Un certificato di prova di durezza registra la durezza misurata di un materiale o di una saldatura utilizzando una delle scale di indentazione standardizzate. La durezza è un indicatore della resistenza alla trazione, della resistenza all'usura e della suscettibilità alla corrosione per stress — rendendola un parametro fondamentale di controllo della qualità nella fabbricazione, nella verifica del trattamento termico e nella qualificazione per servizi corrosivi.
Risposta rapida
Quick Answer
Un certificato di prova di durezza riporta i valori di durezza misurati utilizzando le scale Brinell (HB/HBW), Vickers (HV) o Rockwell (HRC/HRB) su un lotto di materiale o saldatura specifico. Il certificato deve identificare la scala di prova, il carico applicato, il tipo di penetratore, le letture individuali, la posizione del campione e il criterio di accettazione applicabile. Le specifiche NACE MR0175 e ASME definiscono i limiti massimi di durezza per le applicazioni di servizio corrosivo e in pressione.
Le tre scale di durezza principali
Durezza Brinell (HB / HBW)
Principio: Una sfera di carburo di tungsteno (diametro 10 mm per il test standard) viene premuta sulla superficie sotto un carico definito (tipicamente 3000 kgf per l'acciaio). Il diametro dell'impronta viene misurato otticamente e il valore HBW viene calcolato dal carico e dall'area di impronta.
Opzioni di carico: 500 kgf (HBW 10/500), 1500 kgf (HBW 10/1500), 3000 kgf (HBW 10/3000)
Normi di riferimento: ASTM E10, EN ISO 6506
Intervallo tipico: 80–650 HBW. I materiali sopra ~450 HBW richiedono una sfera più piccola o un carico inferiore.
Quando utilizzato:
- Segnalazione della durezza dei prodotti laminati (lamiere, forgiati, barre)
- Superfici irregolari o microstrutture grossolane dove la media su un'impronta grande è desiderabile
- Correlazione con la resistenza alla trazione (UTS ≈ 3,45 × HBW in MPa per l'acciaio)
Campo del certificato: Indicare la designazione completa della scala (HBW 10/3000), non solo "Brinell." Segnalare il diametro o i diametri dell'impronta oltre al valore HBW calcolato.
Durezza Vickers (HV)
Principio: Un penetratore a piramide di diamante (angolo di 136°) viene premuto sulla superficie sotto un carico definito. Le lunghezze diagonali dell'impronta quadrata vengono misurate e il valore HV viene calcolato.
Intervallo di carico: Da 1 gf a 100 kgf. La Micro-Vickers (HV 0,01–1,0 kgf) viene utilizzata per rivestimenti sottili e costituenti microstrutturali individuali.
Normi di riferimento: ASTM E92, EN ISO 6507
Intervallo tipico: 5–3000 HV (intervallo superiore praticamente illimitato rispetto a Brinell)
Quando utilizzato:
- Rilievi di durezza PWHT (metodo preferito nelle norme ASME e EN)
- Attraversamenti della sezione trasversale della saldatura (HAZ, metallo di saldatura, profilo del metallo base)
- Misurazione della profondità della zona indurita su componenti induriti in superficie
- Materiali sottili, rivestimenti e tubi a pareti sottili
Requisito del certificato per i rilievi PWHT: Segnalare le letture HV individuali in ogni posizione attraverso la traversata della saldatura (tipicamente metallo base → HAZ → metallo di saldatura → HAZ → metallo base, come minimo), non solo il valore massimo.
Durezza Rockwell (HRC / HRB)
Principio: Un cono di diamante (HRC) o una sfera indurita (HRB) viene pressato in due stadi; la durezza è determinata dall'incremento della profondità permanente di penetrazione.
Scale comuni:
- HRC (scala C): Penetratore Brale di diamante, carico totale 150 kgf. Intervallo: 20–70 HRC. Utilizzato per acciai duri e componenti trattati termicamente.
- HRB (scala B): Sfera da 1/16", 100 kgf. Intervallo: 25–100 HRB. Utilizzato per acciai dolci, alluminio, ottone.
- HRA: Diamante, 60 kgf. Utilizzato per carburi cementati.
Normi di riferimento: ASTM E18, EN ISO 6508
Quando utilizzato:
- Controllo in arrivo di barre e forgiati
- Verifica di fastener induriti (classe di proprietà ISO 898)
- Accettazione di componenti trattati termicamente (ad esempio, trim di valvola indurito)
- Verifica che la durezza sia inferiore a un limite massimo (ad esempio, < 22 HRC per NACE MR0175)
Nota del certificato: Indicare sempre la scala completa (HRC, HRB, ecc.) — "durezza Rockwell: 20" è privo di significato senza l'identificatore di scala.
Tabella di conversione della durezza
Conversioni approssimative (solo acciaio al carbonio — non valido per acciaio inossidabile, non ferrosi o materiali induriti in superficie):
| HBW | HV | HRC | HRB | UTS approx. (MPa) |
|---|---|---|---|---|
| 85 | 87 | — | 43 | 290 |
| 120 | 124 | — | 70 | 415 |
| 180 | 185 | — | 88 | 620 |
| 200 | 207 | 14 | 93 | 690 |
| 250 | 263 | 24 | — | 860 |
| 300 | 319 | 31 | — | 1035 |
| 350 | 374 | 37 | — | 1210 |
| 400 | 423 | 42 | — | 1380 |
| 450 | 475 | 46 | — | 1555 |
Riferimento: ASTM E140. Non applicare conversioni tra famiglie di metalli diversi.
Limiti di durezza PWHT
La verifica della durezza del trattamento termico post-saldatura è una delle applicazioni più comuni per un certificato di prova di durezza nella fabbricazione di apparecchiature in pressione.
Requisiti ASME BPVC (ASME VIII-1 UHA-51 per materiali P4/P5):
- Dopo PWHT: massimo 225 HBW (o secondo la specifica del materiale)
- Metodo di rilievo: Vickers preferito; Brinell o Rockwell accettabili
NACE MR0175 / ISO 15156 (servizio corrosivo):
- Metallo base e HAZ di saldatura in acciaio al carbonio e a bassa lega: ≤ 22 HRC (equivalente a ~248 HBW / 265 HV)
- Eccezione: alcuni gradi consentono durezza maggiore con test di resistenza al SSC (stress corrosion cracking) documentati
EN 13445-4 (vasi di pressione non sottoposti a fuoco, europei):
- Valori HV10 massimi specificati per gruppo di materiale; tipicamente 350 HV per HAZ di acciaio al carbonio, 200 HV per post-PWHT
Campi obbligatori su un certificato di prova di durezza
- Identificazione del materiale / componente — numero di lotto, numero di disegno, ID della saldatura
- Data e luogo della prova
- Metodo di prova e scala — HBW 10/3000, HV10, HRC, ecc.
- Identificazione dell'attrezzatura — marca, modello e numero seriale del durometro, data di calibrazione
- Calibrazione del blocco di riferimento — valore di durezza verificato su blocco di riferimento certificato prima e dopo la prova
- Posizioni di prova — disegno o descrizione che mostra dove è stata effettuata ogni lettura
- Letture individuali — ogni misurazione, non solo la media
- Valore medio (se l'accettazione si basa sulla media)
- Criterio di accettazione — riferimento della specifica e limite massimo/minimo
- Risultato — Superato / Non superato
- Nome, qualificazione e firma del tecnico
Quale scala di durezza utilizza NACE MR0175 per i limiti di servizio corrosivo?
NACE MR0175 / ISO 15156 esprime i limiti di durezza principalmente in HRC (scala Rockwell C). Il massimo è 22 HRC per gli acciai al carbonio e a bassa lega negli ambienti H₂S. I limiti equivalenti su altre scale sono approssimativamente 248 HBW o 265 HV. Quando si converte, verificare sempre utilizzando le tabelle di conversione ASTM E140 piuttosto che approssimazioni approssimative.
I risultati di durezza possono essere utilizzati per stimare la resistenza alla trazione?
Sì, approssimativamente. Per gli acciai al carbonio, UTS (MPa) ≈ 3,45 × HBW. Tuttavia, questa correlazione è meno affidabile per acciai legati, acciai inossidabili e materiali non ferrosi. ASTM E140 e ASME Section II forniscono tabelle di correlazione con intervalli di incertezza dichiarati. Le stime di resistenza alla trazione derivate da durezza sono accettabili per lo screening ma non come sostituto al test di trazione nella costruzione del codice.
Qual è la differenza tra un test di durezza Vickers macro e un test di durezza micro?
La durezza macro (HV1 e superiore, con carichi ≥ 1 kgf) misura la durezza complessiva di un materiale o di una zona di saldatura. La durezza micro (HV 0,01–0,5 kgf) viene utilizzata per misurare la durezza di singoli elementi microstrutturali — fasi specifiche, precipitati o rivestimenti molto sottili — dove un'impronta grande farebbe la media tra più costituenti. I rilievi di durezza della saldatura utilizzano tipicamente HV5 o HV10 come metodo standard di durezza macro.
Quante letture di durezza sono richieste per un rilievo PWHT?
Un minimo di tre letture per zona (metallo base, HAZ, metallo di saldatura) su ogni faccia della sezione trasversale della saldatura è la pratica comune. I codici specifici definiscono requisiti più dettagliati: ASME VIII-1 UHA-51 richiede letture di durezza su saldature di produzione nei metalli base P4 e P5; BS PD 5500 Allegato D specifica modelli di attraversamento minimi. Il certificato deve mostrare tutte le letture individuali, non solo il massimo.
La ricottura o il PWHT riducono sempre la durezza?
Il PWHT (alleviamento dello stress) riduce gli stress residui e rinvenisce le microstrutture dure negli acciai al carbonio e a bassa lega, riducendo in genere significativamente la durezza dell'HAZ. La ricottura completa (riscaldamento al di sopra della temperatura critica superiore e raffreddamento lento) riduce anche la durezza. Tuttavia, la ricottura in soluzione dell'acciaio inossidabile austenitico non riduce la durezza allo stesso modo — dissolve i precipitati e omogeneizza la microstruttura, che può aumentare leggermente la durezza nei materiali freddi pesanti.
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