Che cos’è la prova di durezza?
Il metodo utilizzato per misurare la resistenza meccanica di una superficie, che sia acciaio piuttosto che qualsiasi altro tipo di elemento, è la prova di durezza. Ne esistono di diversi tipi, nel nostro Laboratorio, possiamo eseguire prove di Durezza Vickers, Brinell, Rockwell e Knoop.
Tutti questi metodi sono regolamentati da normative internazionali specifiche (ASTM e EN ISO).
Perché usare un metodo piuttosto che un altro?
Ogni scala di durezza viene utilizzata per uno specifico controllo.
I diversi tipi di durezza si differenziano sia per la forma del penetratore che determina questa impronta che per il carico applicato.
Ogni metodo ha una sua peculiarità ed è utilizzato in frangenti differenti.
A seguire una rapida spiegazione del funzionamento e utilizzo dei vari metodi:
- VICKERS [HV]
La prova di durezza/micro durezza Vickers utilizza un penetratore di diamante sintetico piramidale a base quadrata con un angolo di 136°.
Il valore di durezza Vickers è calcolato dalla seguente formula dove F è uguale alla forza applicati in Kg e d2 è la superfice rilasciata dall’impronta:
Nel nostro laboratorio riusciamo ad eseguire prove con range di carico dai 30 Kg ai 0,0010 Kg.
Questa scala viene utilizzata quando è necessario controllare zone molto circoscritte o valutare la profondità efficace del trattamento termico superficiale (CHD – case hardening depth profondità di cementazione, SHD – surface hardening depth profondità di indurimento superficiale, NHD – nitriding hardness depth profondità di durezza di nitrurazione).
Fig.1 Esempio del diagramma profondità di cementazione Micro durezza [HV-0,3]
Fig.2 Foto del campione dopo l’esecuzione prove di durezza [HV-10] su tallone di saldatura
Pro e contro di questa scala rispetto alla scala Brinell:
| Pro | Contro |
| È possibile utilizzare questa prova su campioni ed aree molto piccole | Strumentazione onerosa |
| Possibilità di mappature fitte per valutazioni dettagliate | Preparazione del campione molto meticolosa, soprattutto se si parla di micro-durezze. |
| Unico penetratore per tutti i tipi di carichi |
- BRINELL [HBW]
La prova di durezza Brinell utilizza penetratori sferici la cui dimensione cambia in base al carico o al tipo di materiale a sottoposto a prova.
Il valore di durezza Brinell è calcolato dalla seguente formula dove F è uguale alla forza applicata in Kg, D è il diametro del penetratore e d è la diagonale in mm rilasciata dall’impronta:
Diametri dei penetratori Vs carichi di prova:
Ci sono norme internazionali che regolano questo tipo di prova (ASTM, EN ISO).
Le norme guidano il tecnico verso il tipo di carico da applicare in base al penetratore utilizzato e al materiale da testare.
Il rapporto tra il diametro dell’impronta e il diametro del penetratore per risultare conforme deve rientrare nel range 0,24÷0,6 volte il diametro del penetratore
Pro e contro di questa prova rispetto alla prova Vickers:
| Pro | Contro |
| Preparazione del campione più veloce | Rischio di letture non corrette su materiali con grande deformazione plastica |
| Strumentazione meno costosa | Ad alti carichi di durezza il metodo non è valido |
| Facilità nella lettura delle impronte | Difficoltà quando si devono testare bassi spessori |
- ROCKWELL
La peculiarità della prova Rockwell è che rispetto alle altre due tipologie di prova non ha bisogno di una lettura ottica dell’impronta. Infatti, la prova tiene conto della risposta elastica del materiale.
Le scale più diffuse per gli acciai sono la scala HRC e la scala HRB, le quali montano due diversi tipi di penetratori, uno a cono di diamante con angolo di 120° HRC e uno con sfera in carburo di tungsteno avente un dimetro di 1/16″ HRB.
Come funziona la prova?
Si applica un pre-carico di 10 kg, lo si mantiene per il tempo di permanenza della forza preliminare specificato. Successivamente viene applicato il carico di prova e lo si mantiene per il tempo definito dalla norma. Quindi si rimuove il carico di prova, mentre il pre-carico viene mantenuto per consentire il recupero elastico nel materiale di prova e l’assestamento del telaio della macchina. Il valore di durezza Rockwell è derivato dall’aumento differenziale della profondità di indentazione come definito dalle norme di riferimento.
Pro e contro di questa prova rispetto alla prova Brinell:
| Pro | Contro |
| Preparazione del campione blanda | Valutazione grossolana del valore di durezza |
| Non necessita di una lettura ottica | Scale non utilizzabili per contestazioni |
| Velocità del dato espresso |
- KNOOP
Questa scala di durezza utilizza un penetratore con punta di diamante a forma romboidale allungata.
Il valore di durezza Knoop è calcolato dalla seguente formula dove F è uguale alla forza applicata in Kg e d2 è la lunghezza della diagonale maggiore rilasciata dall’impronta in mm:
Questa tipologia di prova viene utilizzata per misurare la durezza di materiali molto duri e fragili e molto sottili in quanto, a parità di carico rispetto alla microdurezza Vickers, l‘impronta affonda meno nel materiale evitando un eventuale innesco a rottura anche se la diagonale lunga è più visibile (vedi figura 1). È una prova che assomiglia molto alla prova di micro durezza Vickers, dato il carico molto basso, ma differisce sostanzialmente per il tipo di penetratore utilizzato.
Le impronte Knoop presentano una immediatezza nella lettura rispetto alle Vickers
È una scala utilizzata per caratterizzare materiali duri e fragili e spessori di rivestimento sottili.
Pro e contro di questa prova rispetto alla prova di micro durezza Vickers:
| Pro | Contro |
| Facilità della lettura delle impronte (Velocità del dato espresso) | Non adatto a durezze su particolari saldati (ZTA) a causa dell’impronta romboidale |
| Adatta a film/rivestimenti sottili | Orientamento del provino allineato al penetratore. |
(Figura 1)
| Impronta durezza KNOOP | Impronta durezza VICKERS |
| Durezza 840,5 HK1 | Durezza 847 HV1 |
