ASTM E10. Debe reportarse como convertido, indicando la tabla utilizada.

Si la dureza está dentro del rango, ¿el material está aprobado?

Solo si la especificación del producto acepta la dureza como criterio. El acero estructural, la varilla corrugada, los tornillos y la placa para recipientes a presión se aprueban por propiedades de tracción, y a veces por doblado e impacto, definidas en la norma del producto. Una dureza dentro del rango indica que el proceso probablemente salió bien; quien confirma las propiedades es el ensayo especificado.

Errores comunes en el ensayo Brinell

Los siguientes errores aparecen con frecuencia en informes, apuntes y páginas de búsqueda, y cada uno cambia el resultado o lo vuelve incomparable.

1. Hablar de esfera de acero templado. Desde la ISO 6506-1:2014 solo se usa metal duro, y el símbolo es HBW.
2. Escribir el valor sin la escala. "220 HB" no indica la esfera ni la fuerza.
3. Comparar valores de índices de carga diferentes. Solo el mismo índice da números comparables.
4. Ignorar el rango de d. Fuera de 0.24D a 0.6D, cambie la fuerza y registre d/D si mantiene el ensayo.
5. Pieza delgada o huella cerca del borde o de otra huella. Respete 8h (ISO) o 10h (ASTM), 3d entre centros y 2.5d hasta el borde.
6. Confundir la regla de la ISO con la de la ASTM para el espesor. Indique siempre qué norma se siguió.
7. Medir sobre una superficie mal preparada o que se calentó o endureció por deformación durante la preparación. En superficie rectificada, medir a 45° de las marcas.
8. Usar la fórmula de superficie plana en una superficie curva sin considerar la curvatura; la fórmula de la ISO vale para superficie plana, y radios de curvatura demasiado pequeños en relación con la esfera invalidan el resultado.
9. Creer que el Brinell solo usa de 500 a 3,000 kgf, mantenidos de 10 a 30 s. Las escalas van de 1 kgf (9.807 N) a 3,000 kgf, y el tiempo normal es de 10 a 15 s; un tiempo mayor solo para material que fluye bajo carga, y se indica en la notación.
10. Escribir HBW con unidad, en MPa o kgf/mm². El número se escribe sin unidad, con el símbolo y la escala.
11. Ensayar material por encima de unos 650 HBW. La esfera queda fuera de su rango; use Vickers o Rockwell.
12. Usar R_m ≈ 3.45 × HB fuera del acero, o usarla para aceptar acero.
13. Redondear mal. Son tres cifras significativas: 217, no 217.3.

Equipos para los ensayos que complementan la dureza

Biopdi no fabrica durómetros. Fabricamos la máquina que realiza los ensayos que la dureza no sustituye: tracción (prueba de tensión), compresión, flexión y doblado, todos en una misma máquina universal de ensayos, con solo cambiar el dispositivo. La línea M2 tiene celda de carga clase 1 según la ISO 7500-1 (ABNT NBR ISO 7500-1:2023 en Brasil) y el software BioLab, que traza la curva fuerza × desplazamiento y, con extensómetro, el diagrama esfuerzo-deformación, y calcula la fluencia, R_m, el alargamiento y el módulo. El panel siguiente muestra la máquina, la función de cada parte en estos ensayos y los dispositivos.

La capacidad se elige por la fuerza máxima de la probeta. Láminas y probetas maquinadas de hasta unos 6 mm de diámetro en acero, como la del ejemplo anterior, caben en la máquina de 5 a 50 kN (MBIOII-50-M2); las probetas de 10 mm de acero de medio carbono, las barras y las varillas corrugadas de hasta 16 mm requieren la máquina de 100 a 200 kN (MBIOII-200-M2). Para ver la microestructura que explica la dureza, como la forma del grafito de un hierro fundido, la muestra se prepara en la pulidora y se observa en el microscopio metalográfico. Las demás configuraciones están en la página de la máquina universal de ensayos, y puede solicitar una cotización para los materiales de su laboratorio.

Normas del ensayo de dureza Brinell

La ISO divide el Brinell en cuatro partes: método, verificación de la máquina, bloques de referencia y tabla de valores. La ABNT (el organismo brasileño de normalización) adopta la serie como NBR ISO 6506. La tabla presenta las ediciones y el estatus verificados el 30/09/2026 en las páginas oficiales (iso.org y store.astm.org) y en el catálogo de la ABNT:

Norma	Qué trata	Edición y estatus
ISO 6506-1	Brinell, método de ensayo	2014, confirmada en 2019, en revisión en la ISO
ABNT NBR ISO 6506-1	Brinell, método de ensayo (adopción idéntica de la ISO en Brasil)	2019, vigente
ISO 6506-2	verificación y calibración de la máquina	2017, en revisión en la ISO
ISO 6506-3	calibración de los bloques de referencia	2014, confirmada en 2019, en revisión en la ISO
ISO 6506-4	tabla de valores de HBW en función de d	2014, confirmada en 2024
ASTM E10	Brinell de materiales metálicos, incluidos los portátiles	E10-23, activa
ASTM E110	Rockwell y Brinell con durómetros portátiles	E110-14(2023)
ISO 18265	conversión de valores de dureza y estimación de Rm	2013, confirmada en 2024
ASTM E140	tablas de conversión de dureza	E140-12B(2019)e1

La ISO está revisando la ISO 6506-1, y hay una nueva edición en elaboración; hasta que se publique, la edición de 2014 sigue siendo la vigente (estatus verificado en iso.org el 01/10/2026). En Brasil, la ABNT NBR ISO 6506-1:2019 canceló y sustituyó a la antigua NBR NM ISO 6506-1:2010.