Prove di durezza Brinell (HB) per campioni grandi e con struttura a grana grossolana

Prove di durezza Brinell

Il test di durezza Brinell viene utilizzato per campioni di grandi dimensioni in materiali con una struttura a grana grossolana o disomogenea. Questa pagina descrive in dettaglio il test di durezza Brinell e fornisce informazioni pratiche sull'applicazione.

Il test di durezza Brinell in sintesi:

• Per prove di durezza di grandi campioni
• Richiede la lettura ottica
• Standards: ASTM E10, ISO 6506, JIS Z 2243.

Scegliete il vostro Durometro Brinell

Il test di durezza Brinell

Il test di durezza Brinell fu originariamente sviluppato alla fine del 1800 dall'omonimo ingegnere svedese. Voleva trovare un metodo per verificare la qualità/durezza dell'acciaio. Per risolvere il problema, usò un cuscinetto sferico per ruote ferroviarie che premette nel materiale e poi misurò le dimensioni dell'impronta lasciata. Il metodo si dimostrò affidabile e nel 1900 venne ufficialmente validato il test di durezza Brinell.

Oggi il test Brinell viene eseguito con un durometro Brinell. Il durometro preme una sfera in carburo di tungsteno sul campione applicando una forza nota, quindi misura otticamente il diametro dell’impronta, dal quale viene calcolato il valore di durezza Brinell (HBW).

• Dimensioni del penetratore: 1, 2,5, 5 e 10 mm
• Carichi: Da 1 kgf a 3000 kgf
• Durezza massima: 650 HBW

Un test di durezza per campioni di grandi dimensioni

Poiché l’impronta lasciata dal test di durezza Brinell (HBW) è relativamente grande, questo metodo è particolarmente adatto a campioni di grandi dimensioni con struttura a grana grossolana o disomogenea, come fusioni e forgiati.



Buono a sapersi

HBW sta per Hardness Brinell Wolfram carbide, ovvero durezza Brinell con sfera in carburo di tungsteno. Carburo di Wolfram (= carburo di tungsteno) sottolinea che i nuovi standard Brinell richiedono l'uso di sfere in carburo di tungsteno, in contrapposizione alle sfere in acciaio (più tenere) utilizzate in precedenza (HBS). I valori differiscono in caso di durezze più elevate.

Calcolo della durezza Brinell​

La durezza Brinell viene calcolata misurando otticamente la lunghezza della diagonale maggiore dell’impronta lasciata dal penetratore di diamante. L’impronta misurata viene poi convertita in un valore di durezza utilizzando una formula standardizzata o una tabella di riferimento. I moderni durometri calcolano e visualizzano automaticamente il valore HK tramite il software integrato.

HBW = costante × Forza test / area idealizzata superficie impronta

HBW =  0,102 × 2F / (π D² (1-√(1-(d² /D²)))​

HBW: Durezza Brinell con Carburo di tungsteno (Wolfram)​

F: Carico di test (kgf)​

D: Lunghezza della diagonale maggiore (mm)​

d: Diametro medio dell’impronta

Carichi Brinell

• Durata penetrazione: 10-15 secondi
• Spessore campione ASTM: Almeno 10 volte la profondità di penetrazione
• Spessore campione ISO: Almeno 8 volte la profondità di penetrazione.

Scarica la nostra Nota applicativa sulle Prove di durezza

Come misurare la durezza Brinell in 6 passaggi​

Utilizzare un durometro come DuraVersa-100:

1. Posizionare il campione sul tavolo o l'incudine.
2. Premere autofocus oppure utilizzare la rotellina per mettere a fuoco.
3. Selezionare il carico di test desiderato.
4. Selezionare un obiettivo di misurazione.
5. Avviare il test.

Distanza tra le impronte​

Un’impronta Brinell non crea solo una deformazione visibile, ma modifica anche la struttura del materiale circostante il cratere°dell’impronta. Per eliminare l’influenza delle prove adiacenti e garantire misurazioni affidabili, le norme°prescrivono distanze specifiche tra le impronte.

Distanza dal bordo: ≥ 2,5 × la diagonale media dell'impronta, misurata dal centro dell'impronta al bordo più vicino del campione.

Distanza tra le impronte: ≥ 3 × la diagonale media dell'impronta, misurata tra i centri delle impronte adiacenti.​

Diametro dell'impronta​

Il diametro dell’impronta deve essere misurato in due direzioni perpendicolari, utilizzando il valore medio per il calcolo della durezza. Per superfici levigate, si consiglia di effettuare le misurazioni a un angolo di circa 45° rispetto alla direzione di prelevigatura.

I sistemi di misurazione automatica (telecamera) possono utilizzare algoritmi alternativi per il calcolo della media.

Preparazione alla prova di durezza Brinell​

Campione​

La superficie di prova deve essere liscia e uniforme, priva di ossidi, contaminanti e lubrificanti. Le norme applicabili specificano che la finitura superficiale deve consentire una misurazione precisa del diametro dell’impronta, ossia deve permettere di identificare chiaramente i bordi dell’impronta.

Quando si utilizzano penetratori a sfera piccola (1 mm e 2,5 mm), può essere necessario eseguire una lucidatura o una prelevigatura fine per ottenere una finitura superficiale adeguata. Durante la preparazione, è necessario prestare attenzione a non generare calore che possa alterare la microstruttura del campione e influire sul risultato di durezza.

Apparecchiatura​

Per garantire risultati di durezza affidabili e tracciabili, il durometro Brinell dev'essere sottoposto ogni anno a verifica e calibrazione diretta da parte di un laboratorio accreditato. Tra una calibrazione diretta e l’altra, si raccomanda agli operatori di eseguire regolarmente verifiche indirette utilizzando blocchetti di test certificati con valori Brinell noti.​

Ambiente​

Grazie alle forze di prova elevate e alle dimensioni dell’impronta, il metodo Brinell è intrinsecamente solido e particolarmente adatto sia ai laboratori che alle officine. Tuttavia, poiché il valore di durezza viene determinato mediante la misurazione ottica dell’impronta, si raccomanda di operare in un ambiente ragionevolmente pulito e privo di polvere, per garantire affidabilità e ridurre al minimo gli interventi di manutenzione e assistenza. Per ottenere risultati precisi e ripetibili, il durometro dev'essere installato su un banco o un tavolo di lavoro rigido e stabile. Le vibrazioni provenienti da macchinari nelle vicinanze, dal passaggio di persone o da altre fonti esterne devono essere minimizzate o, ove possibile, eliminate.

Le norme ISO e ASTM specificano una temperatura di esercizio compresa tra 10 °C e 35 °C.​

Operatore​

L’operatore è responsabile del corretto posizionamento del campione e deve assicurarsi che rimanga stabile per l’intera°durata del ciclo di prova. Per evitare errori di misurazione dovuti alla deformazione del materiale, le impronte devono essere sufficientemente °distanziate tra loro e lontane dai bordi del campione.

Per applicazioni specifiche, consultare sempre gli standard di riferimento per prove di durezza Brinell e verificare i requisiti relativi alla distanza tra le impronte e°le condizioni di test.

Metodi e applicazioni Brinell

Esistono diversi metodi per le prove di durezza Brinell, con materiali e intervalli di durezza corrispondenti. La maggior parte dei metodi può essere eseguita su qualsiasi tipo di durometro Brinell.

I metodi Brinell sono generalmente suddivisi in quattro sottogruppi (HB30, HB10, HB5, HB2,5), ciascuno adatto a un diverso gruppo di materiali.

• Ogni sottogruppo ha lo stesso rapporto forza/diametro (F/D2)
• Le durezze Brinell misurate possono essere confrontate solo all'interno di singoli sottogruppi.

* I materiali indicati nella tabella sono solo esempi di materiali tipici.

Spiegazione

• HBW 2,5/187,5: Sfera in carburo di tungsteno Brinell da 2,5 mm e carico di 187,5 kgf.
• HBW 5/750: Sfera in carburo di tungsteno Brinell da 5,0 mm e carico di 750 kgf.

Metodo preferenziale per fusioni​

La prova di durezza Brinell è particolarmente adatta ai pezzi fusi grazie alla robustezza del durometro, alla resistenza dei penetratori a sfera e alla capacità di produrre impronte di grandi dimensioni, facili da misurare.

Poiché l’impronta Brinell copre un’area relativamente ampia, fino a Ø 6,0 mm, il valore di durezza misurato rappresenta una media della microstruttura, spesso eterogenea, dei materiali da fusione, fornendo risultati più rappresentativi e ripetibili. Le impronte di grandi dimensioni sono inoltre facili da valutare, riducendo l’incertezza sulle misurazioni.

I carichi di prova di 3000 kgf, abbinati a un penetratore a sfera da 10 mm, sono spesso utilizzati per la ghisa. Selezionando forze di prova inferiori, il metodo Brinell è altrettanto adatto a fusioni di materiali più teneri, come l’alluminio e l’ottone.

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Il metodo Brinell è la scelta preferenziale per la valutazione di materiali a grana grossolana, eterogenei e da fusione, nei quali un’impronta di maggiori dimensioni consente di ottenere una misura della durezza del materiale più rappresentativa. Il metodo Brinell, grazie alla sua robustezza, è particolarmente adatto ai componenti fusi, ai forgiati e ad altri componenti con microstrutture non uniformi.

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