La durezza

Metodologie di misurazione, comparazione tra le differenti scale, conversione durezza/resistenza a trazione

Il concetto di durezza è sicuramente intuibile: un corpo sarà tanto più “duro” quanto più resisterà ad una sollecitazione a pressione, che lascerà un’impronta proporzionale alla durezza.
Le cose si complicano quando dobbiamo quantificare la durezza (cioè dobbiamo esprimerla con un indice numerico).

Il primo criterio di valutazione della durezza si basava semplicemente sul confronto di dieci minerali (la scala di Mohs, ideata nel 1812 dal mineralogista tedesco Friederich Mohs) numerati da 1 a 10 in maniera tale che ognuno può scalfire quello che lo precede ed è scalfito da quello che lo segue.

  Valore
durezza
Minerale Scala di
Rosiwal
Teneri
(si scalfiscono con l'unghia)
1 Talco 0,03
2 Gesso 1,25
Semiduri
(si rigano con una punta di acciaio)
3 Calcite 4,5
4 Fluorite 5
5 Apatite 5,5
Duri
(non si rigano con una punta di acciaio)
6 Ortoclasio 37
7 Quarzo 120
8 Topazio 175
9 Corindone 1.000
10 Diamante 140.000

Il valore di tale scala è solo indicativo in quanto la durezza reale tra due minerali successivi non è proporzionale: il corindone (9° della scala) è circa 6 volte più duro del topazio (8°), mentre il diamante (10°) è circa 140 volte più duro del corindone! Verso la fine del secolo l’austriaco August Rosiwal stabilì i valori di durezza dei dieci minerali, riuscendo ad esprimerli numericamente ed evidenziando l’approssimazione della scala di Mohs.

Per gli acciai le tre principali metodologie di misurazione (con le rispettive scale) sono la durezza Brinell (elaborata nel 1900 dall’ingegnere svedese J. A. Brinell), la durezza Rockwell (brevettata nel 1922 dagli statunitensi H. M. ed S. P. Rockwell) e la durezza Vickers (ad opera dei ricercatori inglesi Sandland e Smith della società britannica Vickers Ltd. nel 1935).

Delle caratteristiche meccaniche basilari di un acciaio la durezza è quella rilevabile più agevolmente, in quanto il test non richiede la realizzazione di specifici provini, ed alterando solo localmente il pezzo in esame può spesso essere effettuato su un pezzo finito.
Le prove statiche di durezza (esistono anche prove dinamiche, che non vengono utilizzate per i metalli), si basano tutte sulla misurazione dell’impronta lasciata sul materiale da un penetratore al quale è applicata, per un tempo stabilito, una forza perpendicolare alla superficie in esame.

La differenza tra le differenti metodologie consiste nella geometria del penetratore (sferica, piramidale, conica), nel carico applicato e nella sua durata. La misurazione dell’impronta consente di attribuire un valore numerico nelle diverse scale.

La scelta del “tipo” di durezza (Brinell, Vickers, Rockwell) sarà in funzione della marca di acciaio, del suo stato metallurgico, dell’esigenza di una maggiore o minore puntualità della misurazione.

All’interno di ogni metodologia vi sono le citate “variabili”; l’esecuzione del test Brinell prevede l’impiego di un penetratore sferico in acciaio temprato o in carburo di tungsteno il cui diametro può essere di mm 10 oppure mm 5 o mm 2,5 o mm 1. La forza esercitata è di circa 30 N per la durata di 15 secondi. Il penetratore per il test Vickers ha invece forma piramidale, ed il carico applicato è molto variabile in funzione delle esigenze applicative del pezzo. La durezza Rockwell prevede l’impiego di un penetratore sferico in acciaio del diametro di 1/8 di pollice, oppure conico in diamante, con la realizzazione di diverse scale di durezza. Ne consegue che la comparazione delle scale di durezza delle diverse metodologie non è rigorosa; la sottostante tabella ha pertanto un valore puramente orientativo ed assolutamente indicativa è la conversione dai valori di durezza a quelli di resistenza.

HRC HV HB Conversione
durezza/resistenza
ROCKVELL C
Penetratore: cono con angolo 120° carico 150 kg
VICKERS
Penetratore: piramide con angolo 136° carico 10 kg
BRINELL
Penetratore: sfera con Ø mm 10 carico 3000 kg
(Valori puramente indicativi)
N/mm2 (MPa)
59.2 680 646 -
58.8 670 637 -
58.3 660 627 -
57.8 650 618 2180
57.3 640 608 2145
56.8 630 599 2105
56.3 620 589 2070
55.7 610 580 2030
55.2 600 570 1995
54.7 590 561 1955
54.1 580 551 1920
53.6 570 542 1880
53.0 560 532 1845
52.3 550 523 1810
51.7 540 513 1775
51.1 530 504 1740
50.5 520 494 1700
49.8 510 485 1665
49.1 500 475 1630
48.4 490 466 1595
47.7 480 456 1555
46.9 470 447 1520
46.1 460 437 1485
45.3 450 428 1455
44.5 440 418 1420
43.6 430 408 1385
42.7 420 399 1350
41.8 410 389 1320
40.8 400 380 1290
39.8 390 370 1255
38.8 380 361 1220
37.7 370 351 1190
36.6 360 342 1155
35.5 350 332 1125
34.4 340 323 1095
33.3 330 313 1060
32.2 320 304 1030
31.0 310 294 995
29.8 300 285 965
29.2 295 280 950
28.5 290 275 930
27.8 285 271 915
27.1 280 266 900
26.4 275 261 880
25.6 270 256 865
24.8 265 252 850
24.0 260 247 835
23.1 255 242 820
22.2 250 237 800
21.3 245 233 785
20.3 240 228 770
19.0 235 223 755
17.5 230 219 740
16.0 225 214 720
- 220 209 705
- 215 204 690
- 210 199 675
- 205 195 660
- 200 190 640
- 195 185 625
- 190 181 610
- 185 176 595
- 180 171 575
- 175 166 560
- 170 162 545
- 165 156 530
- 160 152 510
- 155 147 495