Durezza Rockwell HRC, HRB e HRA: metodo di misurazione, scale e applicazioni.

La durezza Rockwell è uno dei metodi più comunemente utilizzati per misurare la durezza dei metalli nel controllo qualità, nella produzione in serie e nei test sui materiali. A differenza dei metodi Brinell e Vickers, che misurano le dimensioni dell'impronta lasciata da un penetratore, il metodo Rockwell utilizza misurazione della profondità di penetrazione permanente del penetratoreCiò consente di leggere il risultato direttamente dal durometro, senza dover eseguire una misurazione di indentazione ottica.
Le scale più comuni includono HRC, HRB e HRA, ma il sistema Rockwell comprende anche altre scale per materiali diversi, intervalli di durezza e spessori dei componenti. La scelta della scala corretta è fondamentale per ottenere risultati accurati e confrontabili.

Che cosa significa durezza Rockwell?

Il metodo Rockwell determina la durezza in base alla differenza nella profondità di penetrazione del penetratore sotto l'azione di due livelli di forza: precarico e carico totale.
A seconda della scala utilizzata, si utilizzano i seguenti elementi:

• cono di diamante,
• sfera in carburo tungsteno.

L'etichetta del risultato contiene un valore numerico e un simbolo di scala, ad esempio:

• 62 HRC,
• 45 HRC,
• 85 HRBW,
• 75 HRA.

Non indicare un valore numerico senza specificarne la scala. Ad esempio, i valori 60 HRC e 60 HRA rappresentano risultati ottenuti in condizioni di misurazione diverse e non sono direttamente equivalenti.

Cos'è il metodo Rockwell?

Il test inizia con il contatto del penetratore con la superficie del campione. Viene quindi applicata una forza iniziale, F₀, che stabilisce la posizione di riferimento e limita gli effetti di piccole irregolarità superficiali e del gioco nel sistema di misurazione.
Una volta stabilizzata la posizione del penetratore, viene applicata una forza aggiuntiva che provoca un'ulteriore penetrazione nel materiale. La somma della forza iniziale e di quella aggiuntiva costituisce la forza di prova totale F.
Dopo un certo tempo, la forza aggiuntiva viene rimossa, ma la forza iniziale rimane applicata. Si verifica un recupero elastico parziale della deformazione del materiale.
Il durometro misura la differenza permanente nella profondità di penetrazione e la utilizza per determinare il valore di durezza Rockwell.
Il disegno dello studio può essere presentato come segue:
contatto del penetratore → precarico → definizione del punto di riferimento → carico totale → penetrazione del materiale → rimozione del carico aggiuntivo → misurazione della profondità permanente → lettura della durezza

Perché Rockwell misura la profondità e non il diametro dell'impronta?

Questa è una delle differenze più importanti tra il metodo Rockwell e i metodi Brinell e Vickers.
Il metodo Brinell misura il diametro dell'impronta sferica. Il metodo Vickers misura le diagonali dell'impronta piramidale di diamante. Il metodo Rockwell misura la profondità direttamente all'interno del sistema di misurazione del durometro.
Ciò consente una significativa riduzione dei tempi di esame e limita l'influenza dell'operatore sulla determinazione ottica dei contorni dell'impronta.
Per questo motivo, il metodo Rockwell è particolarmente utile nel controllo della produzione in serie.

Scala HRC – Rockwell C

Scala HRC è la scala Rockwell più comunemente utilizzata e uno dei metodi di base per valutare la durezza degli acciai temprati.
La scala HRC viene utilizzata cono di diamante. La forza iniziale è approssimativamente 98,07 N, mentre la potenza di ricerca totale è approssimativamente 1471 N, storicamente equivalente a 150 kgf.
La scala HRC viene utilizzata, tra l'altro, per esaminare:

• acciai temprati,
• acciai per utensili,
• acciai martensitici,
• elementi dopo miglioramento termico,
• cuscinetti,
• alberi ed elementi di macchine ad alta durezza,
• utensili,
• Alcuni acciai inossidabili martensitici i precipitazione indurita.

Secondo la norma ISO 6508-1:2023, il campo di applicazione tipico della scala C è compreso tra 20 e 70 HRC.

Come funziona un penetratore di diamante sulla scala HRC?

Il penetratore utilizzato nelle scale HRC, HRA e HRD ha la forma di un cono di diamante con una punta opportunamente sagomata.
Il diamante viene utilizzato per la sua elevatissima durezza e resistenza alla deformazione permanente.
Ciò è particolarmente importante quando si testano acciai temprati, la cui durezza risulterebbe troppo elevata per un utilizzo adeguato di un penetratore sferico su molte scale Rockwell.
Le condizioni del penetratore influiscono direttamente sulla precisione della misurazione. Danni, usura o una geometria errata della punta possono causare errori sistematici nei risultati.

Scala HRB e moderna denominazione HRBW

La scala B è destinata principalmente a materiali con una durezza inferiore rispetto ai tipici acciai temprati.
Questa scala utilizza una sfera con un diametro di 1,5875 mm, ovvero 1/16 di pollice. Lo standard ISO moderno per una sfera in carburo di tungsteno utilizza la designazione HRBW.
La forza iniziale è approssimativamente 98,07 Ne la forza di ricerca totale è approssimativamente 980,7 N, vale a dire storicamente 100 kgf.
La scala B può essere utilizzata, tra le altre cose:

• acciai dolci,
• acciaio allo stato ricotto,
• leghe rame,
• ottone,
• marroni,
• alcune leghe alluminio,
• altri materiali con una durezza inferiore al tipico intervallo HRC.

Nella pratica tecnica, l'abbreviazione HRB è ancora molto comune , soprattutto nei documenti, nelle tabelle e nelle schede dei materiali più datati.

Scala HRA – Rockwell A

Scala HRA utilizza un cono di diamante simile all'HRC, ma la forza di prova totale utilizzata è inferiore ed è approssimativamente 588,4 N, corrispondente storicamente a 60 kgf.
L'HRA può essere utilizzato, tra le altre cose, per:

• materiali molto duri,
• carburi cementati,
• alcuni elementi sottili,
• materiali per i quali una forza maggiore applicata in HRC sarebbe svantaggiosa.

Secondo la norma ISO 6508-1:2023, il campo di applicazione della scala A è compreso tra 20 e 95 HRA.

Confronto tra HRA, HRBW e HRC

Altre scale Rockwell

HRA, HRBW e HRC non sono le uniche scale Rockwell. Lo standard ISO 6508-1 include anche le scale Re, Mi, Fa, Sol, Re e K.
Differiscono per il tipo di penetratore, il diametro della sfera e il valore della forza di prova totale.

Come si calcola la durezza Rockwell?

Il punteggio Rockwell è correlato alla profondità di penetrazione mantenuta dal penetratore dopo la rimozione della forza di prova aggiuntiva.
Per le classiche scale Rockwell, l'unità di variazione di profondità corrisponde a 0,002 mm.
A seconda del tipo di scala, viene utilizzata un'apposita costante di scala.
Per le bilance che utilizzano un cono di diamante, come HRA, HRC e HRD, la relazione è:
HR = 100 − h / 0,002
e per le scale classiche si usa una sfera:
HR = 130 − h / 0,002
gdzie h indica la profondità di penetrazione permanente espressa in millimetri.
Ciò significa che, all'aumentare della profondità dell'impronta permanente, il valore di durezza Rockwell diminuisce.

Perché si utilizza il precarico?

Il precarico è una caratteristica tipica del metodo Rockwell.
Il suo compito principale è:

• stabilire un punto di riferimento per la misurazione della profondità,
• garantendo un contatto adeguato tra il penetratore e il campione,
• limitare l'impatto di piccole irregolarità superficiali,
• limitare l'influenza del gioco meccanico nel sistema di misurazione.

Solo dopo l'applicazione della forza iniziale viene applicata una forza aggiuntiva che provoca una penetrazione sostanziale del materiale.

intervallo della scala HRC

Secondo la norma ISO 6508-1:2023, l'ambito di applicazione di base della scala HRC è 20-70 HRC.
Se il materiale è troppo morbido per un corretto test HRC, è necessario utilizzare una diversa scala Rockwell o un diverso metodo di misurazione della durezza.
La scala HRC non dovrebbe essere considerata universale solo perché è la più conosciuta.
Ad esempio, l'acciaio strutturale dolce o l'acciaio austenitico indurito in soluzione solida potrebbero richiedere una scala diversa o il metodo Brinell o Vickers.

Che cosa significa 60 HRC?

valore 60 HRC significa un risultato di 60 sulla scala Rockwell C ottenuto utilizzando il penetratore, la forza di ingresso e la forza di prova totali specificati.
In pratica, 60 HRC indica un materiale con elevata durezza. Tali valori si possono riscontrare, ad esempio, negli acciai per utensili o cuscinetti opportunamente temprati.
Tuttavia, il valore di 60 HRC da solo non determina la qualità dell'acciaio né tutte le sue proprietà meccaniche.
Due acciai con la stessa durezza HRC possono differire:

• forza d'impatto,
• resistenza alla fessurazione,
• resistenza alla fatica,
• resistenza all'usura,
• resistenza alla corrosione,
• stabilità alle alte temperature.

HRC e trattamento termico dell'acciaio

La misurazione dell'HRC è particolarmente utile per monitorare il trattamento termico dell'acciaio.
L'indurimento può portare alla formazione di una struttura martensitica dura, mentre il successivo rinvenimento modifica la durezza e altre proprietà meccaniche.
La misurazione HRC consente di verificare rapidamente se un componente ha raggiunto l'intervallo di durezza richiesto.
Viene utilizzato, tra l'altro, per controllare:

• utensili,
• argini,
• ingranaggi,
• cuscinetti,
• matrici,
• francobolli,
• elementi realizzati in acciaio per utensili,
• acciai inossidabili martensitici.

Durezza Rockwell degli acciai inossidabili

Per gli acciai inossidabili, la scelta della scala dipende dal gruppo di materiali e dalle loro condizioni.
Acciai inossidabili austenitici come 1.4301/AISI 304, 1.4307/304L, 1.4401 / 316 e 316LNon vengono induriti termicamente in modo classico. Tuttavia, la loro durezza può essere notevolmente aumentata mediante lavorazione a freddo.
Acciai martensitici come 1.4021, 1.4034 czy 1.4112Tuttavia, dopo la tempra e il rinvenimento, possono raggiungere un'elevata durezza, motivo per cui la scala HRC riveste per loro grande importanza.
Un gruppo separato è costituito dagli acciai a indurimento per precipitazione, come ad esempio 1.4542 / 17-4PHla cui durezza dipende dallo stato del trattamento termico, ad esempio H900, H1025, H1075, H1100 o H1150.

Spessore del campione e misurazione Rockwell

Una delle condizioni più importanti per una misurazione corretta è lo spessore adeguato dell'elemento da testare.
Se il campione è troppo sottile, la zona di deformazione sotto il penetratore può interagire con la superficie opposta o con il supporto.
Ciò potrebbe portare a un risultato errato.
Sul lato opposto del campione non dovrebbero essere presenti segni visibili di deformazione causata dalla misurazione.
Per gli elementi sottili, si consiglia di utilizzare la scala di durezza Rockwell o un altro metodo, ad esempio Vickers, con una forza opportunamente selezionata.

Scale di superficie Rockwell

Per elementi più sottili e strati meno profondi, Scale di superficie Rockwell.
Questi includono, tra gli altri:

• HR15N,
• HR30N,
• HR45N,
• HR15T,
• HR30T,
• HR45T.

Sulle scale superficiali vengono utilizzate forze inferiori rispetto a quelle impiegate sulle classiche scale di Rockwell.
Bilance con una lettera N utilizzare un penetratore di diamante, mentre le scale con la lettera T Utilizzano un penetratore sferico.
Sono utili, tra le altre cose, per testare elementi sottili, piccole parti e specifici strati superficiali dove il classico test di Rockwell provocherebbe una penetrazione eccessiva.

Preparazione della superficie per la prova Rockwell

La superficie del campione deve essere pulita, stabile e adeguatamente preparata.
È necessario rimuovere quanto segue:

• scala,
• prodotti sfusi corrosione,
• inquinamento,
• spessi strati di ossidi,
• altri strati che possono influenzare la penetrazione del penetratore.

La superficie deve essere sufficientemente liscia affinché le irregolarità non influiscano in modo significativo sulla misurazione della profondità.
Allo stesso tempo, la preparazione della superficie non deve provocare surriscaldamento, incrudimento o altre alterazioni dello strato superficiale.

L'importanza di un adeguato supporto per i campioni

L'elemento testato deve essere supportato in modo stabile.
Qualsiasi movimento del campione durante l'applicazione della forza può essere interpretato dal sistema di misurazione come un'ulteriore penetrazione del penetratore.
Occorre prestare particolare attenzione a:

• elementi cilindrici,
• rulli,
• tubi,
• elementi di forma irregolare,
• campioni sottili.

Per gli elementi cilindrici si utilizzano supporti appropriati, tra cui prismi a V.

Misurazione Rockwell su superfici cilindriche

La curvatura della superficie influisce sulla geometria del contatto tra il penetratore e il materiale e può causare una differenza tra la durezza letta e quella effettiva.
Le norme prevedono correzioni ai risultati per superfici convesse con raggio noto in determinati casi.
Quanto minore è il diametro dell'albero o dell'elemento cilindrico sottoposto a prova, tanto maggiore può essere l'effetto della curvatura sul risultato.
Pertanto, durante la prova dei rulli, il valore grezzo di HRC o HRB non deve essere interpretato acriticamente come equivalente a una misurazione effettuata su una superficie piana.

Distanza dal bordo e tra le stampe

Ogni misurazione provoca una deformazione plastica locale del materiale.
La successiva stampa non dovrebbe essere effettuata troppo vicino alla precedente, poiché le zone di deformazione potrebbero influenzarsi a vicenda.
È inoltre necessario mantenere una distanza adeguata dal bordo del campione.
Le distanze minime esatte devono essere selezionate in conformità ai requisiti della norma di riferimento e alla scala utilizzata.

Gli errori più comuni nella misurazione Rockwell

Le fonti di errore più comuni includono:

• utilizzo di una scala errata,
• campione troppo sottile,
• supporto instabile dell'elemento,
• superficie sporca o troppo ruvida,
• facendo un'impressione troppo vicina al bordo,
• facendo impressioni successive troppo vicine tra loro,
• Indentatore usurato o danneggiato,
• verifica errata del durometro,
• vibrazioni durante i test,
• posizionamento errato del campione rispetto all'asse del penetratore,
• Mancata considerazione della curvatura dell'elemento testato.

Vantaggi del metodo Rockwell

I vantaggi più importanti includono:

• misurazione molto rapida,
• lettura diretta del risultato,
• non è necessaria la misurazione ottica della stampa,
• grande utilità nel controllo dei lotti,
• una vasta selezione di scale,
• la capacità di testare materiali di durezza molto diversa,
• indentazione relativamente piccola rispetto al metodo Brinell,
• applicazioni industriali molto ampie.

Limitazioni del metodo Rockwell

Anche il metodo Rockwell presenta dei limiti.
Il risultato può essere particolarmente sensibile a:

• selezione errata della scala,
• piccolo spessore dell'elemento,
• rugosità superficiale,
• supporto instabile,
• curvatura del campione,
• disomogeneità locale della microstruttura.

L'impronta è più piccola rispetto al metodo Brinell, quindi il risultato può rappresentare in modo più accurato le proprietà locali del materiale.
Per materiali altamente eterogenei, come alcune ghise o grandi getti, il metodo Brinell può fornire una media più rappresentativa della microstruttura.

Rockwell e Brinell

Rockwell e Vickers

Vickers utilizza una piramide di diamanti e la misurazione ottica delle diagonali dell'impronta. Rockwell, invece, misura la profondità di penetrazione.
Il metodo Vickers è molto versatile e può essere utilizzato anche per misurare piccole aree e la microdurezza. Il metodo Rockwell, invece, è più rapido e particolarmente adatto per il controllo qualità in ambito produttivo.

Conversione da HRC a HBW e HV

In pratica, è spesso necessario confrontare i valori HRC con i risultati ottenuti con i metodi Brinell o Vickers.
Tali conversioni sono approssimativo e dipendono dal tipo di materiale sottoposto a test.
HRC, HBW e HV non dovrebbero essere trattati come scale correlate da un'unica relazione matematica universale.
Per le conversioni tecniche, utilizzare le tabelle di conversione appropriate per lo specifico gruppo di materiali.
È necessaria particolare cautela:

• acciai austenitici,
• Costanti duplex e superduplex,
• acciai a indurimento per precipitazione,
• ghisa,
• leghe di nichel,
• stopy alluminio.

Norme per la misurazione della durezza Rockwell

La serie di norme internazionali di base per le prove di durezza Rockwell è la ISO 6508.

Nella documentazione tecnica, occorre prestare attenzione all'edizione esatta della norma indicata dal cliente, alle specifiche del materiale o alle condizioni di accettazione.

ISO 6508-1 e ASTM E18

Le norme ISO 6508-1 e ASTM E18 descrivono le prove di durezza Rockwell, ma per le prove di accettazione non dovrebbero essere considerate automaticamente intercambiabili in ogni dettaglio.
Se l'ordine, lo standard di prodotto o la specifica del cliente richiedono test secondo la norma ASTM E18, il risultato deve essere ottenuto in conformità con la norma ASTM E18. Analogamente, se è richiesta la norma ISO 6508-1, è necessario applicare i requisiti di tale norma.
Ciò è particolarmente importante quando:

• test di accettazione,
• controllo delle forniture di materiali,
• preparazione dei referti di laboratorio,
• certificazione,
• confronto dei risultati ottenuti da diversi laboratori.

Dove viene utilizzata la misurazione Rockwell?

Il metodo Rockwell è comunemente utilizzato in:

• metallurgia,
• industria degli utensili,
• produzione di cuscinetti,
• produzione di ingranaggi e alberi,
• controllo del trattamento termico,
• industria automobilistica,
• produzione di componenti per macchine,
• laboratori dei materiali,
• controllo qualità in serie.

La velocità di prova consente di utilizzare un singolo durometro per ispezionare un gran numero di componenti di produzione.

Il valore HRC determina la resistenza dell'acciaio?

La durezza può essere correlata ad alcune proprietà meccaniche, ma L'HRC non è una misura diretta della resistenza alla trazione.
Non tutte le proprietà dei materiali dovrebbero essere determinate basandosi esclusivamente sulla durezza Rockwell C (HRC).
L'acciaio ad alta durezza può anche presentare una minore duttilità o resistenza all'urto. La tempra, d'altra parte, può ridurre la durezza ma migliorare la tenacità alla frattura del materiale.
Pertanto, la misurazione Rockwell deve essere interpretata insieme alle informazioni riguardanti:

• tipo di materiale,
• microstrutture,
• appartamento trattamento termico,
• resistenza alla trazione Rm,
• resistenza allo snervamento Rp0,2,
• estensione A,
• resistenza all'impatto KV.

Il metodo Rockwell è uno dei metodi industriali più importanti per misurare la durezza dei metalli. Il suo vantaggio principale è che determina la durezza in base a profondità di penetrazione del penetratore, in modo che il risultato possa essere ottenuto rapidamente e senza misurazione ottica dell'impronta.
La scala più famosa è HRC, utilizzato principalmente per acciai temprati e altri materiali ad alta durezza. Scala HRBW utilizza una sfera ed è utilizzato per materiali di minore durezza, mentre HRA utilizza un penetratore di diamante con una forza totale inferiore rispetto a HRC.
Una misurazione corretta richiede la scelta appropriata della scala, uno spessore e una preparazione adeguati del campione, un supporto stabile dell'elemento e un durometro efficiente e debitamente calibrato.
Lo standard internazionale di base per il metodo è ISO 6508-1: 2023, mentre nel sistema ASTM viene utilizzato ASTM E18.

Applicazione – Convertitore di durezza Brinell HB, Rockwell HRC, Vickers HV, Knoop, Mohs

Durezza dei metalli e degli acciai: metodi di misurazione, scale di durezza e conversione.
Durezza Rockwell HRC, HRB e HRA: metodo di misurazione, scale e applicazioni.
Durezza Brinell HBW: metodo di misurazione, scala, formula e applicazione.
Durezza Vickers HV – Metodo di misurazione, formula e applicazione
Durezza Knoop HK – Metodo di misurazione, microdurezza e applicazione
Scala di Mohs: una tabella di durezza dei minerali e dei materiali.
Conversione della durezza HBW, HRC, HRB e HV – tabelle di conversione