Tecnologia prove di durezza

PROVE DI DUREZZA
Definizione:  si definisce durezza la resistenza opposta da un materiale a lasciarsi scalfire o penetrare da un corpo più duro.
Si distingue tra macrodurezza se il carico applicato ha una forza > di 10 N e microdurezza se il carico applicato ha una forza < di 10 N. Quest’ultima è fatta direttamente sul posto, sulla macchina stessa.
Le prove di durezza Brinell-Vickers-Rockwell sono prove statiche, in quanto il carico viene applicato attraverso un penetratore in un certo intervallo di tempo, inoltre sono non distruttive, pertanto hanno il vantaggio di poter essere utilizzate direttamente sul pezzo finito, senza l’esigenza della preparazione del provino campione.
Le macchine utilizzate per le prove di durezza sono c.d. durometri.
Prova di durezza Brinell HB – UNI 560
Definizione:  la prova consiste nel far penetrare nel materiale in esame una sfera di acciaio duro di diametro 1-2.5-5-10 mm, premuta con una forza F (carico di prova).
Per la prova si utilizza il durometro Brinell a comando idraulico.
Il carico di prova si sceglie in relazione al diametro della sfera e al tipo di materiale da testare utilizzando la formula: F= nxD2x9.81 [N], dove n rappresenta i valori della costante dei diversi materiali (Acciai e ghise 30, leghe di rame ed alluminio 10, alluminio allo stato puro 5).
La durezza Brinell (HB) si definisce come il rapporto tra il carico di prova F [N] e l’area della superficie dell’impronta S [mm2] moltiplicando per una costante k (pari a 0.102 mm2/N) che rende il valore HB adimensionale.
HB=kxF/S
Considerando che la superficie dell’impronta è una calotta sferica, la HB è data da:
HB=2x0.102xF/πxDx(D-√ D2-d2)
Se metto 0.102 la F va in N, altrimenti in Kg.
La prova è valida se sono rispettate le seguente condizioni:

• La profondità dell’impronta deve essere h< 1/8 dello spessore del pezzo
• Il diametro d dell’impronta compreso tra 0.24 -0.6 D (con D, diametro sfera)
• Le distanze tra le impronte e i bordi del pezzo devono essere 2.5 mm dal bordo e 4 mm l’una dall’altra.

La HB si utilizza in caso di contestazione tra fornitore e cliente, in quanto prova di riferimento. Il carico max del durometro idraulico è 3000 Kg/F equivalenti a 29440 N.
Quando il rapporto d/D non viene soddisfatto, dovrò togliere dei pesi al durometro o passare al durometro universale. Il diametro dell’impronta viene letto con un monocolo avente scala millimetrata.
Condotta della prova: si applica il precarico di 10 Kg/F (98N), si applica gradualmente il carico (a seconda del materiale), tempo di attesa di circa 20 secondi, si toglie il carico e si legge il d dell’impronta.
La HB si esprime con la seguente dicitura: 150 HB 10/3000/20 dove 10 indica il d della sfera, 3000 il carico applicato e 20 il tempo di attesa, 150 il valore della durezza.
La durezza HB ha il limite di 430, ciò significa che può arrivare a testare materiali duri.

Prova di durezza Rockwell HRB-HRC UNI EN ISO 6508-1
Definizione:  le durezze HRB e HRC si testano sul durometro universale ed in questo caso il valore della durezza si legge direttamente su un display ottico, senza necessità di effettuare calcoli.
I penetratori utilizzati in queste prove sono di 2 tipi:

• Sfera di 1/16 di pollice di accaio duro e commutatore impostato a 100 Kg/F
• Cono di diamante con angolo di 120° e commutatore impostato a 150 Kg/F

I parametri della prova cambiano a seconda del tipo di penetratore utilizzato ed il valore della durezza sarà espresso, in modo convenzionale, in funzione della profondità di penetrazione con le seguenti formule:
HRB= 130-e                                       HRC=100-e
e rappresenta la profondità residua dell’impronta, cioè la profondità misurata dopo aver tolto il carico per eliminare la deformazione elastica.
La durezza sia HRB o HRC pertanto non prende in considerazione la superficie dell’impronta, come invece fanno HB e HV, ma la profondità della stessa.
Il penetratore a sfera di acciaio duro si utilizza per durezze < 200 HB, mentre per durezze > 200 HB si utilizza il penetratore a cono di diamante.
Condotta della prova: si porta la superficie del pezzo da esaminare a contatto col penetratore applicando un carico iniziale F0 di 98 N, si azzera l’indice della scala dello strumento, si applica il carico addizionale F1, raggiungendo il carico totale.
I carichi dipendono dai penetratori e valgono:
per la sfera F1= 882 N  e Ft=980N
per il cono F1=1372N e Ft= 1470N
Si attendono 30 secondi, si toglie il carico addizionale  F1 per permettere al penetratore di escludere la deformazione elastica. Infine di legge sul quadrante del durometro il valore della durezza anch’essa adimensionale.
Durezza Vickers UNI 1955
Definizione: la prova consiste nel far penetrare nel materiale un diamante avente forma di piramide retta a base quadrata con angolo di 136°, con una forza di 294 N (30Kg) per un tempo variabile tra 10 e 15 secondi ed una temperatura di 23°C(±5°)
La HV è data dal rapporto tra il carico di prova F (N) e la diagonale2 della superficie dell’impronta moltiplicato per una costante k.
HV=0.1891xF/d2  [mm]
Poiché l’impronta lasciata dal penetratore è quasi impercettibile si ricorrerà ad un microscopio ottico per decifrarne le dimensioni.
Pertanto posizionato il provino sul microscopio, e scelto l’ingrandimento adeguato, si prende una riga millimetrata rilevando il valore delle due diagonali, per ottenerne una media.
La durezza HV si esprime: 640HV 100/20 dove 640 indica la durezza ottenuta applicando un carico di 981 N per un tempo di 20 secondi.
Molto teneri                        Teneri            Medio duri                          Duri                                       Molto duri
HB                  80_________________230_______430_______________
HV                  80_________________230_______430____________940
HRB                36_________________100_________________________
HRC                ___________________20________45______________70