Prova di durezza Brinell secondo ISO 6506 e ASTM E10

Q: Perché si usa una sfera in carburo di tungsteno (HBW)?

In passato si usavano sfere di acciaio temprato (HBS). Tuttavia, poiché queste potevano deformarsi su provini più duri, l'attuale norma ISO 6506 prescrive esclusivamente l'uso di sfere in carburo di tungsteno. La "W" nella sigla HBW sta per questo materiale (Wolfram / tungsteno) e garantisce risultati di misurazione precisi fino a una durezza di 650 HBW.

Q: Quali materiali sono più adatti al metodo Brinell?

Il Brinell è il metodo di riferimento per materiali disomogenei con struttura a grana grossa, come la ghisa o i pezzi forgiati. Il penetratore relativamente grande cattura un'area più ampia del materiale, compensando le differenze strutturali locali e producendo un valore di durezza medio rappresentativo.

Q: Quale deve essere la distanza tra le impronte di prova?

Secondo la norma ISO 6506, la distanza tra il centro di un'impronta e il bordo del provino deve essere almeno 3 volte il diametro dell'impronta (d). Anche la distanza tra due impronte adiacenti deve essere almeno 3 volte d per escludere l'incrudimento reciproco.

Q: Esiste uno spessore minimo per il provino?

Sì. Lo spessore del provino deve essere scelto in modo che non sia visibile alcuna deformazione sul lato posteriore. Come regola generale: lo spessore del provino deve essere almeno 8 volte la profondità dell'impronta. Se il provino è troppo sottile, il risultato della misurazione sarà falsato dalla durezza del supporto.

Q: Qual è la differenza tra Brinell e Vickers?

Mentre il metodo Vickers utilizza una piramide di diamante ed è adatto a quasi tutti i campi di durezza (specialmente i microcarichi), il Brinell utilizza una sfera. Il vantaggio principale del Brinell è la migliore media su materiali non uniformi, mentre il Vickers è superiore per materiali molto duri o strati sottili.

Q: Quando deve essere regolato il tempo di applicazione della forza?

Il tempo di permanenza standard è di 10-15 secondi. Per i materiali che tendono a scorrere sotto carico (ad esempio piombo o stagno), la durata deve essere spesso estesa. In tal caso, il tempo deve essere obbligatoriamente indicato nel valore di durezza (ad es. 100 HBW 5/250/30 per 30 secondi).

La prova di durezza Brinell è un metodo di prova ottico affermato a livello mondiale per determinare la durezza dei metalli. In questo caso, una sfera di carburo di tungsteno di precisione viene impressa nella superficie del pezzo con una forza di prova definita (F). Il valore di durezza risultante (HBW) viene calcolato dal rapporto tra la forza di prova e la superficie dell'impronta residua. Grazie all'ampia area di impronta, il metodo è particolarmente indicato per materiali non omogenei come la ghisa o i pezzi forgiati.

Classificazione della prova di durezza Brinell

La prova di durezza Brinell è un metodo per determinare la durezza dei materiali. Si esegue con un durometro Brinell:

Conformità normativa: La procedura è standardizzata a livello internazionale secondo le norme ISO 6506 e ASTM E10, il che garantisce la comparabilità mondiale dei valori di durezza.
Campo di carico versatile: Con un intervallo di carico da 1 a 3.000 kgf, il metodo Brinell copre sia il campo dei microcarichi che quello macro (prova di durezza convenzionale).
Principio di misura ottico: Trattandosi di un metodo ottico, la determinazione del valore di durezza si basa sulla misurazione precisa delle dimensioni dell'impronta lasciata dal penetratore sulla superficie del provino.
Penetratore di precisione: Viene utilizzata una sfera in carburo di tungsteno (HBW). A seconda del metodo scelto, vengono utilizzati diametri della sfera di 1 mm, 2,5 mm, 5 mm o 10 mm.

Svolgimento della prova di durezza Brinell

La prova di durezza Brinell è uno dei classici metodi di prova ottici per determinare la durezza dei materiali. Analizza le dimensioni dell'impronta permanente che un penetratore Brinell sferico lascia sulla superficie di un componente. A differenza del metodo Vickers, che utilizza un penetratore a forma di piramide, il metodo Brinell utilizza una sfera come penetratore, generalmente in metallo duro.

La durezza di un materiale è determinata dal rapporto tra la forza di prova applicata e il diametro dell'impronta. Più grande è l'impronta lasciata dal penetratore Brinell a carico costante, minore è la durezza del materiale. Questo metodo di prova è particolarmente adatto ai materiali a grana grossa o morbidi e fornisce risultati affidabili nella valutazione della resistenza meccanica.

Calcolo della durezza Brinell

La durezza Brinell (HBW) risulta dal rapporto tra la forza di prova applicata e l'area di impronta proiettata lasciata sulla superficie del materiale da un penetratore Brinell. L'impronta è determinata dal valore medio di due diagonali perpendicolari tra loro, poiché la forma dell'impronta è spesso irregolare. In pratica, la durezza viene solitamente determinata utilizzando tabelle o software speciali per la prova di durezza. Per garantire che l'impronta rimanga significativa, il diametro della sfera e il carico di prova devono essere correttamente abbinati. Il carico viene applicato in conformità alla norma ISO 6506, compreso un tempo di esposizione di 10-15 secondi. La comparabilità dei risultati di misura è garantita dall'applicazione entro un livello di carico definito. Il metodo Brinell è particolarmente adatto per materiali da morbidi a mediamente duri e fornisce valori affidabili per la durezza del materiale.

Metodi Brinell e applicazioni

Il metodo Brinell è un metodo versatile per la prova di durezza ed è adatto a materiali con gradi di durezza molto diversi: da metalli teneri come alluminio, stagno o piombo a materiali più duri come acciaio o ghisa.

Per ottenere valori di durezza Brinell comparabili, la forza di prova e il diametro della sfera devono corrispondere entro lo stesso grado di sollecitazione. Ciò significa che la prova di durezza Brinell può essere eseguita in modo preciso e conforme agli standard, anche con materiali e parametri di prova diversi.

In pratica, il valore di durezza per il test Brinell non viene determinato mediante calcolo per ogni singola misura. Di solito, invece, viene determinato utilizzando tabelle o il corrispondente software di prova. Questi visualizzano il valore di durezza in funzione del diametro medio di indentazione d per tutti i diametri delle sfere e i carichi di prova standardizzati.

Il carico di prova deve essere selezionato in modo che il diametro medio di indentazione d sia compreso tra 0,24 e 0,6 D.

Per mantenere questo intervallo in modo affidabile, il carico di prova e il diametro della sfera devono corrispondere. Ciò comporta diversi gradi di sollecitazione, noti anche come gradi di carico o fattori di carico, nell'ambito del metodo Brinell. Il fattore di carico risulta dal quoziente della forza di prova e del quadrato del diametro della sfera (B = 0,102 × F / D²) e rimane costante all'interno di un fattore di carico. I gradi di sollecitazione più comuni sono 1, 2,5, 5, 10 e 30. Se un materiale viene testato con diametri delle sfere e forze diverse, ciò deve essere fatto con lo stesso grado di sollecitazione per garantire risultati comparabili.

Gruppo di materiali	Grado di carico (Fattore di carico)	Esempi di metodi	Campo di durezza (HBW)
Acciaio, Ghisa, Ferro	30	HBW 10/3000, HBW 5/750, HBW 1/30	95,5 – 653
Leghe di rame e alluminio	10	HBW 10/1000, HBW 5/250, HBW 2,5/62,5	31,8 – 218
Rame, Alluminio (non trattato)	5	HBW 10/500, HBW 5/125, HBW 1/5	15,9 – 109
Metalli leggeri (teneri)	2,5	HBW 10/250, HBW 5/62,5, HBW 2,5/15,625	7,96 – 54,5
Piombo, Stagno	1	HBW 10/100, HBW 5/25, HBW 1/1	3,18 – 21,8

Il diametro della sfera deve essere scelto in modo che l'indentazione di prova copra una zona il più possibile rappresentativa del materiale.

Secondo la norma ISO 6506, il carico di prova deve essere applicato da un minimo di due a un massimo di otto secondi. La durata dell'applicazione del carico di prova è generalmente compresa tra 10 e 15 secondi. Se la durata del carico è più lunga, occorre aggiungerla alla specifica di durezza, ad esempio: 210 HBW 5/250/30 (tempo di esposizione 30 s).

Come si legge e si scrive un valore di durezza Brinell?

Un valore di durezza Brinell si compone dei seguenti elementi:

il valore di durezza numerico;
le tre lettere maiuscole HBW che stanno per "durezza secondo Brinell" (con sfera in metallo duro in carburo di tungsteno);
il diametro della sfera in mm;
il carico di prova applicato in kgf;
secondo la norma ISO 6506: il tempo di permanenza utilizzato del carico di prova, ma solo se non è compreso tra 10 e 15 secondi (piuttosto inusuale nella pratica);

Esempio di rappresentazione del valore di durezza Brinell:

210 HBW 5/250/30

210 ... valore di durezza
HBW ... secondo Brinell con sfera in carburo di tungsteno
5 ...con diametro della sfera di 5 mm
250 ...con carico di prova 250 kgf (o forza di prova 2,452 kN)
30 ...durata dell'applicazione della forza di prova al di fuori della durata raccomandata, in questo caso: 30 secondi

Requisiti del campione per il metodo Brinell

Normalmente, nella prova di durezza secondo Brinell, è necessario preparare la superficie del campione da misurare, perché la qualità superficiale deve essere sufficientemente buona da consentire di analizzare otticamente l'impronta in modo corretto.

Rispetto al metodo Vickers, con cui si misura anche la durezza micro, nel metodo Brinell i requisiti di qualità superficiale sono tuttavia inferiori, poiché normalmente si testa con carichi superiori (nel range macro) e un penetratore (sferico) più grande e la superficie può quindi essere ruvida.

Nel dettaglio il campione da misurare deve soddisfare i seguenti requisiti per la prova Brinell:

Il campione deve essere pianparallelo (nella preparazione del campione è necessario che il taglio del campione dal pezzo sia pulito).
Il campione da testare deve avere una superficie piana, metallica lucida e liscia (la superficie del campione deve essere rettificata e lucidata solo per prove con diametri piccoli della sfera).
Il campione deve poggiare fisso su un sostegno di fissaggio rigido, in modo che non possa spostarsi durante l'esecuzione della prova (consiglio pratico: misurare con il campione bloccato o incorporato o fissato in un porta campione).

Vantaggi e svantaggi del metodo Brinell

Il metodo Brinell offre i seguenti vantaggi:

Il metodo Brinell è ideale per testare materiali disomogenei come la ghisa, poiché il grande penetratore Brinell rileva simultaneamente diversi componenti strutturali e fornisce quindi un valore medio significativo.
Grazie all'ampia scelta di diametri delle sfere e di carichi di prova, la prova di durezza può essere adattata in modo flessibile a un'ampia gamma di materiali e applicazioni.
L'indentazione relativamente ampia facilita la misurazione ottica rispetto alle indentazioni fini di altri metodi come il Vickers.
La prova di durezza Brinell fornisce risultati affidabili anche per superfici ruvide o irregolari: spesso non è necessaria una complessa preparazione della superficie.

Il metodo Brinell presenta i seguenti svantaggi:

Per una valutazione ottica precisa dell'impronta di prova è necessaria una superficie di prova pulita e ben preparata: aree non trattate o fortemente contaminate possono falsare il risultato della misurazione.
Con carichi di prova elevati nella gamma macro (ad es. HBW 10/3000), esiste il rischio di deformazione plastica o formazione di pareti, che rende più difficile la valutazione. Per valutare correttamente l'impronta è quindi indispensabile un'illuminazione uniforme, ad esempio con una luce anulare.
Il metodo Brinell è adatto solo in misura limitata a materiali molto duri o a provini particolarmente sottili, poiché è necessario rispettare spessori minimi.
Rispetto a metodi di prova più rapidi come Rockwell, la prova di durezza Brinell richiede più tempo: compreso il tempo di esposizione e la valutazione ottica, il processo può richiedere da 30 a 60 secondi o più.