ASTM E92: Dureza Vickers y Knoop qué mide, cómo se reporta y cómo estimar la incertidumbre

Esta norma establece los métodos de ensayo para determinar la dureza Vickers (HV) y Knoop (HK) mediante indentación estática con penetradores de diamante. Delimita qué se considera medición válida (superficies preparadas, fuerzas de ensayo aplicables y lectura óptica confiable de la huella) y cuándo usar cada escala: Vickers para un rango amplio de materiales y espesores, y Knoop cuando se requiere una huella alargada que reduce la penetración y facilita la evaluación de capas delgadas o zonas pequeñas.

El documento define los elementos mínimos del sistema de ensayo (máquina, penetrador, control de fuerza y de tiempo de aplicación), la preparación de la superficie de la probeta, el procedimiento de carga y descarga, la medición de la huella y el cálculo del valor de dureza que se reporta como HV o HK. Además, indica los requisitos para verificar el desempeño del equipo con patrones apropiados, así como el contenido esencial del informe de resultados para garantizar la comparabilidad entre laboratorios.

Las unidades del Sistema Internacional son las de referencia. Las equivalencias con otras escalas de dureza no forman parte del alcance—si se requieren conversiones, deben gestionarse con normas específicas—y la norma no pretende cubrir todos los aspectos de seguridad, por lo que el laboratorio debe establecer y documentar sus prácticas de protección, medio ambiente y cumplimiento regulatorio antes de operar. En síntesis, el alcance pauta qué se mide, con qué se mide y cómo debe presentarse el resultado para que sea trazable y útil en control de calidad, caracterización de materiales y evaluación de tratamientos térmicos o superficiales.

Dureza por indentación. Es la respuesta de un material a la penetración controlada de un diamante. En este método se registra la huella, se miden sus dimensiones con microscopía y se convierte esa medida en un número de dureza comparable entre piezas y laboratorios.

Vickers (HV) y Knoop (HK). Son dos escalas complementarias. Vickers utiliza una pirámide de base cuadrada; el número HV se obtiene a partir del área de la huella y la media de sus dos diagonales. Knoop emplea un diamante alargado; el número HK se basa en el área proyectada y la diagonal larga. La geometría de Knoop produce huellas más estrechas y menos profundas, conveniente para capas delgadas, bordes o gradientes de dureza; Vickers ofrece versatilidad en fuerzas y materiales.

Escala y notación. Un resultado típico se escribe como HV x o HK y, donde la letra identifica la escala y el valor indica la fuerza de ensayo utilizada. El uso del Sistema Internacional es la referencia; se aceptan notaciones históricas por fuerza siempre que el informe sea claro y coherente.

Micro vs. macroindentación. En micro se trabaja con fuerzas pequeñas para evitar daños o evaluar microestructuras finas; en macro se aplican fuerzas mayores buscando mejor relación señal‑ruido en piezas más robustas. La elección depende del espesor útil del material, del tamaño de grano y del objetivo de la medición.

Impresión y medición. La lectura es óptica: enfoque nítido, bordes definidos y ausencia de deformaciones que falseen la geometría. En Vickers se promedian ambas diagonales; en Knoop se mide la diagonal larga. Un espaciado adecuado entre huellas y respecto a bordes evita influencias indeseadas. En superficies curvas, la lectura puede desviarse: existen correcciones permitidas para reportar valores comparables.

Tiempo de aplicación de fuerza. La fuerza no se aplica ni se retira de forma brusca. Se controla un tiempo de permanencia para estabilizar la huella antes de medir. Si se usan tiempos distintos a los habituales, se declara explícitamente en el reporte.

Probeta y preparación. La superficie debe ser plana, pulida y libre de daño térmico o mecánico de preparación. El espesor debe superar con holgura la profundidad de la huella para que la medición represente al material y no a la base o al montaje.

Verificación del sistema de dureza. Las máquinas se controlan por tres vías: verificación directa (fuerza aplicada, alineación y óptica), verificación indirecta (medición de bloques patrón certificados) y verificación periódica en uso. El objetivo es asegurar que las lecturas sean reproducibles y trazables.

Estandarización de penetradores y bloques. Los penetradores se inspeccionan y certifican por geometría; los bloques patrón se fabrican, miden y certifican con requisitos de homogeneidad, repetibilidad y marcado. Ambos elementos son la base de la comparabilidad entre laboratorios y del soporte metrológico de los resultados.

Reporte del resultado. Un informe claro identifica la escala (HV/HK), la fuerza utilizada, el número de mediciones, el valor promedio y la dispersión, además de cualquier condición especial que afecte la lectura (tiempos de aplicación, correcciones por curvatura, entre otras). Las conversiones entre escalas se consideran aproximadas y, si se incluyen, se distinguen del valor medido. La incertidumbre de medición puede estimarse con un procedimiento estructurado que contempla contribuciones del equipo, del operador y de los patrones.

Repetibilidad y error. La repetibilidad describe la variación que se observa al repetir mediciones bajo condiciones constantes; el error es la desviación respecto a un valor de referencia certificado. Juntas orientan el mantenimiento del sistema y la credibilidad de los datos.

Medir dureza con Vickers (HV) y Knoop (HK) ofrece un lenguaje común para comparar materiales, estabilizar procesos y respaldar decisiones de ingeniería. Aun siendo una medida empírica, la dureza suele correlacionarse con tendencias de resistencia a la tensión, funciona como indicador de desgaste y ayuda a identificar cambios de ductilidad sin recurrir de inmediato a ensayos más costosos o destructivos.

El método cubre desde microindentación hasta fuerzas elevadas, por lo que se adapta a piezas muy delgadas y también a componentes robustos. La escala Vickers es versátil en un amplio rango de fuerzas y materiales; Knoop genera huellas más estrechas y poco profundas, útil para capas delgadas, bordes y gradientes de dureza. Esta flexibilidad permite estudiar regiones pequeñas de una pieza, mapear variaciones locales y seleccionar la combinación “escala‑fuerza” que maximiza la legibilidad de la huella y la repetibilidad del dato.

La norma refuerza la comparabilidad entre laboratorios mediante verificación de máquinas, estandarización de penetradores y uso de bloques patrón. Ese andamiaje metrológico reduce sesgos de equipo y operador, sostiene la trazabilidad de los resultados y facilita auditorías y transferencias técnicas entre cliente y proveedor.

Existen límites y buenas prácticas que protegen la calidad del dato. Un único valor puede no representar a todo el volumen cuando el material es heterogéneo; las conversiones entre escalas son aproximadas y deben distinguirse del valor medido; las superficies curvas requieren correcciones para reportar valores comparables; y las condiciones de medición (como el tiempo de permanencia de la fuerza) deben declararse. La edición actual también incluye un marco práctico para estimar la incertidumbre de medición, de modo que el resultado no sea solo un número, sino un dato con confiabilidad cuantificada.

En conjunto, el ensayo según esta norma entrega resultados útiles para control de calidad, homologación de proveedores, evaluación de tratamientos térmicos o superficiales y soporte de I+D, con reportes claros y defendibles.

La medición de dureza Vickers y Knoop aporta un lenguaje común para aceptar materiales, ajustar procesos y documentar conformidad. Por eso se ha vuelto transversal a múltiples cadenas de suministro.

En automotriz y autopartes, la dureza orienta decisiones sobre tratamientos térmicos y superficiales en ejes, engranes y resortes. Permite comparar lotes, detectar desvíos por desgaste de hornos o medios de temple y documentar la calidad en piezas con zonas críticas (dientes, cuellos, bordes).

En aeroespacial y defensa, donde abundan superaleaciones y componentes delgados, Knoop ayuda a perfilar gradientes cercanos a bordes o recubrimientos, mientras que Vickers ofrece una base de comparación entre proveedores y etapas del proceso (forja, mecanizado, tratamiento y acabado). La trazabilidad del resultado facilita auditorías y transferencias técnicas.

En energía y oil & gas, los mapas de dureza en soldaduras y recargues son parte del control de integridad. La verificación periódica del sistema y el uso de bloques patrón dan confianza al dato cuando se cualifican procedimientos, se revisan reparaciones o se evalúa desempeño en servicio.

En metalmecánica y tratamientos térmicos, HV y HK son herramientas cotidianas para validar cementación, carbonitruración, nitruración y revenidos. La combinación “escala‑fuerza” adecuada permite evaluar casos delgados sin comprometer la pieza, y monitorear la consistencia del proceso a lo largo del tiempo.

En manufactura aditiva metálica, la dureza apoya la estabilización del proceso (parámetros de fusión y posprocesos) y la comparabilidad entre orientaciones de construcción. Ayuda a entender anisotropías y a establecer ventanas de proceso antes de invertir en campañas mecánicas más extensas.

En recubrimientos y superficies funcionales, Knoop resulta útil por su huella alargada y poco profunda para evaluar capas finas (PVD, CVD, nitruración, rociado térmico), mientras que Vickers sirve para comparar sustratos y subcapas. En piezas curvas, las correcciones de reporte permiten conservar la comparabilidad.

En dispositivos médicos metálicos, la dureza contribuye a la liberación de lotes y a la validación de tratamientos superficiales en aleaciones como titanio o Co‑Cr. La claridad del reporte (escala, fuerza y condiciones de medición) sostiene el diálogo con clientes y entes reguladores.

En soldadura, inspección y laboratorio de pruebas, los ensayos de dureza forman parte del conjunto de verificaciones que acompañan calificaciones de procedimiento, análisis de falla y peritajes, y complementan técnicas como metalografía o ensayos mecánicos.

Finalmente, en I+D y academia, HV/HK ofrecen una vía rápida para explorar efectos de composición, microestructura o tratamientos, y para enseñar buenas prácticas de medición, verificación y estimación de incertidumbre.

Esta norma está orientada principalmente a materiales metálicos en forma de productos, piezas terminadas, soldaduras y probetas de proceso. Es adecuada para aceros, aleaciones de aluminio, cobre, níquel, titanio y superaleaciones, entre otros, siempre que la superficie pueda prepararse de modo que la huella de indentación sea nítida y medible. También puede emplearse en componentes de geometría compleja —planos, cilindros o esferas— siempre que se controlen las condiciones de apoyo y de lectura para conservar la comparabilidad del resultado.

Cuando se evalúan capas delgadas, bordes o zonas con gradiente de dureza, la escala Knoop suele resultar ventajosa por su huella alargada y poco profunda. Para sustratos homogéneos o fuerzas de ensayo mayores, la escala Vickers ofrece versatilidad y una lectura robusta basada en el promedio de dos diagonales. En materiales no metálicos existen normas específicas; en estos casos, la aplicación del presente método requiere criterios adicionales para asegurar que la lectura sea representativa y trazable.

La selección de especímenes debe reflejar el objetivo de la medición: control de lote, validación de proceso o análisis de una zona crítica. Conviene identificar la región de interés (por ejemplo, zona afectada por calor, superficie tratada, núcleo o borde) y documentar la orientación de corte y la historia térmica, ya que estas variables influyen directamente en el resultado.

La superficie de prueba debe ser plana, pulida y libre de daño de preparación. La geometría y el acabado superficial condicionan la calidad de los bordes de la huella, por lo que es preferible una preparación progresiva que minimice deformación plástica subsuperficial. El espesor útil del espécimen debe superar con holgura la profundidad de la huella para evitar que el soporte o la cara opuesta alteren la lectura.

En piezas pequeñas o de forma irregular, el montaje debe impedir desplazamientos durante la aplicación de la fuerza y mantener la superficie normal al eje del penetrador. El medio de montaje no debe fluir ni introducir tensiones que distorsionen la huella. En superficies curvas, la lectura puede desviarse respecto de una superficie plana; en esos casos se aplican correcciones de reporte reconocidas para conservar la comparabilidad entre piezas.

Para preservar la integridad de la medición, se mantiene una distancia suficiente entre huellas y respecto a bordes o inclusiones visibles. En materiales anisótropos o con textura marcada, la orientación de la huella Knoop puede planificarse para investigar direccionalidad sin comprometer la legibilidad del contorno.

En suma, la norma es aplicable a una amplia familia de metales y situaciones industriales, siempre que la probeta ofrezca una superficie medible, un espesor compatible con la profundidad de indentación y condiciones de apoyo y lectura que aseguren un resultado claro, reproducible y trazable.

El ensayo de dureza por Vickers y Knoop combina versatilidad y resolución local. Con un mismo principio físico—indentación estática—permite trabajar desde microregiones hasta piezas robustas, ajustando la fuerza a la sensibilidad requerida. La escala Vickers aporta amplitud de uso y comparabilidad histórica en metales de distinta dureza; Knoop, con su huella alargada y poco profunda, resulta especialmente útil para capas delgadas, cercanías a bordes y perfiles de gradiente donde se necesita “ver” cambios en muy poca profundidad. Ese abanico facilita decisiones rápidas en recepción de material, ajuste de tratamientos térmicos y validación de recubrimientos.

Otra fortaleza es la trazabilidad metrológica: el método descansa en verificación de máquinas, estandarización de penetradores y uso de bloques patrón. Este andamiaje controla sesgos de equipo y operador, mejora la repetibilidad y permite que datos obtenidos en distintos laboratorios sean comparables. Además, el formato de reporte—con identificación clara de escala y fuerza, y declaración de condiciones particulares como el tiempo de permanencia de la carga—favorece auditorías técnicas y la defensa del resultado ante clientes o reguladores. Cuando la geometría de la pieza complica la lectura, existen correcciones reconocidas para superficies curvas que preservan la comparabilidad sin forzar interpretaciones.

Como toda técnica, tiene fronteras. La dureza es una medida empírica: orienta sobre tendencias de resistencia, desgaste o ductilidad, pero no sustituye ensayos mecánicos cuando se requiere una cuantificación directa de propiedades. Un único valor puede no representar al material completo si hay heterogeneidad; conviene planificar múltiples indentaciones en regiones relevantes. Las conversiones entre escalas proporcionan equivalencias aproximadas y deben diferenciarse claramente del valor efectivamente medido. La preparación de la superficie es crítica: un acabado deficiente o daño de pulido distorsiona los bordes de la huella y degrada la lectura. También importan la alineación, el espesor efectivo frente a la profundidad de la huella y el espaciado respecto a bordes o entre indentaciones para evitar interferencias. Finalmente, variables operativas como el tiempo de permanencia de la fuerza y la resolución óptica deben mantenerse bajo control para sostener la calidad del dato.

En síntesis, el método ofrece una combinación poco común de flexibilidad, detalle local y comparabilidad; su uso aporta valor cuando se respetan las buenas prácticas de preparación, verificación y reporte, y cuando se interpreta cada número dentro de su contexto metrológico.

Los tropiezos en Vickers y Knoop rara vez son espectaculares; casi siempre son pequeños desbalances que, sumados, vuelven el número poco confiable. Estos son los que más afectan la calidad del dato y cómo evitarlos.

Tomar una sola lectura como verdad absoluta. Un único valor puede no describir un material con microestructura heterogénea, zonas tratadas o gradientes. La práctica sana es planear varias impresiones en regiones relevantes y reportar tendencia y dispersión, no un número aislado.

Preparación superficial deficiente. El pulido agresivo deja deformación subsuperficial y “suaviza” la huella; el ataque químico mal controlado crea relieve en los bordes. Una preparación progresiva y estable evita que la geometría aparente de la impresión engañe a la medición óptica.

Espesor insuficiente. Si la huella “siente” el sustrato, el resultado se contamina. Antes de ensayar, confirma que el espesor útil supere holgadamente la profundidad esperada de la huella para que el número represente a la pieza y no al soporte o al medio de montaje.

Alineación y montaje inestables. Una superficie que no es normal al eje del penetrador distorsiona la huella; un montaje con creep o juego se mueve durante la aplicación de fuerza. El porta‑muestras debe inmovilizar sin introducir tensiones y mantener la normalidad.

Fuerza y tiempo de permanencia inconsistentes. Cambiar la fuerza sin documentarlo o variar el tiempo de permanencia convierte el resultado en una lotería. Define la combinación escala‑fuerza y mantén tiempos consistentes; si te sales de lo habitual, decláralo en el reporte.

Medición óptica mal resuelta. Fuera de foco, iluminación pobre o objetivos sin la resolución adecuada llevan a medir “bordes” que en realidad son sombras. En Vickers se promedian ambas diagonales; en Knoop se mide la diagonal larga, usando vértices limpios y evitando medir sobre pile‑up o sink‑in.

Espaciado insuficiente y cercanía a bordes. Las impresiones muy próximas interactúan entre sí; las cercanas al borde o a inclusiones pueden sesgar el número. Mantén distancias prudentes entre huellas y respecto a bordes para que cada lectura sea independiente.

Olvidar las superficies curvas. En cilindros y esferas la geometría altera la lectura si se reporta como si fuera plana. Cuando la pieza no es plana, aplica la corrección correspondiente y deja constancia en el informe.

Equipo o penetrador fuera de condición. Un diamante astillado o una máquina sin verificación desplazan sistemáticamente el resultado. La verificación directa/indirecta y el uso de bloques patrón certificados son el seguro contra sesgos de equipo; documenta el estado “as‑found/as‑left” bajo un sistema de calidad (por ejemplo, alineado con ISO/IEC 17025).

Conversiones indiscriminadas. Convertir entre escalas, fuerzas o métodos como si fueran equivalencias exactas es una invitación al error. Si se necesitan conversiones, deben señalarse como aproximadas y nunca sustituir al valor medido.

Reporte incompleto o ambiguo. Omitir la escala, la fuerza, el número de lecturas, el tiempo de permanencia o las correcciones aplicadas impide que otro replique el resultado. El informe debe permitir reconstruir qué, cómo y dónde se midió; si estimas incertidumbre, inclúyela.

Ignorar ambiente y factor humano. Temperatura fuera de rango, vibración del banco, polvo en la óptica o falta de entrenamiento del operador degradan la repetibilidad. Controlar el entorno y capacitar al personal reduce variabilidad gratis.

Un buen informe de dureza no es solo un número: es un dato trazable que permite a otra persona repetir la medición y defender el resultado en auditoría. Para lograrlo, el reporte debe identificar con claridad qué se midió, cómo se midió y en qué condiciones.

El corazón del registro es la notación de la escala y la fuerza. Se escribe el resultado como HV o HK seguido de la fuerza de ensayo expresada en kilogramo‑fuerza; esta pareja “escala‑fuerza” es inseparable, porque define el tamaño de la huella y, con ello, la comparabilidad del número. Junto al valor reportado conviene incluir cuántas lecturas se realizaron y un resumen mínimo de la dispersión (promedio y variabilidad), para que el lector distinga entre una pieza homogénea y otra con cambios locales.

El informe debe declarar condiciones que afecten la lectura. Si se usó un tiempo de permanencia distinto del habitual, se dice. Si la pieza era curva y se aplicó corrección de reporte, se explícita la corrección. Si por necesidad del cliente se presentan conversiones a otras escalas, se identifican como valores aproximados y no sustituyen al dato medido. Cuando el ambiente de medición se apartó de lo normal (por ejemplo, temperatura fuera de lo habitual en laboratorio), también se anota.

La trazabilidad metrológica debe quedar a la vista. El reporte referencia el estado de verificación del sistema en la fecha de la prueba (máquina/óptica/penetrador) y el uso de bloques patrón certificados para control rutinario. Cuando la organización estima la incertidumbre de medición, se añade como incertidumbre expandida (con el factor de cobertura indicado) y la fuente principal de esa incertidumbre (equipo, operador o patrón), de modo que el lector entienda la confiabilidad cuantificada del resultado.

Finalmente, el formato editorial importa: cifras redondeadas con criterio y significativas acordes a la resolución del método; identificación inequívoca de la pieza o región ensayada; fecha, lote y, cuando procede, el procedimiento interno aplicado. Con estos elementos, el informe deja de ser un dato aislado y se convierte en evidencia técnica reutilizable entre turnos, plantas y laboratorios.

¿Cuándo conviene HV y cuándo HK?
HV es la navaja suiza para la mayoría de metales y rangos de fuerza; ofrece huellas simétricas y comparabilidad histórica. HK brilla donde hay poco espesor útil o capas delgadas: su huella alargada penetra menos y permite perfilar cambios muy superficiales sin comprometer la pieza.

¿Cuántas impresiones debo hacer?
Una sola lectura rara vez cuenta toda la historia. Planifica varias impresiones en cada región relevante (zona tratada, HAZ, superficie vs. núcleo) y reporta promedio y dispersión. Así conviertes un número en evidencia.

¿Cómo elijo la fuerza de ensayo?
Piensa en un equilibrio entre legibilidad de la huella y representatividad de la capa que te interesa. Demasiada fuerza “promedia” más volumen del deseado; muy poca fuerza puede generar huellas difíciles de medir. Ajusta para obtener contornos nítidos y repetibles.

¿Puedo medir en superficies curvas?
Sí, pero la geometría afecta la lectura. La norma contempla correcciones para reportar resultados comparables en cilindros y esferas. Úsalas y deja constancia en el informe.

¿Qué hago si la huella sale “lavada” o con bordes irregulares?
Revisa preparación (pulido progresivo), enfoque e iluminación. Evita medir sobre pile‑up o sink‑in evidentes. Si el contorno no es claro, rehace la preparación antes de insistir con la lectura.

¿Se pueden convertir los resultados a otras escalas?
Las conversiones son aproximadas. Si el cliente las pide, entrégalas como valores auxiliares y conserva siempre el dato medido (HV/HK con su fuerza). No sustituyen al resultado original.

¿Qué debe incluir un buen informe?
Escala y fuerza, número de lecturas y su dispersión, condiciones particulares (tiempo de permanencia, correcciones por curvatura) y el estado de verificación del sistema. Si estimas incertidumbre, indícala con su factor de cobertura y fuente principal.

¿Qué controles del equipo son críticos?
Verificación directa (fuerza, alineación, óptica), verificación indirecta con bloques patrón certificados y verificación periódica en uso. Un penetrador dañado o un microscopio fuera de punto degradan la repetibilidad sin que te des cuenta.

¿Cómo trato la incertidumbre de medición?
Identifica contribuciones del equipo, del operador y de los patrones; combínalas y reporta la incertidumbre expandida. Eso convierte el resultado en un dato defendible entre laboratorios.

¿Qué precisión puedo esperar?
El estándar recoge estudios interlaboratorio que delimitan repetibilidad y reproducibilidad por escala y fuerza. Úsalos como guía de desempeño y como marco para detectar desvíos del sistema.