Nella filiera dei semilavorati metallici — barre, billette, lamiere, tubi, fucinati e getti — la durezza dei semilavorati è il controllo qualità più rapido per capire se un lotto corrisponde allo stato metallurgico dichiarato. Una fornitura ricotta quando doveva essere bonificata, un trattamento termico non riuscito o un rinvenimento fuori specifica non si vedono a occhio: emergono in lavorazione, con utensili che si consumano in poche ore, o peggio in esercizio. Il costo non è il pezzo, è il fermo linea e la ricerca a ritroso del lotto.
La prova di durezza misura la resistenza del materiale alla penetrazione permanente di un indentatore di geometria nota, sotto carico e tempo di applicazione definiti. Il numero che ne esce è un indicatore indiretto ma affidabile della microstruttura e, negli acciai al carbonio non legati, correla in modo noto con la resistenza a trazione. A differenza della prova di trazione non richiede la preparazione di un provino, non distrugge il pezzo e si esegue in pochi secondi: per questo è il controllo di accettazione più diffuso in accettazione materiali e dopo trattamento termico.
Le famiglie in uso sono due. I durometri da banco — Rockwell, Vickers, Brinell — lavorano su pezzi portabili in laboratorio, con carichi da pochi grammi-forza a 3000 kgf e la ripetibilità migliore. I durometri portatili, a rimbalzo Leeb o a impedenza ultrasonora UCI, portano la misura sul pezzo grande, sul getto in fonderia o sul semilavorato ancora in linea. Non sono intercambiabili: ciascuno ha vincoli di massa, rigidezza e finitura superficiale che, se ignorati, producono numeri privi di significato.
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Che cosa dice davvero un numero di durezza
La durezza non è una proprietà fisica fondamentale come la densità: è una risposta convenzionale a una prova definita. Cambiando indentatore, carico o tempo di permanenza cambia il numero. Proprio per questo il valore ha senso solo se accompagnato dalla scala e dalle condizioni di prova. Il suo interesse pratico sta nella correlazione con la microstruttura: martensite, bainite, perlite e ferrite rispondono in modo diverso alla penetrazione, quindi la durezza segnala lo stato del materiale senza analisi metallografica. Negli acciai al carbonio non legati esiste inoltre una correlazione empirica con la resistenza a trazione, tabulata in ISO 18265, che consente una stima di Rm dal dato di durezza. È una stima, non una misura sostitutiva: vale per famiglie di materiali definite e perde validità su acciai fortemente legati, inossidabili austenitici, ghise e leghe non ferrose.
Scale e metodi: quando Rockwell, quando Brinell, quando Vickers
Rockwell (ISO 6508) misura la profondità residua di penetrazione ed è la scelta del controllo rapido in produzione: lettura diretta, nessuna misura ottica dell’impronta, ciclo di pochi secondi. Brinell (ISO 6506) usa una sfera in metallo duro da 1 a 10 mm con carichi fino a 3000 kgf: l’impronta larga media le disomogeneità, quindi è il metodo per getti, fucinati grossolani e strutture a grana grossa dove una piccola impronta cadrebbe casualmente su una fase o sull’altra. Vickers (ISO 6507) impiega una piramide di diamante a 136° con carichi che scendono fino al campo della microdurezza: è il metodo per strati sottili, riporti, cementazioni e profili su sezione, perché la scala è continua e l’impronta può essere ridotta a poche decine di micrometri. Un solo metodo per tutto non esiste.
Misura portatile: vincoli reali di Leeb e UCI
Il metodo Leeb (ISO 16859) lancia un corpo d’urto contro la superficie e ricava la durezza dal rapporto fra velocità di rimbalzo e velocità d’impatto. Funziona solo se il pezzo è abbastanza massiccio e rigido da non assorbire energia: indicativamente qualche chilogrammo di massa e spessori consistenti, altrimenti serve accoppiamento con pasta su un supporto rigido. Su pezzi leggeri, sottili o sospesi il risultato è sistematicamente basso. Il metodo UCI (ISO 21968) misura invece lo scostamento di frequenza di un’asta in risonanza caricata con un penetratore Vickers: è poco sensibile alla massa del pezzo ma pretende una finitura superficiale fine e una taratura specifica sul materiale, perché la risposta dipende dal modulo elastico. Cambiare famiglia di lega senza ritarare significa introdurre errori di decine di punti.
Preparazione, numero di impronte e conversione fra scale
La prima causa di dispersione dei risultati è la superficie: ossido, scaglia di laminazione, decarburazione superficiale, vernice o rugosità eccessiva alterano il dato ben più della strumentazione. Si asporta lo strato alterato con molatura leggera e raffreddamento, evitando surriscaldamenti che rinvengono localmente il materiale. Il pezzo va appoggiato stabile, senza flessioni, con l’indentatore perpendicolare alla superficie. Una lettura singola non fa una misura: si eseguono almeno tre-cinque impronte e si valuta la dispersione, rispettando le distanze minime prescritte dalle norme fra impronta e impronta e dal bordo, tipicamente da tre a sei volte il diametro dell’impronta a seconda del metodo e del materiale. La conversione fra scale — HL verso HB, HV verso HRC — è una correlazione empirica valida solo per determinate famiglie di materiali: va sempre dichiarata nel rapporto di prova insieme alla scala effettivamente misurata.
Accettazione, trattamento termico e valore contrattuale del dato
In accettazione la prova di durezza separa in pochi minuti un lotto conforme da uno fuori specifica, prima che il materiale entri in lavorazione: è il controllo con il miglior rapporto fra informazione ottenuta e tempo speso, e il valore misurato ha peso contrattuale nei confronti del fornitore. Dopo trattamento termico intercetta una tempra non riuscita, una velocità di raffreddamento insufficiente o un rinvenimento condotto a temperatura troppo alta, che si manifesta come durezza sotto il minimo di capitolato. Il profilo di durezza in sezione, eseguito in Vickers su campione inglobato e lucidato, misura la profondità efficace di cementazione o di tempra superficiale e rivela la decarburazione del bordo. Perché il dato regga, il durometro va tarato con blocchi campione certificati con periodicità definita e verificato all’inizio di ogni sessione di prova.
Un quadro completo dei criteri di scelta, delle scale e dei casi applicativi nella filiera metallurgica è raccolto nella pagina dedicata alla durezza dei semilavorati.
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