Hardness tester iso standard methods

PROVE DI DUREZZA

Esplora il mondo dei test di durezza, dove puoi imparare i principi del test di durezza per metalli e materiali, inclusi gli standard industriali, il background teorico, i quattro metodi di test di durezza e consigli pratici sull'applicazione.

Che tu sia un professionista nel test di durezza o stia appena iniziando, troverai risorse utili, tra cui download gratuiti di poster e note applicative, oltre ad accesso a webinar per supportare le tue esigenze di test e analisi dei materiali.

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In cosa consiste la prova di durezza?

L'applicazione di una prova di durezza consente di valutare le proprietà di un materiale, come la sua robustezza, duttilità e resistenza all'usura, per determinare se un materiale o la lavorazione di questo materiale si adatta allo scopo richiesto.

La prova di durezza può essere definita come "test per determinare la resistenza di un materiale alla deformazione permanente per penetrazione da parte di un altro materiale più duro." Tuttavia, la durezza non è una proprietà fondamentale di un materiale. Ecco perché quando si traggono conclusioni da una prova di durezza, occorre sempre effettuare una valutazione quantitativa in relazione a:
  • Carico esercitato sul penetratore
  • Profilo temporale e durata di carico specifici
  • Geometria specifica del penetratore

Come si svolgono le prove di durezza?

La tipica prova di durezza prevede la pressione di un oggetto di dimensioni specifiche (penetratore) con un determinato carico sulla superficie del materiale da testare. La durezza viene determinata misurando la profondità di penetrazione del penetratore o misurando la dimensione dell'impronta che lascia.
  • Le prove di durezza che misurano la profondità di penetrazione del penetratore comprendono: Rockwell, prove di penetrazione strumentale e durezza a penetrazione di sfere
  • I test di durezza che misurano le dimensioni dell'impronta lasciata dal penetratore sono: Vickers, Knoop, e Brinell

Selezionare il metodo di prova di durezza corretto

Come scegliere il metodo di prova

La scelta del tipo di test di durezza dev'essere determinato dalla microstruttura, come l'omogeneità del materiale da testare, ma anche dal tipo di materiale, dimensioni del pezzo e dalle sue condizioni.

In tutte le prove di durezza, il materiale sottoposto ad impronta dovrebbe rappresentare l'intera microstruttura (a meno che l'obiettivo non sia lo studio dei singoli componenti della microstruttura). Pertanto, se la microstruttura è molto grossolana ed eterogenea, l'impronta dovrà essere maggiore rispetto a quella di un materiale omogeneo.

Sono quattro le prove di durezza principali, ciascuna con i propri vantaggi e requisiti. Esistono diversi standard per questi test, che descrivono in dettaglio le procedure e applicazioni di ognuno.

Per scegliere il metodo di test di durezza, è importante tenere presente le seguenti considerazioni:
  • Il tipo di materiale da sottoporre al test
  • Se è richiesta la conformità a uno standard
  • La durezza approssimativa del materiale
  • Omogeneità/eterogeneità del materiale
  • Le dimensioni del pezzo
  • Il numero di campioni da testare

I quattro metodi di test di durezza più comuni

Rockwell

Prova di durezza Rockwell

Rockwell è un metodo di test rapido, sviluppato per il controllo della produzione, con lettura diretta dei risultati, utilizzato principalmente per i materiali metallici. La durezza Rockwell (HR) viene calcolata misurando la profondità dell'impronta lasciata da un penetratore a un dato carico nel materiale del campione.

  • Solitamente utilizzato per campioni di grandi dimensioni
  • Un “test rapido” utilizzato principalmente per i materiali metallici
  • Può essere utilizzato per prove più avanzate, come il test Jominy (test di temprabilità HRC)

Per saperne di più sul test di durezza Rockwell
Vickers

Il test di durezza Vickers

Il test di durezza Vickers è adatto per tutti i materiali solidi, compresi quelli metallici. La durezza Vickers (HV) viene calcolata misurando le diagonali di un'impronta lasciata nel materiale del campione da un penetratore a diamante piramidale con un determinato carico. Le diagonali dell'impronta vengono lette otticamente per determinare la durezza tramite tabella o formula.

  • Utilizzato per prove di durezza di tutti i materiali solidi, compresi quelli metallici
  • Adatto a numerose applicazioni
  • Include un sottogruppo di prove di durezza delle saldature

Per saperne di più sul test di durezza Vickers
Knoop

Il test di durezza Knoop

Knoop (HK) è un'alternativa al metodo Vickers per le prove di microdurezza. Viene utilizzato principalmente per prevenire la formazione di cricche in materiali fragili e per facilitare le prove su strati sottili. Il penetratore è un diamante piramidale asimmetrico, e l'impronta viene calcolata misurando otticamente la lunghezza della diagonale maggiore.

  • Utilizzato per materiali duri e fragili, come la ceramica
  • Adatto per piccole aree estese, come i rivestimenti

Per saperne di più sul test di durezza Knoop
Brinell

Il test di durezza Brinell

Il test di durezza Brinell viene utilizzato per testare la durezza di campioni più grandi in materiali con una struttura del grano grossolana o disomogenea. L'impronta del test di durezza Brinell (HBW) lascia un'impronta relativamente grande, realizzata con una sfera di carburo di tungsteno. La dimensione dell'impronta viene letta otticamente.

  • Utilizzato per materiali con una struttura del grano grossolana o disomogenea
  • Utilizzato per campioni di grandi dimensioni
  • Adatto a forgiati e fusioni con schemi strutturali di grandi dimensioni

Per saperne di più sul test di durezza Brinell

COME GARANTIRE PRECISIONE E RIPETIBILITÀ NELLE PROVE DI DUREZZA

La corretta applicazione dei test di durezza richiede un'attenta preparazione ed esecuzione. Tuttavia, una volta adottata la metodologia di base, le prove di durezza forniscono una buona precisione e ripetibilità.

Fattori che influenzano le prove di durezza

Numerosi fattori influenzano i risultati delle prove di durezza. In generale, minore è il carico utilizzato per eseguire il test, maggiore è il numero di fattori da controllare.

Ecco alcuni dei fattori più importanti da considerare per garantire una conclusione precisa di un test di durezza.
  • Controllare fattori esterni come luce, sporcizia, vibrazioni, temperatura e umidità
  • Il durometro e il tavolino devono essere posizionati su un tavolo robusto e stabile, e il campione serrato o sostenuto da un supporto o da un'incudine
  • Il penetratore dev'essere perpendicolare alla superficie di prova
  • Durante le prove, le condizioni di illuminazione devono essere costanti per i metodi Vickers, Knoop o Brinell
  • Il durometro dev'essere ricalibrato/verificato ogni volta che si cambia penetratore o obiettivo.

ottimizzare il controllo qualità

DEFINIZIONE DEI CARICHI PER PROVE DI DUREZZA

Ufficialmente, i carichi per prove di durezza sono espressi in Newton (N). Tuttavia, storicamente i carichi erano espressi in chilogrammi-forza (kgf), grammi-forza (gf) o libbre (p). La correlazione tra kgf, kp e N è: 1,0 kgf = 1.000 gf = 1,0 kp = 9,81 N.
  • Il termine "prova di microdurezza" viene solitamente utilizzato in presenza di carichi inferiori o uguali a 1 kgf
  • Il termine "prova di macrodurezza" viene utilizzato per carichi superiori a 1 kgf

Se gli standard lo permettono, utilizzare il carico/forza maggiore possibile per ottenere l'impronta più ampia e assicurare risultati più precisi.

I carichi utilizzati da ciascuno dei quattro metodi di prove di durezza dei materiali metallici* sono conformi ai vari standard ISO e ASTM.

HAT
Hardness Testing Indent Spacing

SPAZIATURA DELL'IMPRONTA

Durante le prova di durezza, l'impronta deforma il materiale circostante e ne modifica le proprietà. Per evitare errori nell'interpretazione della durezza percepita, gli standard prescrivono una certa distanza tra le diverse impronte.

Esempi di spaziatura delle impronte nelle prove di durezza Vickers per materiali metallici

  • Per acciaio, rame e leghe di rame: La distanza tra le impronte dev'essere almeno tre volte la diagonale dell'impronta
  • Per piombo, zinco, alluminio e stagno: La distanza tra le impronte dev'essere almeno sei volte la diagonale dell'impronta

RISOLUZIONE DEI PROBLEMI NELLE PROVE DI DUREZZA

Problema

Può essere difficile ottenere superfici piane parallele durante la preparazione di prove di durezza. Inoltre, il penetratore dev'essere perpendicolare alla superficie di prova. Per la prova di durezza Vickers, le diagonali misurate non devono discostarsi di oltre il 5,0% l'una dall'altra. Per la prova di durezza Knoop, le due metà delle diagonali lunghe non devono differire tra loro di più del 10,0%.

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Soluzione:

Se la deviazione non è dovuta all'anisotropia del materiale, la soluzione migliore è utilizzare una presa più forte del campione in modo che il penetratore penetri perpendicolarmente nella superficie. Se non è disponibile alcun dispositivo di fissaggio, assicurarsi che la preparazione meccanica del campione consenta di ottenere superfici finali piane e parallele.
Se la finitura superficiale di un campione è troppo ruvida, valutare i picchi di un'indentazione potrebbe essere difficile, soprattutto se si utilizzano apparecchiature automatiche. Graffi derivanti dalla preparazione possono essere fonte di errore nella lettura della dimensione dell'impronta durante un test automatico di durezza.
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Soluzione

Utilizzare una superficie lucida. I requisiti di preparazione della superficie dipendono dal carico applicato e dalla durezza del materiale: più il materiale è morbido, maggiore dev'essere il livello di lucidatura. Vedere i requisiti di preparazione nella sezione Come fare Prove di durezza, e trovare un metodo di preparazione adatto al materiale nel e-metalog.
Se il campione non viene pulito adeguatamente dopo la preparazione meccanica, e si effettua una lettura ottica della prova di durezza, la lettura automatica potrebbe non interpretare correttamente gli angoli dell'impronta.
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Soluzione

Prima di eseguire un test di durezza, assicurarsi sempre che i campioni siano ben puliti poiché gli agenti contaminanti (come sporco o fibre) possono rendere difficile la lettura.
La valutazione dei picchi di un'impronta in un campione fortemente attaccato potrebbe rivelarsi difficile, portando a una durezza finale meno precisa.
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Soluzione

Evitare il più possibile di attaccare il campione perché si genera una superficie meno riflettente. Se necessario, preferire un attacco leggero in modo da poter distinguere gli angoli dell'impronta. A volte l'attacco può essere necessario, come in caso di valutazione di una saldatura.
La durezza è maggiore del previsto.
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Soluzione

Verificare la corretta spaziatura delle impronte nell'ambito della prova di durezza prevista. Se le impronte sono troppo vicine tra loro, potrebbe verificarsi un incrudimento da stress.
Helle Michaelsen

Helle Michaelsen

Global Business Solution & Application Manager
Struers Aps.
Ballerup, Danimarca
Birgitte Nielsen

Birgitte Nielsen

Metallografo,
Specialista delle applicazioni
Struers ApS
Ballerup, Danimarca
Farouk Mouzafer

Farouk Mouzafer

Ingegnere Metallurgico e dei Materiali,
Specialista delle applicazioni
Struers ApS
Ballerup, Danimarca
Olafsson Olafur

Òlafur Magnús Òlafsson

Dottorato in Ingegneria meccanica,
Specialista delle applicazioni
Struers ApS
Ballerup, Danimarca
Patrick Toser
Henry Udomon

Henry Udomon

Dottorato in Ingegneria metallurgica,
Responsabile delle applicazioni
Struers Inc.
Cleveland, Ohio, US
Kelsey Torboil

Kelsey Torboli

Laurea in Scienze dei Materiali,
Ingegnere di applicazioni Senior
Struers Inc.
Cleveland, Ohio, US
Brian Jones

Brian Jones

Tecnico delle applicazioni
Struers Inc.
Cleveland, Ohio, US
Caroline Horn
Holger Schnarr

Holger Schnarr

Dr. in Scienze dei Materiali,
Responsabile di laboratorio
Struers GmbH
Willich, Germania
Kinichi Ishikawa

Kinichi Ishikawa

M.S. in Scienza dei Materiali,
Responsabile di laboratorio
株式会社ストルアス
Tokyo, Giappone
Xiuping Jiang

Xiuping Jiang

PhD, MSc in Scienze dei Materiali,
Responsabile Applicazioni e Laboratorio
Struers Ltd.
Shanghai, Cina

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