La durezza di un materiale metallico indica la sua capacità di resistere all'indentazione della superficie da parte di oggetti duri. A seconda dei metodi di prova e del campo di applicazione, la durezza può essere suddivisa in durezza Brinell, durezza Rockwell, durezza Vickers, durezza Shore, microdurezza e durezza ad alta temperatura. Per i tubi, le tre durezze più comunemente utilizzate sono Brinell, Rockwell e Vickers.
A. Durezza Brinell (HB)
Utilizzare una sfera d'acciaio o di carburo di un determinato diametro per premere sulla superficie del campione con la forza di prova specificata (F). Dopo il tempo di mantenimento specificato, rimuovere la forza di prova e misurare il diametro dell'impronta (L) sulla superficie del campione. Il valore di durezza Brinell è il quoziente ottenuto dividendo la forza di prova per l'area superficiale della sfera indentata. Espresso in HBS (sfera d'acciaio), l'unità di misura è N/mm² (MPa).
La formula di calcolo è:
Nella formula: F – la forza di prova esercitata sulla superficie del campione metallico, N;
D – Diametro della sfera d'acciaio per la prova, in mm;
d – diametro medio dell'indentazione, mm.
La misurazione della durezza Brinell è più accurata e affidabile, ma in genere la durezza Brinell (HBS) è adatta solo per materiali metallici con durezza inferiore a 450 N/mm² (MPa) e non è adatta per acciai più duri o lamiere più sottili. Tra gli standard per tubi in acciaio, la durezza Brinell è la più utilizzata. Il diametro di indentazione d viene spesso utilizzato per esprimere la durezza del materiale, risultando intuitivo e pratico.
Esempio: 120HBS10/1000130: Significa che il valore di durezza Brinell misurato utilizzando una sfera d'acciaio di 10 mm di diametro sotto una forza di prova di 1000 Kgf (9,807 KN) per 30 s (secondi) è 120 N/mm² (MPa).
B. Durezza Rockwell (HR)
La prova di durezza Rockwell, come la prova di durezza Brinell, è un metodo di prova per indentazione. La differenza sta nel fatto che misura la profondità dell'indentazione. Ovvero, sotto l'azione sequenziale di una forza di prova iniziale (Fo) e di una forza di prova totale (F), il penetratore (cono o sfera d'acciaio del laminatoio) viene premuto sulla superficie del campione. Dopo il tempo di mantenimento specificato, la forza principale viene rimossa. Utilizzando l'incremento di profondità di indentazione residua misurato (e), si calcola il valore di durezza. Tale valore è un numero anonimo, rappresentato dal simbolo HR, e le scale utilizzate includono 9 livelli: A, B, C, D, E, F, G, H e K. Tra questi, i livelli comunemente utilizzati per la prova di durezza dell'acciaio sono generalmente A, B e C, ovvero HRA, HRB e HRC.
Il valore di durezza viene calcolato utilizzando la seguente formula:
Quando si effettuano test con scale A e C, HR=100-e
Quando si esegue il test con la scala B, HR=130-e
Nella formula, e – l'incremento residuo della profondità di indentazione è espresso nell'unità specificata di 0,002 mm, ovvero, quando lo spostamento assiale del penetratore è di un'unità (0,002 mm), ciò equivale a una variazione di un numero nella durezza Rockwell. Maggiore è il valore di e, minore è la durezza del metallo, e viceversa.
L'ambito di applicazione delle tre scale sopra indicate è il seguente:
HRA (indentatore a cono diamantato) 20-88
HRC (penetratore a cono diamantato) 20-70
HRB (indentatore a sfera in acciaio da 1,588 mm di diametro) 20-100
La prova di durezza Rockwell è un metodo ampiamente utilizzato al giorno d'oggi, e la durezza HRC è seconda solo alla durezza Brinell HB per gli standard relativi ai tubi in acciaio. La durezza Rockwell può essere utilizzata per misurare materiali metallici da estremamente morbidi a estremamente duri. Supera i limiti del metodo Brinell. È più semplice del metodo Brinell e il valore di durezza può essere letto direttamente dal quadrante del durometro. Tuttavia, a causa della piccola impronta, il valore di durezza non è preciso quanto quello ottenuto con il metodo Brinell.
C. Durezza Vickers (HV)
Il test di durezza Vickers è anch'esso un metodo di prova per indentazione. Consiste nel premere un penetratore di diamante a forma piramidale quadrata con un angolo compreso di 1360° tra le superfici opposte del campione, applicando una forza di prova (F) selezionata, e nel rimuoverlo dopo il tempo di mantenimento specificato. La forza misura la lunghezza delle due diagonali dell'impronta.
Il valore di durezza Vickers è il quoziente tra la forza di prova e l'area della superficie di indentazione. La sua formula di calcolo è:
Nella formula: HV – simbolo di durezza Vickers, N/mm2 (MPa);
Forza di prova F, N;
d – la media aritmetica delle due diagonali dell'indentazione, in mm.
La forza di prova F utilizzata nella durezza Vickers è 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) Kgf (N) e altri sei livelli. Il valore di durezza può essere misurato. L'intervallo è 5~1000HV.
Esempio di metodo di espressione: 640HV30/20 significa che il valore di durezza Vickers misurato con una forza di prova di 30Hgf (294,2 N) per 20 S (secondi) è 640 N/mm² (MPa).
Il metodo di durezza Vickers può essere utilizzato per determinare la durezza di materiali metallici molto sottili e di strati superficiali. Presenta i principali vantaggi dei metodi Brinell e Rockwell e ne supera i limiti fondamentali, ma non è altrettanto semplice. Il metodo Vickers è raramente utilizzato negli standard per i tubi in acciaio.
Data di pubblicazione: 3 aprile 2024
