Durezza leeb

Principi della scala Leeb: i Durometri a rimbalzo
Il test di durezza a rimbalzo Leeb è uno dei metodi più utilizzati per misurare la durezza dei metalli. Questo tipo di test è utilizzato per la misura della durezza su pezzi in lavorazione piuttosto grandi.

Esempio di durometro Leeb digitale

Cenni storici
Il metodo di prova della durezza a rimbalzo tipo Leeb è stato sviluppato nel 1975 da Leeb e Brandestini alla Proceq SA per fornire un durometro portatile per metalli. E' stato sviluppato come alternativa ai tradizionali metodi di misura della durezza, spesso complicati e ingombranti. Il primo misuratore di durezza che sfrutta il principio Leeb del rimbalzo fu chiamato "Equotip", un termine che ancora oggi è usato come sinonimo per il test di durezza a rimbalzo in scala Leeb.
Le prove di durezza tradizionali, come le prove Rockwell, Brinell o Vickers, sono stazionarie, cioè vengono allestite postazioni di lavoro fisse nei laboratori dell'impianto di produzione. La maggior parte delle volte, questi metodi vengono utilizzati in modo selettivo e distruttivo. I campioni vengono "tagliati" da parti selezionate del pezzo in produzione e misurati in laboratorio. I valori di durezza del campione vengono estesi all'intero gruppo da cui il campione viene prelevato. La portabilità dei durometri a rimbalzo può, a volte, aiutare per ottenere misure di durezza più accurate ed estese senza distruggere il pezzo su cui si effettua la prova. Questo vantaggio semplifica i processi di produzione e aiuta a contenere i costi.
Metodo di prova
I metodi tradizionali sono basati su prove di indentazione ben definite. Vengono pressati, con una determinata forza, nei materiali tastatori ad alta durezza e con geometrie definite. Il corpo di cui si vuole misurare la durezza si deforma e il modo in cui si deforma viene eleborato per fornire i parametri di durezza. Ad esempio per il metodo Rockwell viene preso in considerazione la profondità dell'impronta.
Quando si utilizza il principio dinamico di Leeb, il valore di durezza viene derivato dalla perdita di energia di un corpo di impatto, detto dardo, dopo essere stato scagliato contro il provino ed essere, appunto rimbalzato. Il principio è molto simile a quello dello scleroscopio di Shore. Il quoziente Leeb (vi,vr) viene considerato come espressione dell'energia persa dal dardo nell'impatto grazie alla deformazione plastica del provino: il dardo rimbalzerà più velocemente per corpi con maggiore durezza rispetto a corpi più morbidi. Il valore dell scala Leeb è ottenibile dalla seguente formula:
HL = 1000 x (vr/vi)
Dove HL è il valore di durezza in scala Leeb, vr è la velocità di rimbalzo del dardo, vi è la velocità di impatto del dardo.
Ma come viene misurata la velocità del dardo? molto semplicemente, il dardo è magnetizzato e nella parte di appoggio della sonda ad impatto è posta una bobina. E' noto che un magnete in movimento all'interno della bobina indurrà una tensione nel filo della bobina, e che questa tensione è direttamente proporzionale alla velocità del magnete che passa nella bobina. Praticamente quindi la scala di Leeb è ottenuta dalla formula 1000 x (Vr/Vi) dove Vr e Vi sono le tensioni rispettivamente di rimbalzo e di impatto misurate sulla bobina.

Vantaggi
A differenza dei metodi tradizionali, in cui la forza è applicata uniformemente, il metodo dinamico applica un carico istantaneo. Una prova di durezza a rimbalzo si effettua in soli 2 secondi e utilizzando la sonda ad impatto tipo D (per la maggior parte delle applicazioni) viene lasciata una impronta di soli 400/500 micron su un acciaio con durezza di circa 600HLD contro un impronta di 3mm per la prova Brinell (durezza circa 400HBW 10/3000) con un tempo di prova di almeno 15 secondi più il tempo necessario alla misura dell'impronta.
Standard

• Standard tedeschi:

DIN 50156 “Metallic materials – Leeb hardness test”
DGZfP Guideline “Mobile Härteprüfung“
VDI/VDE Guideline 2616 Part 1 “Hardness testing of metallic materials”

• Standard americani:

ASTM A956 “Standard Test Method for Leeb Hardness Testing of Steel Products”

Struttura del dispositivo di impatto e rappresentazione della scala
Nei durometri a rimbalzo, il sensore di durezza è chiamato dispositivo o sonda ad impatto, ed è composto sempre dagli stessi elementi. Quello che può variare, a seconda delle applicazioni cui viene utilizzata, sono le dimensioni, la geometria e il peso del dardo, la forza della molla interza oppure la forma della base di appoggio. Generalmente, il dispositivo di impatto è composto da:

1. Dardo
2. Anello di supporto
3. Bobina
4. Cavo
5. Pinza
6. Tubo di carico
7. Bottone di rilascio

A seconda della sonda ad impatto utilizzata nella prova di durezza a rimbalzo, è necessario esprimere il valore con una apposita scala. Ad esempio, se effettuiamo una prova dinamica di durezza utilizzando un dispositivo di impatto tipo D, la misura verrà espressa in HLD, cioè scala Leeb (HL) ottenuta con dispositivo ad impatto tipo D (suffisso D). Per un valore di durezza utilizzando un dispositivo tipo G il valore di durezza sarà espresso in HLG e così via.

Tipi di sonde e applicazioni
I durometri a rimbalzo per la misura della durezza dei metalli hanno, per la maggior parte, la possibilità di sostituire la sonda con modelli più adatti alle esigenze. Quelli presentati qui sono i modelli più diffusi, che possono coprire la maggior parte delle applicazioni.
Volendo dare una descrizione alle sonde, si potrebbero definire come segue:

• Sonda tipo D: universale standard, ricopre la maggior parte delle applicazioni.
• Sonda tipo DC: molto corta per aree ristrette, per la misura ad esempio dell' interno di fori o cavità. Apparte la lunghezza, ha le stesse caratteristiche della sonda tipo D.
• Sonda tipo D+15: con una superficie di contatto ridotta, con la bobina di misurazione spostata più in alto. Viene utilizzata per la misura nei solchi o in cavità.
• Sonda tipo DL: con la superficie di misura estremamente fine, utile per misurare ad esempio piccole saldature o i denti di un ingranaggio.
• Sonda tipo C: a basso impatto (l' energia di impatto è circa il 25% della sonda tipo D), per permettere la misura di parti molto fini o poco pesanti e comunque di parti sensibili ad una maggiore forza di impatto del dardo.
• Sonda tipo G: ad alta forza di impatto, è l' esatto opposto della sonda tipo C, e ha una forza di impatto di circa 9 volte quella della sonda tipo D. Può essere utilizzata per pezzi non sufficientemente lavorati, con una alta rugosità, ma può esprimere la misura solo in Brinell (max circa 650HB).
• Sonda tipo E: da utilizzare per campioni con una elevata durezza, utilizza un dardo al diamante sintetico al posto del solito carburo di tungsteno, può misurare durezze fino a 1050 HV.

Specifiche dispositivi di impatto
di seguito le caratteristiche fisiche per ogni dispositivo di impatto, con i rispettivi requisiti del provino.

Campi di Misura per durometri a rimbalzo

* Sigla normalizzata dal sistema ISO:
HL = Leeb
HB = Brinell
HV = Vickers
HRC = Rockwell, penetratore a diamante
HRB = Rockwell, penetratore a sfera
HS = Scleroscopio di Shore
Misurare la durezza di un metallo con i durometri a rimbalzo è molto comodo in quanto permette di effettuare il test direttamente sui pezzi in lavorazione, anche molto grandi, senza la necessità di portare un campione in laboratorio. Inoltre è possibile effettuare la misura da qualsiasi angolazione e, a seconda della sonda utilizzata, addirittura entro cavità o parti realmente poco accessibili.
Nonostante la comodità di questo tipo di test, è necessario che il campione su cui effettueremo il test risponda a determinate caratteristiche, che dipendono dal tipo di sonda utilizzata:

Non deve presentare una eccessiva rugosità superficiale. E' possibile ottenere un grado idoneo di rugosità trattando l' area su cui si effettuerà il test con una levigatrice o con una smerigliatrice.

Il provino deve avere un peso e uno spessore idonei. Se così non fosse è possibile utilizzare degli accorgimenti, come appoggiarlo su un corpo più pesante e solido in modo che non si muova e non fletta neanche minimamente, oppure accoppiarlo ad un corpo pesante , ad esempio con una pinza a scatto o addirittura saldandolo.

Il provino deve avere un peso e uno spessore idonei. Se così non fosse è possibile utilizzare degli accorgimenti, come appoggiarlo su un corpo più pesante e solido in modo che non si muova e non fletta neanche minimamente, oppure accoppiarlo ad un corpo pesante , ad esempio con una pinza a scatto o addirittura saldandolo.

Il campione deve avere un raggio di curvatura superiore ai 30mm (50mm se si utilizza una sonda di tipo G). In caso contrario è necessario utilizzare gli anelli di supporto.

Se il provino è stato sottoposto ad un trattamento per aumentare la durezza superficiale, è necessario che questa rispetti i seguenti spessori:

Il provino non deve essere magnetizzato
Gli anelli di supporto servono per utilizzare i durometri a rimbalzo all' interno o all' esterno di cilindri o parti sferiche.