La durezza è una misura della resistenza di un materiale alla rientranza permanente. Nelle prove di durezza dei metalli, la risposta alla domea su come viene misurata la durezza è semplice: un penetratore steardizzato viene premuto sulla superficie sotto un carico preciso e la dimensione o la profondità dell'impronta viene convertita in un numero di durezza . Per le prove di durezza dell'acciaio negli impianti di produzione, il metodo Rockwell è la scelta migliore 60HRC che rappresentano un tipico acciaio per utensili temprato e 25HRC che rappresenta un acciaio dolce tenero e lavorabile . A Durometro United Rockwell è uno strumento digitale specifico che automatizza questo test, fornendo risultati in pochi secondi. Per materiali più morbidi e non metallici, Durometri Shore misurano la penetrazione di un penetratore caricato a molla e sono essenziali per elastomeri e polimeri. Questo articolo fornisce un'esplorazione pratica, metodo per metodo, dei metodi di controllo della durezza, dalle classiche tecniche Brinell e Vickers ai tester di rimbalzo portatili, con esempi concreti di durezza dell'acciaio.
Come si misura la durezza: i principi fondamentali
Tutti i metodi di misurazione statica della durezza condividono una sequenza comune: un penetratore di una geometria nota viene premuto nel materiale con una forza e una velocità controllate, la forza viene mantenuta per un tempo di permanenza definito e quindi viene misurata la rientranza. Il numero di durezza deriva dalla profondità di penetrazione o dalla superficie dell'impronta. I tre tipi di penetratore più comuni sono un cono di diamante, una sfera in acciaio temprato o carburo e una piramide di diamante. La differenza essenziale tra i metodi risiede nella combinazione di penetratore, forza applicata e approccio di misurazione.
Nelle prove di durezza metallurgica, il processo fornisce più di un semplice numero. Riflette la resistenza allo snervamento del materiale, il tasso di incrudimento e la microstruttura. A Prova Brinell su fusione a grana grossa , ad esempio, calcola la media della durezza di più grani, mentre a Micro-indentazione Vickers a 0,5 kgf può isolare la durezza di un carburo con bordo a grano singolo. Comprendere il principio di misurazione è il primo passo per selezionare il test corretto.
Prove di durezza Rockwell: lo standard industriale per i metalli
La prova di durezza Rockwell è il metodo di prova della durezza dei metalli dominante negli ambienti di produzione perché è veloce, non distruttivo su scala macro e non richiede misurazioni ottiche. Il test funziona applicando innanzitutto un carico minore (tipicamente 10 kgf) per posizionare il penetratore e stabilire un riferimento zero. Viene quindi applicato un carico maggiore (60, 100 o 150 kgf) e successivamente rimosso, lasciando solo il carico minore. La durezza viene letta direttamente da un quadrante o da un display digitale come funzione inversa dell'aumento permanente della profondità . Un tipico ciclo di prova dura meno di cinque secondi.
Le scale più comuni sono HRC e HRB. HRC utilizza un penetratore a cono di diamante e un carico maggiore di 150 kgf e viene utilizzato per acciai temprati e leghe di titanio. HRB utilizza una sfera in carburo da 1/16 di pollice e un carico maggiore di 100 kgf per materiali più morbidi come leghe di rame e acciaio non temprato. Un esempio di durezza Rockwell che guida gran parte dell'industria è la specifica degli ingranaggi cementati 58–62 HRC , che fornisce una resistenza all'usura ottimale senza eccessiva fragilità.
Test di durezza dell'acciaio ed esempi tipici di durezza Rockwell
La prova di durezza dell'acciaio è l'applicazione più frequente dei durometri da banco e i valori Rockwell fungono da linguaggio universale per specificare il trattamento termico. La tabella seguente fornisce esempi pratici e diretti di durezza per le condizioni comuni dell'acciaio. Questi valori sono ciò che un ingegnere della qualità si aspetta quando posiziona un campione su a Durometro United Rockwell .
| Tipo e condizione dell'acciaio | Durezza Rockwell | Vickers equivalente | Uso tipico |
|---|---|---|---|
| Acciaio dolce (AISI 1018), ricotto | 25 HRC | 260 alta tensione | Componenti strutturali, alberi |
| Acciaio a medio carbonio (AISI 1045), bonificato | 40HRC | 390 alta tensione | Parti di macchine, alberi a gomiti |
| Acciaio legato (AISI 4140), temprato | 52HRC | 545 alta tensione | Ingranaggi, assi, elementi di fissaggio ad alta sollecitazione |
| Acciaio per utensili (D2), bonificato | 60 HRC | 700 alta tensione | Utensili da taglio, matrici, punzoni |
| Acciaio per cuscinetti (AISI 52100), interamente temprato | 64HRC | 825 alta tensione | Cuscinetti volventi |
Il Regno Rockwell Tester di durezza : Una pratica soluzione da banco
Il Durometro United Rockwell è un marchio specifico di durometri da banco digitali ampiamente utilizzati nelle prove di durezza metallurgica e nel controllo della qualità. I modelli della serie United TRU eseguono tutte le scale Rockwell regolari e superficiali, comprese HRC, HRB e HRN/T, con un sistema di applicazione della forza a circuito chiuso che garantisce precisione migliore di più o meno 0,5 HRC . Lo strumento automatizza il posizionamento del carico minore, l'applicazione del carico maggiore, la sosta e la sequenza di scarico con la semplice pressione di un pulsante, eliminando l'influenza dell'operatore sul risultato. Per le prove di durezza dell'acciaio, ciò significa che un tecnico può testare un lotto di 50 campioni di alberi e ottenere numeri coerenti e ripetibili senza misurazione ottica. Il display digitale del tester mostra direttamente il valore di durezza e i dati possono essere esportati per il controllo statistico del processo, rendendolo uno strumento centrale in qualsiasi libreria di metodi di controllo della durezza per i metalli.
Prove di durezza Brinell per materiali sfusi e grossolani
Brinell è il metodo di misurazione della durezza preferito per materiali con microstruttura grossolana o eterogenea, come getti di ghisa, parti forgiate e leghe di rame. A Sfera in carburo di tungsteno da 10 mm viene premuto sulla superficie sotto un carico elevato, comunemente 3000 kgf per l'acciaio e 500 kgf per metalli teneri non ferrosi . Dopo la rimozione del carico si misura il diametro dell'impronta con un microscopio calibrato. Il numero di durezza, riportato come HBW10/3000 ad esempio, il carico applicato è diviso per la superficie dell'impronta. Poiché la sfera grande campiona molti grani, il risultato è una durezza apparente affidabile che si correla bene con la resistenza alla trazione di molti metalli. Un tipico esempio di durezza di questo metodo è 200 HBW per una ghisa grigia .
Test di durezza Vickers: precisione su tutte le scale
Vickers è unico tra i metodi di misurazione della durezza perché è lo stesso penetratore piramidale a base quadrata di diamante viene utilizzato per forze da 1 gf a 120 kgf, rendendo il test applicabile a qualsiasi cosa, da un rivestimento da 3 micron a una spessa piastra di acciaio. Le diagonali delle rientranze sono misurate otticamente e la durezza, espressa come alta tensione , è indipendente dal carico su un ampio intervallo. Nelle prove di durezza metallurgica, Vickers è essenziale determinazione della profondità del caso , dove viene praticata una serie di rientranze a 0,5 o 1 kgf dalla superficie al nucleo per mappare il gradiente di durezza. È anche il metodo di riferimento per qualificare le zone di saldatura e le lamine sottili dove Rockwell e Brinell perderebbero variazioni critiche. Un esempio di durezza per una superficie nitrurata è 1000 HV 0,5 , scendendo a 300 HV nel nucleo.
Durometri Shore per elastomeri e polimeri
I misuratori di durezza Shore sono strumenti portatili che misurano la resistenza di gomme, plastica e altri materiali non metallici alla rientranza mediante un penetratore caricato a molla. Le due scale più comuni sono Shore A per gomma morbida e Shore D per plastiche dure . Una lettura del durometro di 60 Shore A è tipica per un battistrada di pneumatico in gomma, mentre 80 Shore D indica un materiale per casco. La misurazione è rapida e non distruttiva, il che la rende un metodo standard di controllo della durezza in produzione e sul campo. Sebbene non vengano utilizzati per i metalli, i tester Shore rappresentano un componente fondamentale di una capacità completa di test di durezza per componenti ibridi come i supporti incollati gomma-metallo.
Come eseguire un test di durezza: una guida passo passo
Il following practical procedure illustrates how to hardness test using a Rockwell bench tester, the most common industrial scenario. The same principles of sample preparation, machine verification, and indentation spacing apply across all methods.
- Verificare il tester. Eseguire un controllo di calibrazione giornaliero su un blocco di prova certificato di durezza nota. La lettura deve rientrare nella tolleranza dichiarata, in genere più o meno 1,0 HRC per la scala HRC.
- Preparare la superficie del campione. Il test surface and the anvil seat must be clean, dry, and free of scale or decarburization. For thin or irregular parts, use the correct elevating screw and anvil insert to ensure stability.
- Selezionare la scala e il penetratore corretti. Per l'acciaio temprato superiore a 20 HRC, installare il penetratore a cono diamantato e selezionare la scala HRC. Per l'ottone o l'acciaio non temprato, utilizzare la sfera da 1/16 di pollice e la scala HRB.
- Applicare il carico minore. Sollevare lentamente la vite di sollevamento finché il penetratore non entra in contatto con il campione e il carico minore non è completamente applicato, indicato da un segno di riferimento o da un segnale acustico.
- Applicare il carico maggiore e sostare. Azionare il ciclo di prova. La macchina applica l'intero carico principale, lo mantiene per il tempo di permanenza specificato (in genere 3-6 secondi) e rilascia automaticamente il carico minore.
- Leggi il valore della durezza. Il Rockwell number is displayed directly. Record the value and the scale, e.g., 58,5 HRC .
- Mantenere una distanza adeguata. Il distance between indentations must be at least tre volte il diametro della rientranza e ciascuna rientranza deve essere almeno 2,5 volte il diametro dal bordo del campione per evitare interferenze di incrudimento.
Selezione del giusto metodo di controllo della durezza
Il choice of hardness measuring method is driven by material type, part geometry, the scale of the microstructure, and whether the test is for production release or failure analysis. The table below summarizes the primary hardness checking methods for metal and non-metal applications, providing a practical selection guide.
| Metodo | Meglio per | Penetratore | Norma chiave |
|---|---|---|---|
| Rockwell (HRC, HRB) | Produzione prove metalli, acciai | Cono diamantato o sfera in carburo | ISO 6508, ASTM E18 |
| Brinell (HBW) | Fusioni, forgiati, metallo sfuso | Sfera in carburo da 10 mm | ISO 6506, ASTM E10 |
| Vickers (HV) | Thin layers, coatings, welds, R&D | Piramide di diamanti (136 gradi) | ISO 6507, ASTM E92 |
| Sponda (A, D) | Elastomeri, plastiche, polimeri morbidi | Penetratore a molla | ISO 868, ASTM D2240 |
| Leeb (Rimbalzo) | Componenti grandi e installati | Impatto della sfera in carburo di tungsteno | ISO 16859, ASTM A956 |
Un ultimo punto pratico: nessun singolo test di durezza è universale. Un laboratorio metallurgico ben attrezzato utilizza a Durometro United Rockwell per i controlli giornalieri sulla produzione dell'acciaio, un tester di microdurezza Vickers per l'analisi dei guasti e un misuratore Shore portatile per le ispezioni della gomma in entrata. La corrispondenza del metodo con il materiale e le informazioni richieste è la base per test di durezza affidabili.
