Rilievi durezze

STC è in grado di fornire il servizio di rilievi durezze presso le aziende con apparecchiature portatili per prove di durezza statiche o a rimbalzo (COMPUTEST ed EQUOTIP) nelle scale HRC, HRB, HB/30, HV, N/mm2, kp/mm2, inoltre presso il laboratorio dispone di spazi per ricevere materiali in conto lavoro.

RILIEVO DUREZZA: CONTROLLO NON DISTRUTTIVO DI GRANDE EFFICACIA

La durezza è definibile come la resistenza dei metalli alla penetrazione e come tale è legata ai fenomeni di scorrimento plastico indotti dalla compressione localizzata. È una condizione necessaria affinché il componente metallico abbia le caratteristiche di progetto, ma non sufficiente. Infatti se la durezza non è corretta il componente non sarà certamente idoneo, ma in caso contrario non è certo che le altre caratteristiche siano conformi al richiesto ( per esempio un pezzo d’acciaio C50 grezzo di laminazione può avere la stessa durezza del bonificato, ma nei due casi corre una differenza enorme di tenacità e di riserva plastica).
La durezza influenza la resistenza al taglio, all’incisione, all’usura e talvolta anche alla corrosione. Perciò i metodi per valutare la durezza d’un componente sono molteplici e i più adottati per i metalli possono esser classificati come segue:

1. prove statiche, che si basano sulla misura dell’impronta lasciata sulla superficie del saggio o provetta da un penetratore adeguatamente caricato. Appartengono a questa classe le misure di durezza Brinell, Vickers, Rockwell e Knoop, che com’è noto si distinguono per tipo di penetratore usato e per il carico applicato, nonché per la tecnica di rilevamento della dimensione dell’impronta lasciata sul saggio provato. Anche le prove con durometro portatile Poldi o con spina calibrata appartengono a questa classe, sebbene il carico sul penetratore sia applicato d’impulso;
2. prove di rimbalzo, in cui un oggetto di massa e dimensioni definite è fatto cadere o proiettato sulla superficie da provare misurandone il rimbalzo. Le superfici più dure sono meno plastiche e fanno rimbalzare maggiormente ogni oggetto che le urti. Appartengono a questa classe le prove di durezza sclerometriche Shore e quelle degli strumenti elettronici portatili (Equotip, Esewey, Krautkramer, ecc.);

I rilievi durezze (RD) più diffusi ed universalmente riconosciuti sono i primi ed in particolare le prove Brinell (HB), le prove Vickers (HV) e le prove Rockwell (HR) nelle scale (A, B, C, D, E, F, N e T).

La prova di durezza Brinell degli acciai prevede l’uso d’un penetratore o sfera, d’acciaio temprato (S) o di carburo di tungsteno (W), di Ø D = 1; 2.5; 5 o 10 mm, da comprimere ortogonalmente contro la superficie da provare con una forza (carico) di 294D2 N, per circa 30 secondi Il valore della durezza Brinell (HB) sarà dato dal rapporto tra il carico applicato e l’area della calotta dell’impronta lasciata sul saggio. La Commissione ISO nel 1975 ha abolito l’unità di misura dimensionale della durezza Brinell e Vickers, i cui valori sono oggi numeri adimensionali, ed introdotto fattori di correzione per non modificare i numeri di durezza delle varie scale con l’avvento del Sistema Internazionale di misura ( Sl ), che abolisce l’uso del kilogrammo forza (Kgf) quale unità di misura della forza, imponendo il corretto uso del Newton (1 Kgf = 9.81 N).

La prova di durezza Rockwell misura invece l’incremento della profondità dell’impronta lasciata dal penetratore, che può esser un cono di diamante con angolo al vertice di 120° od una sfera di diametro 1/8″ oppure 1/16″,a seconda della scala prescelta (ne esistono 15, ciascuna contrassegnata con una lettera maiuscola dell’alfabeto), sottoposto all’azione del carico dopo un precarico definito per ogni scala. Il numero di durezza Rockwell s’ottiene per differenza tra 100 ed il doppio dell’incremento della profondità della penetrazione espressa in micrometri ed ottenuta in condizioni standard sotto un carico adeguato. Ciò vale per alcune scale quali la C, la D, I’A, ecc., mentre per altre scale (N, B, ecc.) il valore della durezza Rockwell è dato dalla differenza tra 100 e l’incremento della profondità della penetrazione espressa in micrometri. Per esempio la misura HRC è ottenuta con penetratore cono diamante, caricato con 1471,5 N , dopo assestamento dello strumento sotto precarico di 98,1 N. L’entità della penetrazione in micrometri moltiplicata per 2 e sottratta a 100 dà il numero di durezza HRC. Dunque 40 HRC corrispondono ad un aumento della penetrazione di 30 μm (micron), in quelle condizioni specifiche di carico e penetratore, dopo un precarico adeguato.

Delle tre tipologie di rilievi durezze qui citate la più versatile, precisa, non distruttiva, per le modestissime dimensioni dell’impronta, e valida in un intervallo di durezze praticamente illimitato, è la prova Vickers, che si presta anche per le misure di microdurezza. Poiché lascia impronte molto piccole risente molto delle eterogeneità della provetta e risulta alquanto laboriosa; infatti per garantire una sufficiente precisione necessita d’una buona preparazione della superficie e della lettura delle impronte col microscopio almeno a 100 ingrandimenti.

La prova Brinell è meno laboriosa, ma può esser talvolta distruttiva per l’eccessiva dimensione delle impronte. Tuttavia risente meno delle variazioni legate alle eterogeneità microstrutturali tanto da costituire talvolta l’unica alternativa per i materiali fortemente eterogenei quali le ghise grigie. Ha un limite massimo d’affidabilità, perché oltre un certo valore il penetratore si può deformare (450-500 per la sfera d’acciaio temprato; 600 per la sfera WC). Non è valida se il diametro dell’impronta (d) risulta minore di 0,25 o superiore a 0,50 di quello della sfera (D). Valori ottenuti con sfere di diverso diametro sebbene caricate proporzionalmente (294D2 N) non sono generalmente paragonabili fra loro, salvo quando il diametro dell’impronta è prossimo ad un terzo di quello della sfera. In tal caso l’angolo, formato dalle due tangenti alla sfera nei punti d’intersezione con la linea ideale della superficie, sarebbe di 136°, cioè proprio quello scelto per il vertice del penetratore Vickers. La lettura del diametro dell’impronta richiede l’uso del microscopio, talvolta incorporato nel durometro, oppure portatile a 20 ingrandimenti almeno. Nonostante le limitazioni succitate la misura è relativamente semplice, affidabile e generalmente meno complicata di quella Vickers.

La prova Rockwell è la più semplice e rapida, ma anche la meno precisa ed affidabile. Infatti può dare valori errati per molteplici motivi; per esempio un cedimento dell’appoggio dovuto ad una qualsiasi causa (superficie ossidata o sporca, supporto cedevole, deformazioni elastiche, slittamenti, ecc.) darà misure in difetto.

Poiché i rilievi durezze (RD) sono generalmente di facile esecuzione e non danneggiano i pezzi provati nei modi prescritti, si possono giustamente annoverare tra i controlli non distruttivi più utili per una rapida valutazione delle caratteristiche meccaniche.

Sebbene siano prove semplici, possono dare valori non attendibili quando non vengono rispettate tutte le condizioni poste dalle procedure sancite dalle norme nazionali od internazionali, che prescrivono rigorose modalità d’esecuzione ed alle quali si rimanda per l’approfondimento della materia.