Un perfil de dureza de una barra de molienda registra la dureza en posiciones definidas desde la superficie hasta el centro. Describe el material que quedará expuesto a medida que la barra se desgaste. Para una especificación completa, establezca los requisitos de dureza radial junto con el diámetro de la barra, la microestructura, las propiedades mecánicas y las condiciones de operación del molino.
Un cliente consultó recientemente a JOTAIN Materials sobre un gradiente de dureza desde la superficie hasta el núcleo en barras resistentes al desgaste. Le proporcionamos orientación técnica sobre ese requisito. Para quienes compran barras para molinos, la pregunta es práctica: ¿qué proporción de la sección de trabajo debe conservar una dureza alta y qué propiedades se necesitan en el núcleo?
1 / Barras de molienda listas para suministro.
Especifique la sección de trabajo: diámetro, perfil radial de dureza y requisitos mecánicos.
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Puntos clave
- Valores superficiales HRC iguales pueden ocultar perfiles internos de dureza diferentes.
- A medida que disminuye el diámetro de la barra, el desgaste expone material más profundo.
- Califique la dureza radial junto con la microestructura, los ensayos mecánicos y el desempeño en molino.
¿Qué indica un perfil de dureza de una barra de molienda?
La dureza superficial indica el valor en una posición. Un perfil radial muestra cómo cambia ese valor a través de la sección transversal. ASTM E18-25 establece esta distinción en sus orientaciones sobre mediciones locales de dureza. En barras de molienda largas y tratadas térmicamente, registre tanto la posición radial como la posición a lo largo de la barra. ASTM E18-25, importancia y uso.
Los compradores a veces lo llaman «dureza escalonada». Los términos de ingeniería más precisos son perfil de dureza desde la superficie hasta el núcleo y distribución radial de dureza. Especifique las posiciones de medición y los intervalos aceptables para describir tanto las transiciones graduales como los cambios pronunciados de dureza.
Tres preguntas hacen que el perfil resulte útil:
- ¿Hasta qué profundidad de la sección se extiende la zona prevista de alta dureza?
- ¿Qué material y microestructura hay debajo?
- ¿Cómo se verifican el desgaste, el doblado y la resistencia a la fractura junto con la dureza?
Igual dureza superficial, distinto material debajo
La patente de barras de molienda de Arnett y Bruner presenta una comparación útil de barras de 89 mm de diámetro. Las muestras 2 y 3 registraron ambas 63 HRC en la superficie. A 20 mm bajo la superficie, las lecturas fueron 44 HRC y 60 HRC; una diferencia de 16 puntos oculta tras resultados superficiales idénticos. EP 0336090 B1, 1994, pp. 3–4.
2 / Igual dureza superficial, distintos perfiles internos.
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A 20 mm bajo la superficie, las lecturas publicadas difieren en 16 puntos HRC.
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| Posición radial publicada | Muestra 2 de la patente, HRC | Muestra 3 de la patente, HRC |
|---|---|---|
| Superficie | 63 | 63 |
| 10 mm | 63 | 63 |
| 20 mm | 44 | 60 |
| 30 mm | 41 | 50 |
| Centro | 41 | 47 |
Al comparar ofertas, solicite el perfil radial completo. Dos barras con la misma dureza superficial HRC pueden exponer materiales muy diferentes a medida que disminuye su diámetro.
¿Qué expone el desgaste bajo la superficie?
Considere una barra cilíndrica desgastada uniformemente de 80 mm a 60 mm de diámetro. El desgaste ha eliminado una capa radial de 10 mm, porque el diámetro disminuye por ambos lados de la sección.
Si la longitud y la densidad permanecen constantes:
- Espesor radial eliminado = (80 − 60) ÷ 2 = 10 mm.
- Área transversal remanente = (60 ÷ 80)² = 56.25%.
- Material eliminado bajo estos supuestos = 43.75%.
3 / El desgaste expone el material situado bajo la superficie original.
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Una reducción de 20 mm en el diámetro elimina una capa radial de 10 mm.
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Compare la profundidad de la zona de alta dureza con el intervalo de diámetros utilizado en el molino. Una capa endurecida poco profunda se consumirá antes que una más profunda, incluso si las lecturas iniciales de dureza superficial coinciden.
Inspeccione las barras recuperadas para detectar conicidad, desgaste irregular, doblado y fractura. Junto con el perfil inicial de dureza, estas observaciones muestran qué zonas de la sección soportaron las cargas en servicio y cómo se desgastaron.
¿Siempre es mejor una superficie dura y un núcleo más blando?
El perfil adecuado depende de las condiciones de servicio. Una zona exterior dura puede satisfacer el requisito de desgaste, mientras que el núcleo debe soportar las cargas mecánicas impuestas por el molino. Seleccione ambos considerando la microestructura del acero, la ruta de tratamiento térmico y los resultados de ensayos de impacto o doblado pertinentes.
Pugh y Ma describen el endurecimiento superficial selectivo con un núcleo de menor dureza en su artículo del CIM de 1993 sobre barras de molienda tratadas térmicamente. El resumen publicado documenta el uso de este enfoque en un programa de desarrollo para molinos. Barras de molienda tratadas térmicamente.
Para una barra propuesta con endurecimiento en toda la sección, pregunte cuánta variación radial permanece realmente. Para una barra endurecida superficialmente, pregunte cómo cambia la dureza bajo la zona exterior. En ambos casos, el nombre del tratamiento es solo el comienzo de la especificación.
Por qué la microestructura debe acompañar al valor de dureza
Tong y sus colaboradores investigaron acero 65Mn tratado térmicamente en un estudio de laboratorio de acceso abierto. Sus observaciones microscópicas y resultados de desgaste muestran por qué la dureza debe interpretarse junto con la microestructura, en lugar de utilizarse por sí sola para ordenar la resistencia al desgaste. Tong et al., 2021.
4 / Acero 65Mn solubilizado: microestructura y distribución del tamaño de grano.
La barra de escala de 100 µm permite relacionar la micrografía con la distribución del tamaño de grano publicada.
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En el mismo estudio, las cuatro condiciones que se muestran a continuación produjeron pérdidas por desgaste de 52, 46, 11 y 9 mg. El orden de los valores de dureza no coincidió en todos los casos con el orden de las pérdidas por desgaste. Los investigadores examinaron los efectos combinados de la dureza y del refinamiento de grano. Tong et al., sección 5.3 y Figura 17.
5 / Pérdida por desgaste, dureza y tamaño de grano en cuatro condiciones del acero 65Mn.
El orden de las pérdidas por desgaste y el de los valores de dureza difieren entre las cuatro condiciones de laboratorio.
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Para la calificación de barras de molienda, examine la estructura que explica las lecturas de dureza. Especifique el grado de acero propuesto y el diámetro completo de la barra; después, relacione los resultados radiales con el estado de tratamiento térmico y con una metalografía representativa.
¿Cómo se debe verificar un perfil radial?
Comience con una muestra cuya identidad y ubicación se conozcan. Una sección transversal pulida tiene poco valor para la compra si nadie puede vincularla con la colada, el lote de tratamiento, el diámetro de la barra y la posición a lo largo de esta.
Acuerde el plan de inspección antes de comparar los resultados:
- Ubique la sección. Registre la distancia desde el extremo de la barra y la orientación del corte. Una sección del extremo no es necesariamente representativa de la longitud de trabajo.
- Prepare la muestra sin alterar lo que se quiere evaluar. Documente el material retirado durante la preparación y controle los daños producidos por el corte o el rectificado. Distinga la superficie exterior en estado de suministro de una superficie subsuperficial preparada.
- Defina un mapa de mediciones. Indique las posiciones radiales, el método de dureza, la separación entre mediciones, el número de lecturas y el estado de inspección. Informe los resultados individuales y los intervalos de aceptación aplicables.
- Mantenga el vínculo con el lote. Registre la identidad de la muestra, la verificación del equipo, el estado de tratamiento y las reglas de muestreo y reensayo acordadas.
Utilice la norma de ensayo seleccionada para establecer los requisitos de preparación y medición. La guía Rockwell del NIST explica cómo la preparación, el apoyo y la alineación de la probeta afectan a las lecturas. NIST SP 960-5.
6 / Preparación de probetas y ensayo de dureza.
Vincule cada muestra y posición de medición con la colada y el lote de tratamiento.
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Dos atajos frecuentes requieren especial cuidado:
- La dureza convertida no es una medición directa. ISO 18265:2013 limita la interpretación de las conversiones; un valor convertido no debe reemplazar el método de ensayo acordado sin indicarlo expresamente. ISO 18265:2013.
- Una curva Jominy no es una sección transversal de una barra de molienda. ISO 642:2024 utiliza una probeta normalizada de temple del extremo. La distancia desde el extremo templado no corresponde a la profundidad radial de una barra de producción. ISO 642:2024.
Para consultar la lista detallada de verificación de inspección, vea ensayos de dureza y tratamiento térmico de barras de molienda.
¿Qué se debe verificar además de la dureza?
Una barra debe resistir las exigencias del molino mientras se consume. Registre por separado la pérdida por desgaste, el doblado y la fractura. Un perfil de dureza favorable no reemplaza la calificación mecánica ni la inspección de las barras retiradas.
Cuando se especifique un ensayo de impacto, registre la ubicación, orientación y tamaño de la probeta, la geometría de la entalla y la temperatura de ensayo. Cuando se utilice un ensayo de doblado de la barra completa, registre el diámetro real, la distancia entre apoyos, la disposición de carga y la base de aceptación. Estos ensayos responden a preguntas diferentes; ninguno debe sustituirse por una afirmación genérica de que el núcleo es «tenaz». ASTM A370 abarca ensayos mecánicos de productos de acero, mientras que la especificación de producto aplicable o el plan de calificación acordado deben definir los requisitos. ASTM A370-26.
7 / Ensayo de impacto.
Evalúe el desempeño mecánico junto con las mediciones de dureza radial.
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El molino sigue siendo la prueba de desempeño
Los resultados de laboratorio adquieren valor comercial cuando se relacionan con condiciones de operación comparables. Una investigación archivada de la Oficina de Minas de Estados Unidos midió la corrosión en equipos de molienda en operación, incluido un molino de barras para mineral de hierro. El informe recuerda que el entorno forma parte del experimento y no es un simple dato de contexto. Isaacson, McDonough y Maysilles, RI 9166, 1988.
8 / Medición de corrosión en un molino de barras en operación.
Registre las condiciones del molino y las observaciones de las barras recuperadas junto con los resultados de consumo.
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Para un ensayo comparativo, acuerde la base de comparación del mineral y de su granulometría de alimentación, la tasa de procesamiento, los ajustes del molino, la carga de barras y la práctica de reposición, la duración del ensayo y los criterios de retiro. Registre las dimensiones y fotografías de las barras recuperadas en posiciones definidas, junto con las observaciones de rotura y doblado.
Indique exactamente cómo se calcula el consumo. Las adiciones de barras por tonelada durante un período breve de transición no equivalen necesariamente al material perdido por desgaste: los cambios en el inventario de la carga del molino pueden distorsionar la comparación. Defina el balance de masa e indique si el denominador corresponde a toneladas métricas secas. Mantenga visibles los retiros anormales y los tiempos de detención, sin ocultarlos dentro de una única cifra favorable de consumo. La guía de tasa de desgaste y ensayos de consumo de barras de molienda desarrolla esta comparación en detalle.
Convierta una consulta sobre el gradiente de dureza en una especificación útil
JOTAIN Materials fabrica y procesa barras de acero. Para una consulta sobre barras de molienda, partimos del problema en servicio y lo convertimos en requisitos de material, tratamiento térmico e inspección. El perfil debe ser viable de fabricar y sencillo de verificar.
Incluya estos seis puntos en la consulta:
| Decisión | Información que se debe proporcionar o acordar | Evidencia que se debe solicitar |
|---|---|---|
| Problema en servicio | Desgaste excesivo, doblado, rotura o una combinación; condiciones de operación | Fotografías de las barras retiradas, historial de operación y una referencia inicial definida |
| Geometría de la barra | Diámetro inicial, longitud, tolerancias dimensionales y práctica de retiro | Plano o requisito dimensional; dimensiones registradas de las barras desgastadas |
| Perfil radial | Posiciones superficiales e internas, intervalos objetivo y variación permitida | Mapa de posiciones, lecturas individuales, escala y método de ensayo |
| Material y tratamiento | Grado de acero propuesto, estado de tratamiento térmico y alcance de la calificación | Identificación de la colada, vínculo con el lote de proceso y microestructura representativa cuando corresponda |
| Desempeño mecánico | Ensayos de impacto y/o doblado pertinentes, con condiciones acordadas | Informes de ensayos reales y criterios de aceptación, sin suposiciones basadas en la dureza |
| Comparación en molino | Base de cálculo del consumo, inventario de la carga, período del ensayo y seguimiento de fallas | Registros de ensayos comparables, observaciones de desgaste y desviaciones registradas |
Envíe a JOTAIN las dimensiones de las barras, las condiciones de trabajo, los informes de dureza disponibles y fotografías claras de las barras usadas. Incluya el problema en servicio, el perfil radial y los requisitos de verificación en un mismo documento. Iniciar una revisión técnica de barras de molienda con JOTAIN.
El objetivo es una barra que se desgaste de forma predecible en toda su sección útil y satisfaga las exigencias mecánicas del molino. El valor de dureza superficial es un dato de entrada, no la especificación completa.
Para la consulta comercial, utilice la página de suministro de barras de molienda tratadas térmicamente e incluya el diámetro, la longitud, las posiciones de ensayo y el formato de informe requeridos.
¿Se pueden comparar dos informes de dureza de barras de molienda?
Compare las condiciones de medición antes de ordenar dos resultados de dureza de mayor a menor. El informe debe indicar el diámetro de la barra, el material y el lote de tratamiento, el método y la escala de ensayo, la posición de muestreo, la preparación y las lecturas individuales. Que los valores superficiales coincidan no resuelve las diferencias del perfil radial ni la variación entre lotes.
Cuando una oferta informe HBW y otra HRC, solicite resultados obtenidos con el mismo método directo acordado. ISO 18265 limita el uso de las conversiones al contexto específico del material; los valores convertidos no deben reemplazar el ensayo directo seleccionado. Si se incluye una conversión como referencia, mantenga visibles la escala original y la base de conversión. [6]
Si un resultado está en discusión, conserve las lecturas originales y la identidad de la muestra. Siga el procedimiento de verificación y reensayo acordado antes de decidir si la diferencia proviene de las condiciones de medición o del material suministrado. El nuevo ensayo debe seguir vinculado con el primer informe. [5]
La guía de ensayos de dureza y tratamiento térmico de barras de molienda detalla los campos relativos al método, el lote, el certificado y los reensayos que deben acordarse antes de cotizar.
| Diferencia entre informes | Información que se debe solicitar | Condición de la comparación |
|---|---|---|
| HRC medido directamente frente a HBW convertido | Lecturas originales, método de ensayo directo y cualquier fuente de conversión con su alcance por material | No ordene los resultados convertidos y los medidos directamente como si fueran evidencias equivalentes. |
| Lectura superficial frente a lectura del núcleo | Croquis de la sección, profundidad o posición radial, ubicación longitudinal y preparación | Compare posiciones equivalentes; utilice el perfil completo para evaluar la sección. |
| Diámetros o lotes de tratamiento diferentes | Diámetro final, identificación de la colada y del lote de proceso, plan de muestreo y estado de tratamiento | Mantenga separados los grupos de resultados hasta acordar la base de comparación. |
| Solo el promedio frente a las lecturas individuales | Todas las lecturas, las posiciones de muestreo, la cantidad de muestras y el tratamiento de valores atípicos o reensayos | Revise la dispersión y la cobertura del muestreo antes de comparar promedios. |
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre dureza superficial y dureza del núcleo?
Describen posiciones diferentes en la barra. La dureza superficial se mide en una posición exterior definida; la dureza del núcleo se mide en una posición interior definida, a menudo en el centro. Un perfil radial añade mediciones intermedias para mostrar la transición entre ambas.
¿Un gradiente de dureza significa que la barra de molienda es defectuosa?
No. Un gradiente puede ser una consecuencia prevista del material y de la ruta de tratamiento térmico. La aceptación depende del perfil y de los requisitos de desempeño acordados, no de que todas las lecturas radiales sean idénticas.
¿Un núcleo más blando significa mayor tenacidad?
Evalúe la tenacidad del núcleo mediante su microestructura y los resultados de ensayos de impacto o doblado pertinentes. Registre la ubicación de la probeta y las condiciones de ensayo junto con esos resultados; después, compárelos con los requisitos mecánicos de la barra para su servicio en el molino.
¿Cómo debe un comprador especificar el gradiente de dureza de una barra de molienda?
Indique el diámetro de la barra, el grado de acero propuesto, las profundidades de medición, la escala de dureza y el intervalo aceptable en cada posición. Añada las posiciones de muestreo a lo largo de la barra, los requisitos de ensayos mecánicos y la trazabilidad del lote. Seleccione el perfil objetivo según las exigencias del molino y confírmelo mediante la calificación.
¿Puede un perfil de dureza predecir el consumo de barras de molienda en kg/t?
Por sí solo, no. El consumo también depende de las condiciones de operación, del mineral, de la gestión de la carga y del comportamiento ante fallas. Utilice el perfil para calificar el material y una comparación en molino bien definida para evaluar el consumo.
Lista de verificación para cotizar
- Diámetro y longitud de la barra, y condiciones de operación del molino.
- Grado de acero propuesto, estado de tratamiento térmico e intervalos de dureza radial.
- Posiciones de medición, método de dureza y reglas de muestreo y reensayo.
- Requisitos de ensayo de impacto o doblado y criterios de aceptación.
- Duración del ensayo, base de cálculo del consumo y observaciones de las barras recuperadas.
Referencias
Fotografías de producto y laboratorio: JOTAIN Materials. Figuras de investigación: Tong et al., CC BY 4.0, y la Oficina de Minas de Estados Unidos, dominio público. Gráfico de dureza y diagrama de desgaste: JOTAIN Materials.
- Arnett, C. R.; Bruner, J. P. Barra de molienda con núcleo bainítico, EP 0336090 B1, 19 de enero de 1994, pp. 3–4. Registro de la patente.
- Pugh, R. W.; Ma, S. L. Barras de molienda tratadas térmicamente. Instituto Canadiense de Minería, Metalurgia y Petróleo, 1993. Resumen.
- Tong, Y.; Zhang, Y.-Q.; Zhao, J.; Quan, G.-Z.; Xiong, W. Mejora de la resistencia al desgaste del acero de baja aleación 65Mn mediante el ajuste del refinamiento de grano por tratamiento térmico cíclico. Materials 2021, 14(24), 7636. Figuras 3 y 17 reproducidas sin modificaciones, © 2021 los autores, CC BY 4.0. Texto completo de acceso abierto.
- ASTM International. ASTM E18-25: Métodos de ensayo normalizados para la dureza Rockwell de materiales metálicos. Resumen del alcance y de la importancia y uso.
- Low, S. R., III. Guía de prácticas recomendadas del NIST: medición de dureza Rockwell de materiales metálicos. NIST SP 960-5, 2001.
- ISO. ISO 18265:2013: Materiales metálicos—Conversión de valores de dureza. Alcance; confirmada en 2024.
- ASTM International. ASTM A370-26: Métodos de ensayo normalizados y definiciones para ensayos mecánicos de productos de acero. Alcance.
- Isaacson, A. E.; McDonough, P. J.; Maysilles, J. H. Determinación de las tasas de corrosión en entornos industriales de molienda de minerales. Oficina de Minas de Estados Unidos, RI 9166, 1988. Figura 18, p. 20. Informe completo, de dominio público.
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Envíe el plano o la solicitud de cotización con el grado de acero, las dimensiones, el estado de suministro, el procesamiento, la inspección, la cantidad y el destino. Podemos señalar los puntos pendientes antes de cotizar.