Tabella di durezza dei metalli: Mohs, HB, HV, HS, HRC

La durezza di un metallo si riferisce alla sua capacità di resistere a una deformazione locale, in particolare a una deformazione plastica, a una rientranza o a un graffio. È una misura della morbidezza o della durezza del materiale.

Esistono due tipi principali di metodi di prova della durezza dei metalli: statici e dinamici. I metodi di prova statici includono Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop, Meyer e Barcol, con Brinell, Rockwell e Vickers che sono i più utilizzati. I metodi di prova dinamici prevedono l'applicazione dinamica e impattante di forze di prova.

La misurazione della durezza è determinata principalmente dalla profondità dell'indentazione, dall'area proiettata dell'indentazione o dalla dimensione dell'impronta dell'indentazione. Ad esempio, la durezza Brinell (HB) si calcola premendo una sfera di acciaio temprato o di lega dura di un certo diametro sulla superficie metallica in esame sotto un determinato carico di prova, mantenendola per un tempo specifico, quindi scaricandola e misurando il diametro dell'impronta sulla superficie in esame.

Esistono numerosi metodi per aumentare la durezza dei metalli, tra cui l'aggiunta di leghe con elementi duri nel materiale, l'indurimento di processo, il rafforzamento dell'affinamento dei grani, il rafforzamento della dispersione, il rafforzamento della seconda fase, il rafforzamento del trattamento termico (come la tempra, la carburazione, la nitrurazione, l'infiltrazione di metallo) e il rafforzamento della superficie. Inoltre, la resistenza all'usura dei materiali metallici può essere migliorata cambiando la forma strutturale e alterando lo stato cristallino.

Tabella di durezza dei metalli Mohs

Il Durezza Mohs è uno standard per la rappresentazione della durezza dei minerali, proposto per la prima volta nel 1822 dal mineralogista tedesco Frederich Mohs. È uno standard utilizzato in mineralogia o gemmologia. La durezza Mohs si determina utilizzando un ago a piramide di diamante per graffiare la superficie del minerale testato e misurare la profondità del graffio. La profondità del graffio è la durezza Mohs, rappresentata dal simbolo HM. Viene utilizzato anche per indicare la durezza di altri materiali.

La profondità del graffio misurato è suddivisa in dieci livelli per rappresentare la durezza (metodo del graffio): talco 1 (durezza più piccola), gesso 2, calcite 3, fluorite 4, apatite 5, ortoclasio (feldspato) 6, quarzo 7, topazio 8, corindone 9, diamante 10. La durezza del minerale testato viene determinata confrontando i graffi con i minerali standard nel tester di durezza Mohs. Sebbene la misurazione di questo metodo sia approssimativa, è comoda e pratica. Viene spesso utilizzato per misurare la durezza dei minerali naturali.

I valori di durezza non sono valori assoluti di durezza, ma valori rappresentati in ordine di durezza.

Quando si applica, confrontare la durezza mediante graffiatura. Ad esempio, se un minerale è in grado di graffiare la calcite ma non la fluorite, la sua durezza Mohs è da 3 a 4, mentre le altre sono dedotte. La durezza Mohs è solo una durezza relativa, cioè approssimativa. La durezza del talco è 1, quella del diamante è 10 e quella del corindone è 9, ma la durezza assoluta misurata da un tester di microdurezza è 4192 volte quella del talco per il diamante e 442 volte quella del talco per il corindone. La durezza Mohs è comoda da usare e viene spesso utilizzata nelle operazioni sul campo. Ad esempio, la durezza delle unghie è di circa 2,5, quella delle monete di rame di 3,5-4, quella dei coltelli d'acciaio di 5,5 e quella del vetro di 6,5.

Oltre all'elenco originale di 1-10 tipi di minerali, i valori di durezza dei metalli più comuni sono elencati qui come riferimento.

Tabella di durezza dei materiali metallici

Tabella di durezza dei metalli ferrosi e non ferrosi

1. Tabella di durezza dei metalli non ferrosi

2. Tabella di durezza dei metalli ferrosi

I dati che seguono si applicano principalmente alle basse emissioni di carbonio. acciaio (acciaio dolce).

Lettura correlata: Tabella di confronto della durezza dei metalli: HV, HB, HRC

Durezza comunemente utilizzata

Durezza Brinell

La prova di durezza Brinell utilizza una sfera di acciaio temprato o un lega dura con un diametro D come penetratore.

Una determinata forza di prova F viene applicata alla superficie del materiale da testare e, dopo un determinato tempo di mantenimento, la forza di prova viene rimossa, lasciando un'impronta con un diametro d.

Il Durezza Brinell si calcola dividendo la forza di prova per la superficie dell'impronta. Il simbolo del valore di durezza Brinell è rappresentato da HBS o HBW.

La differenza tra HBS e HBW sta nel tipo di penetratore utilizzato.

HBS indica l'uso di una sfera di acciaio temprato come penetratore e viene utilizzato per determinare la durezza Brinell di materiali con un valore inferiore a 450, come l'acciaio dolce, ghisa grigiae metalli non ferrosi.

L'HBW, invece, si riferisce all'uso di una sfera di lega dura come penetratore e viene utilizzato per misurare la durezza Brinell dei materiali con un valore inferiore a 650.

Anche quando si utilizzano lo stesso materiale e le stesse condizioni sperimentali, i risultati delle due prove possono variare, con il valore HBW tipicamente superiore al valore HBS, e non esiste una regola quantitativa esatta da seguire.

Nel 2003, la Cina ha adottato gli standard internazionali e ha abbandonato l'uso di penetratori a sfera in acciaio a favore di teste a sfera in lega dura.

Di conseguenza, l'HBS non è stato più utilizzato e tutti i valori di durezza Brinell sono ora rappresentati da HBW.

Sebbene la HBW sia spesso indicata semplicemente come HB, in letteratura si trovano ancora riferimenti alla HBS.

Il metodo di misurazione della durezza Brinell è adatto per testare materiali come la ghisa, le leghe non ferrose e vari acciai che sono stati sottoposti a un trattamento di durezza. ricottura o processi di tempra e rinvenimento.

Tuttavia, non è adatto per testare campioni o pezzi troppo duri, troppo piccoli, troppo sottili o che non consentono grandi rientranze sulla superficie.

Durezza Rockwell

Il test di durezza Vickers utilizza come penetratore un cono di diamante con un angolo di apice di 120 gradi o una sfera di acciaio temprato con un diametro di Ø1,588 mm o Ø3,176 mm, insieme a un carico specifico.

Il campione è sottoposto a un carico iniziale di 10 kgf e a un carico totale di 60, 100 o 150 kgf.

Dopo l'applicazione del carico totale, la durezza è determinata dalla differenza tra la profondità di indentazione quando il carico principale viene rimosso mantenendo il carico iniziale e la profondità di indentazione sotto il carico iniziale.

La prova di durezza Rockwell utilizza tre diverse forze di prova e tre diversi penetratori, per un totale di nove possibili combinazioni e corrispondenti scale di durezza Rockwell.

Queste nove scale sono adatte a un'ampia gamma di materiali metallici comunemente utilizzati.

Le tre scale di durezza Rockwell più comunemente utilizzate sono HRA, HRB e HRC, con HRC che è la più utilizzata.

Tabella delle specifiche delle prove di durezza Rockwell comunemente utilizzate

La prova di durezza Rockwell è appropriata per valori di durezza compresi tra 20 e 70HRC. Se la durezza del campione è inferiore a 20HRC, si consiglia di utilizzare la scala HRB, poiché la sensibilità del penetratore diminuisce con l'aumento della pressione sulla parte conica.

Tuttavia, se la durezza del campione è superiore a 67HRC, si consiglia di utilizzare la scala HRA, poiché la pressione sulla punta del penetratore potrebbe diventare troppo elevata e causare danni al diamante e una riduzione della durata del penetratore.

La prova di durezza Rockwell è nota per la sua facilità, velocità e minima indentazione, che la rendono ideale per testare la superficie dei prodotti finiti e dei pezzi più duri e sottili.

Tuttavia, a causa della piccola indentazione, il valore di durezza può fluttuare notevolmente per i materiali con strutture e durezza non uniformi, rendendolo meno accurato del test di durezza Brinell.

La prova di durezza Rockwell è comunemente utilizzata per determinare la durezza di materiali quali acciaio, metalli non ferrosi e carburi cementati.

Durezza Vickers

Il principio alla base della misurazione della durezza Vickers è simile a quello della prova di durezza Brinell.

Un penetratore a forma di piramide di diamante con un angolo di 136° viene utilizzato per applicare una forza di prova specifica, F, sulla superficie del materiale da testare.

Dopo un determinato tempo di mantenimento, la forza di prova viene rimossa e il valore di durezza viene calcolato come la pressione media sull'unità di superficie dell'indentazione a forma di piramide regolare, con il simbolo HV.

La misurazione della durezza Vickers ha un ampio intervallo e può misurare materiali con una durezza compresa tra 10 e 1000 HV. L'indentazione è di piccole dimensioni.

Questo metodo di misura è comunemente utilizzato per misurare materiali sottili e strati induriti superficialmente creati attraverso la carburazione e la nitrurazione.

Durezza Leeb

Il test di durezza Leeb utilizza un dispositivo dotato di una sfera in carburo di tungsteno per colpire la superficie del pezzo da testare, che poi rimbalza. La velocità del rimbalzo è influenzata dalla durezza del materiale in esame.

Sul dispositivo di impatto è installato un materiale magnetico permanente che produce un segnale elettromagnetico proporzionale alla velocità di movimento del corpo d'impatto. Questo segnale viene poi convertito in un valore di durezza Leeb da un circuito elettronico, rappresentato dal simbolo HL.

Il durometro Leeb è un dispositivo portatile che non richiede un banco di lavoro. Il suo sensore di durezza è compatto e può essere facilmente azionato a mano, rendendolo adatto a testare geometrie grandi, pesanti o complesse.

Uno dei vantaggi principali della prova di durezza Leeb è che provoca solo un leggero danno superficiale, il che la rende un'opzione ideale per i test non distruttivi. Inoltre, offre una prova di durezza unica per tutte le direzioni, gli spazi ristretti e i pezzi speciali.

Test di durezza

La prova di durezza Brinell misura la durezza di un campione premendo una sfera d'acciaio o un cono di diamante sulla superficie del campione e misurando la profondità dell'impronta. Questo metodo è adatto a determinare la durezza di materiali come l'acciaio ricotto, normalizzato, bonificato, la ghisa e i metalli non ferrosi.

Il test di durezza Rockwell utilizza procedure specifiche e piccoli penetratori, come i diamanti, per misurare la durezza, rendendolo adatto a un'ampia gamma di materiali.

La prova di durezza Vickers conserva i vantaggi di entrambe le prove Brinell e Rockwell, essendo in grado di misurare materiali che vanno da estremamente morbidi a estremamente duri, e i loro risultati possono essere confrontati.

I vantaggi e gli svantaggi specifici della prova di durezza Knoop non sono dettagliati nelle informazioni che ho trovato, ma si tratta di uno dei metodi di prova statici, alla pari di Brinell, Rockwell e Vickers.

Il durometro Webster viene utilizzato principalmente per verificare le proprietà meccaniche dei profili in lega di alluminio, ma è adatto anche per materiali come rame, ottone e acciaio dolce.

Il durometro Barcol è un tipo di durometro a penetrazione. I vantaggi e gli svantaggi specifici non sono esplicitamente indicati nelle informazioni che ho trovato.

Ogni metodo di prova della durezza ha le sue caratteristiche e il suo campo di applicazione:

• La prova di durezza Brinell è adatta a diversi materiali, in particolare acciaio ricotto, normalizzato, bonificato, ghisa e metalli non ferrosi.
• La prova di durezza Rockwell è adatta a un'ampia gamma di materiali e utilizza un penetratore più piccolo per le misurazioni.
• La prova di durezza Vickers combina i vantaggi di entrambe le prove Brinell e Rockwell e si adatta a materiali da estremamente morbidi a estremamente duri e i loro risultati possono essere confrontati.
• La prova di durezza Knoop, come uno dei metodi di prova statici, è adatta a diversi materiali, ma è necessario approfondire le sue caratteristiche.
• Il durometro Webster è particolarmente adatto per verificare le proprietà meccaniche dei profili in lega di alluminio, ma può essere utilizzato anche per altri materiali.
• Il durometro Barcol, in quanto durometro a penetrazione, occupa un posto di rilievo nelle prove di durezza dei materiali.

Tester di durezza

• Macchina per prove di durezza Micro Vickers

Serie HM:

• Macchina per prove di durezza Vickers
  Serie HV:

• Macchina per prove di durezza Rockwell
  Serie HR:

• Durometro portatile Leeb
  Serie HH:

Come si può migliorare la durezza dei materiali metallici attraverso il trattamento termico?

La durezza dei materiali metallici può essere migliorata attraverso il trattamento termico con diversi metodi, tra cui:

Carburazione e nitrurazione: Questi metodi di trattamento termico chimico prevedono l'infusione di atomi di carbonio (carburazione) o di azoto attivo (nitrurazione) nello strato superficiale del metallo. Questo aumenta il contenuto di carbonio o la resistenza all'abrasione dello strato superficiale del metallo, migliorando così la durezza e la resistenza all'usura. Il mezzo di carburazione comunemente utilizzato è il carbone di legna, mentre la nitrurazione utilizza atomi di azoto attivo decomposti dal gas ammoniaca quando viene riscaldato.

Tempra: Per gli acciai a medio e alto tenore di carbonio, la durezza può essere migliorata con la tempra. La tempra è un comune metodo di trattamento termico che prevede il riscaldamento dell'acciaio a una temperatura appropriata e il successivo raffreddamento rapido per ottenere una maggiore durezza.

Alterazione della dimensione dei grani e della composizione delle fasi: Il trattamento termico influisce sulla durezza modificando la dimensione dei grani e la composizione delle fasi del materiale metallico. Ciò può avvenire attraverso meccanismi quali il rafforzamento della soluzione dei confini dei grani, il rafforzamento della soluzione dei cristalli e il rafforzamento della trasformazione di fase.

Tecnologia di rivestimento: L'utilizzo della tecnologia di rivestimento durante il processo di trattamento termico dei materiali metallici può prevenire danni significativi alla struttura metallica, ottenendo al contempo una durezza ottimale e garantendo un miglioramento significativo dei risultati applicativi.

Riorganizzazione della struttura organizzativa: Il trattamento termico può migliorare l'uniformità e la durezza del materiale riorganizzando la struttura organizzativa e riducendo o eliminando la non uniformità. Questo metodo può essere implementato in vari modi a seconda delle esigenze specifiche.

Formazione di uno strato protettivo: La formazione di un sottile strato protettivo sulla superficie dei materiali metallici altera la struttura originale del metallo. Rispetto ai metodi di tempra tradizionali, questo approccio aumenta efficacemente la durezza superficiale del metallo e offre il vantaggio della facilità d'uso.