Tecnologie digitali nelle prove di durezza

Sep 26, 2023

Fonte immagine: Buehler

La prova di durezza è una semplice prova meccanica sviluppata per fornire una misurazione quantitativa in modo rapido ed efficiente. La prova di durezza viene utilizzata al posto di altre tecniche come la prova di trazione poiché può essere correlata alla resistenza alla trazione ma richiede molto meno tempo e fatica, oltre ad essere relativamente non distruttiva.

Quando Wilson sviluppò per la prima volta il test Rockwell all'inizio del XX secolo, la velocità dei test portò a una rapida adozione della tecnica, supportando la crescita della produzione in linea e la produzione di grandi volumi di componenti necessari per lo sforzo bellico dell'epoca. Nel corso degli anni sono stati sviluppati vari tipi di tecniche di prova di durezza, gli esempi più comuni sono i test Rockwell, Vickers, Knoop e Brinell. Ciascuno presenta vantaggi e limiti unici, ma ciascuno si è guadagnato il proprio posto nell'odierno ambiente di controllo qualità grazie alla velocità, all'accuratezza e alla riproducibilità dei test.

L’era digitale ha già creato molti cambiamenti nelle tecniche di prova di durezza. Le celle di carico hanno ampiamente sostituito i pesi. I controlli meccanici ora sono spesso azionati da un motore. La misurazione visiva delle rientranze, dove necessario, viene automaticamente individuata, focalizzata e misurata senza interazione umana.

Figura 1: Durometro Rockwell dell'inizio del XX secolo. Fonte immagine: Buehler (clicca sull'immagine per ingrandirla.)

L’aggiunta dell’automazione in queste aree ha portato sia la ripetibilità che la riproducibilità dei singoli tratti di durezza a nuovi livelli, consentendo di ampliare i confini della progettazione e di rendere più preciso il controllo della qualità della produzione. Un altro aspetto dell'era digitale è stata l'introduzione del posizionamento automatizzato delle impronte di durezza. Ciò è stato inizialmente guidato da applicazioni particolari, come il trattamento termico superficiale degli ingranaggi, dove una combinazione di uno strato superficiale duro e una struttura interna morbida consente ai componenti degli ingranaggi di resistere all’usura nonché a sollecitazioni elevate e fatica in servizio. L'automazione del movimento di un campione di prova è stata introdotta con l'informatizzazione per valutare più rapidamente la variazione della durezza e garantire il raggiungimento di una profondità sufficiente della cassa dal processo di trattamento termico.

Figura 2 – Indentazione Vickers con linee Filar. Fonte immagine: Buehler (clicca sull'immagine per ingrandirla.)

Figura 3 – Misurazione della profondità della cassa. Fonte immagine: Buehler (clicca sull'immagine per ingrandirla.)

Come è sempre stato vero, le nuove tecnologie creano nuove opportunità. Il moderno controllo computerizzato dei durometri è andato ben oltre la creazione di una singola linea di rientranze.

I migliori pacchetti software possono fornire molti strumenti per evidenziare potenziali problemi di test e/o adattare i programmi di test per adattarli ai diversi componenti da testare. Funzioni come la capacità di trovare automaticamente i bordi dei provini, scansionare un'area di interesse, inserire modelli di rientranza nella posizione corretta, rivedere il posizionamento e regolarli al volo, garantiscono facilità d'uso e versatilità per adattarsi alle mutevoli esigenze senza sforzi significativi da parte l'operatore.

Ora è possibile "scansionare" un campione e creare un collage di impronte per fornire numerosi dettagli sulla variazione della durezza del materiale. La mappa di durezza creata aggiunge letteralmente una nuova dimensione a qualsiasi dato di prova, fornendo una rapida valutazione qualitativa del processo di trattamento termico, con dati quantitativi dettagliati disponibili se è necessaria un'ispezione più attenta. La Figura 4 mostra la mappatura della durezza di un dente di ingranaggio, consentendoci di vedere immediatamente la profondità di penetrazione della durezza e visualizzare eventuali problemi. Ciò potrebbe non essere sempre necessario in un ambiente di controllo qualità, ma per lo sviluppo, l'analisi dei guasti, l'impostazione di un nuovo processo di produzione o per il controllo qualità delle specifiche più elevate questo tipo di analisi può essere preziosa. La capacità di visualizzare la mappa della durezza, impostare i valori di durezza massimi e minimi e identificare rapidamente i rientri anomali rende questi programmi estremamente facili da usare. Altri strumenti aiutano gli utenti a conformarsi alle specifiche ASTM e ISO. Ad esempio, la sovrapposizione della dimensione del rientro virtuale consente all'utente di valutare facilmente la conformità della spaziatura minima del rientro.