La verifica della durezza di qualsiasi materiale è fondamentale per le sue applicazioni. Senza determinare la durezza, non sarebbe saggio utilizzare il materiale. La durezza controlla molte altre caratteristiche dei materiali. Tuttavia, sono disponibili diversi tipi di prove di durezza.
Ognuno di questi test di durezza varia nel modo in cui misura la durezza. Questo rende il processo di selezione molto scoraggiante e complicato. Tuttavia, capire come funzionano questi test renderà le cose molto più gestibili. Giusto? I produttori ne utilizzano alcuni a seconda delle loro esigenze. Facciamo un salto e parliamo di ciascuno di questi test.
Panoramica della durezza e dei suoi test
Prima di immergerci, non vi chiedete perché dobbiamo misurare la durezza del materiale? Dopo tutto, questa misurazione ci porta a discutere di questi vari test. La misurazione della durezza è fondamentale nella scelta del materiale per il vostro progetto. Ma cos'è la durezza in sé?
La durezza è la capacità di un materiale di resistere alla forza o alla deformazione. Questa è la tipica definizione da dizionario. Ma nella vita di tutti i giorni, la consideriamo come la capacità di un materiale di resistere all'usura. Definisce la qualità o la resistenza di un materiale. La durezza indica la durata dei materiali.
Parliamo dell'importanza della misurazione della durezza. Testare e conoscere la durezza ci fornisce preziose informazioni sul materiale. Ci dice se un materiale sarà resistente o adatto a un'applicazione specifica. Tenete presente che la rigidità influenza molte altre caratteristiche dei materiali. Ad esempio, i materiali rigidi sono resistenti all'usura.
Può sopportare facilmente le sollecitazioni e non si rompe facilmente. Al contrario, i materiali con una durezza inferiore sono deboli e soggetti a usura. Ecco perché diventa essenziale misurare la durezza. Essa indica la resistenza di un materiale durante l'uso. Conoscere una durezza aiuta gli ingegneri a stimare altre caratteristiche del materiale.
Diversi tipi di durometri
Sono certo che avete un'idea più precisa del perché la prova di durezza sia fondamentale. Lasciate che vi sveli un'altra chicca: esistono diversi tipi di test di durezza. Ognuno di essi utilizza strumenti o macchine diverse per eseguire il test. Per utilizzarli è necessario conoscere il loro modo di lavorare.
Ecco l'elenco dei test di durezza più comuni:
- Test di durezza Rockwell
- Test di durezza Brinell
- Test di durezza Vickers
- Test di durezza Knoop
- Test di durezza Leeb
- Test di durezza Shore
- Test di durezza Webster
Ognuno di questi test ha caratteristiche specifiche. Esaminiamoli e vediamo come funzionano.
1- Test di durezza Rockwell
Il test di durezza Rockwell è più affidabile e ampiamente utilizzato. Una macchina specializzata per le prove di durezza Rockwell Nel processo di prova viene utilizzato un sistema di controllo. Il materiale sottoposto ai test subisce la forza o il carico. Il penetratore è un componente critico della macchina che applica il carico sul pezzo.
Il test Rockwell prevede l'utilizzo di due carichi. Il primo carico è generalmente inferiore o minore. Il secondo è più intenso e più elevato (maggiore). Ad esempio, l'operatore utilizzerà il primo carico di 10 kg attraverso il penetratore sul pezzo. Questo carico creerà una certa penetrazione sulla superficie del materiale, giusto?
L'operatore misurerà la profondità creata dalla penetrazione del penetratore. Una volta fatto, il secondo carico sarà applicato al materiale. Ma questo secondo carico sarà più intenso e più elevato del primo. Se il primo è di 10 Kgf, il secondo sarebbe il 60 Kgf. Questo carico di 60 Kgf creerà una maggiore profondità e penetrazione.
L'operatore misura nuovamente la profondità creata dal secondo carico. Quindi, confronterà la profondità creata dai due carichi. Questo confronto darà il valore di durezza. Questo tipo di prova è generalmente adatto ai metalli duri e alle leghe. Ricordiamo che sono disponibili diverse scale di prova Rockwell, ideali per testare vari materiali.
Potreste essere confusi riguardo al carico e al suo valore. In genere, il primo e il secondo carico dipendono dalla scala Rockwell utilizzata. Questa scala è diversa per i vari materiali. In genere, il primo carico (minore) rimane invariato. Il secondo carico o carico significativo varia. Ecco la tabella che mostra le scale con i carichi:
| Scala Rockwell | Carico minore | Carico maggiore |
| Rockwell A (HRA) | 10 Kgf | 60 Kgf |
| Rockwell B (HRB) | 10 Kgf | 100 Kgf |
| Rockwell C (HRC) | 10 Kgf | 150 Kgf |
2- Test di durezza Brinell
Il test di durezza Brinell non è nuovo e viene utilizzato da molti decenni. Questo test prevede l'applicazione di una forza sul materiale attraverso sfere di acciaio o di carburo. La sfera di carburo viene utilizzata come penetratore. Sulla superficie del materiale viene applicata una forza forte, pari ad almeno 3.000 chilogrammi.
Questa forza estrema crea una rientranza o profondità. La misurazione di questa profondità fornisce la durezza Brinell. Non è così semplice come può sembrare. Molti fattori determinano la durezza Brinell finale di qualsiasi materiale. Tra questi, il tempo di permanenza, la forza applicata, la profondità creata, ecc.
Una cosa che mi piace del test di durezza Brinell è che fornisce un unico valore di durezza per i materiali. A differenza del test Rockwell, nel test Brinell non ci sono scale di durezza multiple. Tutto ciò che si deve fare è posizionare un campione sul supporto. Applicare la forza ed eseguire semplici calcoli. Ecco l'elenco della durezza Brinell di alcuni materiali.
| Materiale | Numero di durezza Brinell (BHN) |
| Legno tenero (ad esempio, pino) | 1,6 HB |
| Alluminio puro | 15 HB |
| Rame | 35 HB |
| Acciaio dolce | 120 HB |
| Diboruro di renio | 4600 HB |
HB nella tabella indica la "Durezza Brinell". Il nome di questo test è una sorta di tributo al suo inventore, il dottor Johan August Brinell. Una varietà di Macchine per prove Brinell sono disponibili e il loro prezzo varia. In generale, questo test è adatto a materiali spessi e resistenti, poiché applica una forza estrema.
3- Test di durezza Vickers
Questo test è stato inventato nel 1924. È leggermente diverso dagli altri metodi, poiché non si preoccupa della profondità creata sulla superficie del materiale. È invece più legato alle dimensioni dell'indentazione. Vi spieghiamo questo test in modo più dettagliato. Il Macchina per la durezza Vickers è costituito da un penetratore a forma di diamante piramidale.
L'operatore applica una forza sulla superficie del materiale con questo penetratore diamantato piramidale. Questa forza crea un'impronta sulla superficie del pezzo da lavorare. A questo punto, i produttori misurano le dimensioni di questa rientranza. Si tenga presente che questa rientranza avrà una forma a diamante, proprio come quella di un penetratore.
Questo test viene utilizzato anche per pezzi e parti di piccole dimensioni, per cui le tacche possono essere piccole. Per questo motivo, gli operatori utilizzano microscopi per analizzare le dimensioni della rientranza. Una volta misurata la dimensione della rientranza, i valori vengono inseriti nella formula, che coinvolge diversi parametri.
La formula e il calcolo forniscono all'operatore la durezza precisa del materiale. Come il test di Brinnel, questo metodo utilizza un'unica scala, che rende semplice per i non addetti ai lavori la comprensione del risultato. Poiché si tratta di misurare le dimensioni di minuscole indentature, viene anche chiamato microdurezza.
4- Test di durezza Knoop
Questo test è in parte simile alla durezza Vickers. Utilizza un penetratore in diamante di forma romboedrica per creare un'impronta allungata. In genere, questo test è adatto a materiali di piccole dimensioni. L'operatore osserva l'impronta a forma di diamante utilizzando un microscopio.
Innanzitutto, il materiale viene posizionato sul supporto della macchina. Viene applicata una piccola forza di circa 1 kg o anche meno. Questa forza crea una rientranza più allungata. Pertanto, l'operatore non misura l'intera dimensione della rientranza. Misura invece la lunghezza della diagonale lunga e analizza e calcola.
Tenete presente che il test Knoop prevede il calcolo della durezza attraverso una formula. L'aspetto positivo di questo test è che può verificare la durezza di materiali sottili, piccoli e fragili. In genere, tutti gli altri test di durezza applicano una forza elevata che rende il materiale incline alla rottura. Questo test di Knoop, invece, funziona applicando una forza delicata.
Evidenziazione rapida: La differenza tra il test Knoop e il test Vickers sta nella forma del penetratore. Il test Vicker utilizza un penetratore piramidale a diamante. Il test Knoob, invece, utilizza un penetratore allungato. A differenza del test Vickers, l'operatore misura solo la lunghezza della diagonale lunga.
5- Test di durezza Leeb
Il test Leeb si distingue da tutti gli altri test di durezza. Il motivo è che si basa sulla velocità di rimbalzo della sfera (penetratore). Come penetratore si utilizza una sfera dura in carburo di tungsteno. La macchina utilizzata per questo test è compatta e portatile.
La macchina lancia o spinge la sfera dura o il penetratore sulla superficie del materiale durante il test. I penetratori colpiscono la superficie e ritornano indietro. Le macchine misurano la velocità di rimbalzo della sfera dopo l'impatto. Dopo l'urto con la superficie, verificano anche la velocità e la distanza percorsa dalla sfera (penetratore).
Calcolando e analizzando questa misura si ottiene una durezza accurata del materiale. Questo test si basa quindi sulla velocità di rimbalzo della pallina dopo aver colpito il materiale. Quanto più rigida è la superficie, tanto più veloce sarà il rimbalzo della pallina e viceversa. Il test di durezza Leeb è adatto ai metalli pesanti di peso superiore a 5 kg. La sua precisione non è affidabile se si utilizza un pezzo piccolo.
6- Test di durezza Shore
Questo test è semplice da eseguire. Il suo nome rende omaggio ad Albert Shore, che per primo realizzò il durometro. Il durometro è costituito da tacche rotonde e viene utilizzato per eseguire il test. A differenza di altri test, il test Shore è adatto a materiali morbidi come le plastiche e le gomme.
Vediamo come funziona questo test di durezza shore. In primo luogo, il durometro lancia o spinge il penetratore, che colpisce la superficie del materiale e vi entra. A questo punto, il dispositivo controlla la profondità con cui i penetratori (di forma rotonda) affondano nel materiale. La profondità di affondamento dei penetratori viene utilizzata per calcolare la durezza.
Quando il penetratore non va in profondità, è un chiaro indicatore di durezza. Al contrario, se il penetratore entra in profondità nel materiale, significa che il materiale è morbido. Esiste una scala shore che verifica l'esatta durezza del materiale. Tenete presente che esistono due scale shore e i loro nomi sono i seguenti:
- Riva A
- Riva D
La scala Shore A è utilizzata per misurare la durezza di materiali morbidi e flessibili. La scala Shore D, invece, è adatta ai materiali duri. Ricordiamo che per durezza non si intende alcun metallo. Indica invece gomma o plastica indurita. Questo test non funziona su materiali complessi e rigidi come il metallo e le leghe.
7- Test di durezza Webster
Come ho già detto, il test Shore è adatto solo ai materiali morbidi. Ma ho portato questo test di imbracatura Webster se si vuole verificare la durezza di materiali rigidi. Questi possono essere alluminio, ottone o altri metalli. Il tester Webster è simile a una pinza e blocca il materiale da testare.
Una volta bloccato il materiale, l'operatore schiaccia l'impugnatura del dispositivo Webster. La pressione produce una forza che spinge il penetratore sulla superficie del materiale. Grazie a questa spinta, il penetratore crea un'impronta sulla superficie del materiale. Gli operatori controllano e analizzano questa impronta, che indica la durezza del materiale.
Questo tester Webster è portatile e l'operatore lo tiene in mano mentre testa il materiale. Ciò che mi piace di questo test è che è veloce e facile da eseguire. Anche chi ha poca esperienza e conoscenze tecniche minime può eseguirlo. Inoltre, questo tester Webster è relativamente economico, un grande vantaggio.
Conclusione
Come ho già detto, conoscere la durezza del materiale è essenziale. Aiuta a utilizzare correttamente i diversi materiali per realizzare i prodotti. Tuttavia, sono disponibili diverse macchine per la prova di durezza. Il loro funzionamento, il loro utilizzo e le loro caratteristiche principali variano l'una dall'altra.
Ingegneri e produttori utilizzano un tipo di materiale a seconda del materiale che vogliono testare. Ad esempio, il test Shore è il migliore se devono testare un materiale morbido. Allo stesso modo, i test Rockwell o Brinell sono adatti per verificare i materiali rigidi.