La duresa dels materials metàl·lics es refereix a la capacitat del material de resistir la deformació local, especialment la deformació plàstica, sagnat o rascades. És un indicador de la suavitat o duresa del material.
La duresa es divideix en tres tipus segons els mètodes de prova.
Duresa de rascades: S'utilitza principalment per comparar la duresa de diferents minerals. El mètode consisteix a utilitzar una vareta amb un extrem dur i l'altre tou, i després arrossegar la vareta pel material que s'està provant. La ubicació on apareixen les ratllades determina la duresa del material. Qualitativament, un objecte més dur deixa una rascada més llarga, mentre que un objecte més suau deixa una rascada més curta.
Duresa de sagnat: S'utilitza principalment per a materials metàl·lics. El mètode consisteix a aplicar una càrrega específica per pressionar un indentador designat al material que s'està provant. La duresa del material ve determinada per l'extensió de la deformació plàstica local a la superfície. A causa de les variacions en el sagnador, la càrrega i la durada de la càrrega, hi ha diversos tipus de proves de duresa de sagnat, com ara la duresa Brinell, la duresa Rockwell, la duresa Vickers i la microduresa, entre d'altres.
Duresa de rebot: S'utilitza principalment per a materials metàl·lics. El mètode consisteix a permetre que un martell dissenyat especialment caigui lliurement des d'una determinada alçada i impacti la mostra del material que s'està provant. La duresa del material ve determinada per la quantitat d'energia de tensió que la mostra absorbeix (i després allibera) durant l'impacte, que es mesura per l'alçada a la qual rebota el martell.
Les proves de duresa més habituals per a materials metàl·lics (duresa Brinell, duresa Rockwell i duresa Vickers) es troben dins de la categoria de duresa de sagnat. El valor de duresa representa la capacitat del material per resistir la deformació plàstica quan un altre objecte es pressiona a la seva superfície. Les proves de duresa de rebot (Shore, Leeb) mesuren la duresa en funció de l'extensió de la deformació elàstica del metall, amb el valor de duresa que indica la capacitat del material per a la deformació elàstica.
Duresa Brinell
Un sagnador amb un diàmetreDfet d'acer endurit o bola de carbur es pressiona a la superfície de la mostra amb la força de prova corresponentF. Després del temps de retenció especificat, s'elimina la força de prova, deixant una sagnat amb un diàmetred. El valor de duresa Brinell es calcula dividint la força de prova per l'àrea de la superfície de la sagnia. El valor resultant és la duresa Brinell, denotada comHBSoHBW.
HLa diferència entreHBSiHBWrau en el tipus de sagnador utilitzat.HBSes refereix a una prova que utilitza una bola d'acer endurit com a penetrador, que s'utilitza normalment per mesurar els valors de duresa Brinell en materials amb una duresa inferior a 450, com ara acers tous, ferro colat gris i metalls no fèrrics.HBW, d'altra banda, utilitza una bola de carbur com a penetrador i s'utilitza per mesurar els valors de duresa Brinell en materials amb una duresa inferior a 650.
Per a la mateixa peça de prova i en condicions d'assaig idèntiques, els resultats dels dos mètodes seran diferents, ambHBWels valors sovint són superiors aHBSvalors. Tanmateix, no hi ha una relació quantitativa fixa entre ambdós.
Des del 2003, la Xina ha adoptat l'estàndard internacional i ha substituït l'ús de boles d'acer endurit per boles de carbur per a les proves de duresa Brinell. Com a resultat,HBSja no s'utilitza, iHBWs'ha convertit en la notació estàndard per a la duresa Brinell. En molts casos,HBs'utilitza sol per representar la duresa Brinell, que normalment es refereix aHBW. No obstant això,HBSencara es pot veure en alguns articles literaris i acadèmics.
La prova de duresa Brinell és adequada per a materials com el ferro colat, els aliatges no fèrrics i diversos acers recuits o temperats. No és adequat per provar materials massa durs, massa petits, massa prims o mostres que no poden tolerar grans sagnats a les seves superfícies.
Duresa Rockwell
El mètode utilitza un penetrador de con de diamant amb un angle d'àpex de 120 graus o una bola d'acer endurit com a penetrador, en combinació amb una configuració de càrrega específica. La prova comença amb una càrrega inicial de 10 kgf, seguida de l'aplicació d'una càrrega total (que és la suma de la càrrega inicial i la càrrega principal) de 60, 100 o 150 kgf. El penetrador es pressiona a la mostra sota aquestes càrregues seqüencialment. Després d'aplicar la càrrega total, la duresa ve determinada per la diferència de profunditat de sagnat entre la profunditat sota la càrrega inicial i la profunditat sota la càrrega total un cop s'elimina la càrrega principal, mentre es manté la càrrega inicial.
Aquest mètode s'utilitza normalment aDuresa Rockwellprovant. La profunditat de sagnat sota la càrrega inicial i la càrrega total s'utilitzen per calcular el valor de duresa, que reflecteix la resistència del material a la sagnació sota ambdues càrregues.
La prova de duresa Rockwell utilitza tres forces de prova diferents i tres tipus d'indentadors, donant lloc a nou combinacions possibles, cadascuna corresponent a una de les nou escales de duresa de Rockwell. Aquestes nou escales cobreixen gairebé tots els materials metàl·lics d'ús habitual. Les escales més utilitzades sónHRA, HRB, iHRC, ambHRCsent el més aplicat.
Taula estàndard de proves de duresa Rockwell comuna
|
Símbols de duresa |
Tipus de sagnadors |
F/N (kgf) |
Àmbit de duresa |
Aplicacions |
|
HRA |
Con de diamant de 120 graus |
588.4(60) |
20~88 |
Acers de carbur, cermet i endurits superficials |
|
HRB |
Ø1.588mm Bola d'acer endurit |
980.7(100) |
20~100 |
Acers recuits i normalitzats, aliatges d'alumini, aliatges de coure, ferro colat |
|
HRC |
Con de diamant de 120 graus |
1471(150) |
20~70 |
Acer temperat, acer temperat i acer endurit superficialment |
Elescala HRCs'utilitza normalment per a valors de duresa que oscil·len entre 20 i 70 HRC. Quan el valor de duresa és inferior a 20 HRC, la sensibilitat de la prova disminueix perquè la punta cònica del penetrador penetra massa profundament en el material. En aquest cas, elescala HRBs'ha d'utilitzar en canvi, ja que és més adequat per a materials més tous.
Quan la duresa de la mostra supera els 67 HRC, la pressió a la punta del penetrador es fa massa alta, cosa que pot danyar el diamant i escurçar significativament la vida útil del penetrador. Per tant, generalment es recomana canviar alescala HRAper a materials amb una duresa superior a 67 HRC.
La prova de duresa Rockwell és senzilla d'operar, ràpida i produeix petites sagnies, la qual cosa la fa adequada per provar superfícies de productes acabats, així com peces de treball més dures i primes. A causa de la petita sagnat, el valor de duresa pot fluctuar més significativament per a materials amb microestructures o duresa desiguals, donant lloc a una precisió menor en comparació amb la prova de duresa Brinell. La prova de duresa Rockwell s'utilitza habitualment per mesurar la duresa d'acers, metalls no fèrrics, materials de carbur i altres aliatges.
Duresa Vickers
El principi de mesura de la duresa Vickers és similar al de la duresa Brinell. S'utilitza un sagnador de piràmide de diamant amb un angle inclòs de 136 graus i una força de prova especificadaFs'aplica a la superfície del material. Després de mantenir la càrrega durant un període determinat, s'elimina la força de prova. El valor de duresa ve determinat per la pressió mitjana exercida sobre la superfície de la unitat de la sagnat de la piràmide de base quadrada, i el valor de la duresa es denota amb el símbolHV.
La prova de duresa Vickers té un ampli rang de mesura, capaç de mesurar materials amb valors de duresa que van des de10 a 1000 HV. El sagnat és petit, el que el fa especialment adequat per mesurar materials més prims i capes endurides per la superfície, com ara superfícies cementades o nitrurates.
Duresa de Leeb
A la prova de duresa Leeb, s'utilitza un cos d'impacte amb un indentador de bola de carbur de tungstè per colpejar la superfície de la mostra amb una força específica, fent-la rebotar. A causa de la duresa variable del material, la velocitat de rebot és diferent. El dispositiu d'impacte està equipat amb un imant permanent i, a mesura que el cos d'impacte es mou cap amunt i cap avall, la bobina circumdant genera un senyal electromagnètic que és proporcional a la velocitat de rebot. A continuació, aquest senyal es converteix en el valor de duresa Leeb mitjançant un circuit electrònic, i el valor es denota amb el símbolHL.
El provador de duresa Leeb no requereix un banc de treball; el seu sensor de duresa és tan petit com un bolígraf i es pot accionar directament amb la mà. Això fa que sigui fàcil provar peces grans i pesades o mostres geomètricament complexes sense dificultat.
Un altre avantatge del provador de duresa Leeb és que causa un dany superficial molt mínim al producte i, en alguns casos, es pot utilitzar perassaigs no destructius. És particularment únic per a proves de duresa en diverses direccions, espais estrets i àrees especialitzades, on altres mètodes poden ser difícils d'aplicar.