Comprendere le filiazioni di durezza dei materiali
La durezza è una proprietà meccanica fondamentale di un materiale, che definisce la sua resistenza alla penetrazione, all’urto e all’usura.
Oggi non basta conoscere la durezza di un materiale di base. È essenziale valutare come questa proprietà evolva quando il materiale subisce una trasformazione, come la saldatura. È qui che entra in gioco il metodo di analisi della filiazione di durezza.
Che cos'è una filiazione di durezza?
La filiazione di durezza è una serie di misure puntuali effettuate lungo una linea precisa su un campione.
L’obiettivo è mappare l’evoluzione della durezza attraverso zone specifiche in cui il materiale è stato modificato.
Questa tecnica è particolarmente interessante per valutare l’impatto di un trattamento termico o per analizzare la qualità di un cordone di saldatura.
La filiazione consente di tracciare un «profilo» di durezza, rivelando le zone in cui il materiale può essersi ammorbidito o, al contrario, essersi indebolito diventando eccessivamente duro.
La microdurezza Vickers (HV): il metodo di riferimento per la filiazione di durezza
Per ottenere una filiazione affidabile, l’analisi richiede un metodo in grado di misurare la durezza con grande precisione e un’elevata risoluzione spaziale. La tecnica di scelta è spesso la Microdurezza Vickers (HV).
Il principio della prova di durezza Vickers
La prova Vickers consiste nell’indentare un penetratore in diamante di forma piramidale nella superficie del materiale sotto un carico normalizzato.
La forza viene applicata (spesso una Microdurezza HV 0.3 per le analisi fini, indicando un carico molto basso),
Una volta rimosso il carico, si misurano otticamente le due diagonali dell’impronta lasciata.
La durezza Vickers (HV) viene quindi calcolata a partire dalla forza applicata e dalla dimensione media dell’impronta.
L’uso della microdurezza (HV 0.3) è indispensabile per la filiazione, perché consente di effettuare misure molto ravvicinate su aree microscopiche, rispettando al contempo le distanze minime imposte da norme come la NF EN ISO 6507-1:2023.
La filiazione di durezza e lo studio dei giunti saldati
Una delle applicazioni più importanti della filiazione di durezza è lo studio dei giunti saldati. Quando si saldano due pezzi, il calore intenso del bagno di fusione interessa inevitabilmente il metallo base adiacente. Questa zona è chiamata Zona Termicamente Alterata (ZTA).
Nella ZTA, il metallo subisce un ciclo termico rapido (riscaldamento poi raffreddamento), con conseguenti modifiche della sua microstruttura e, di conseguenza, delle sue proprietà meccaniche.
La posta in gioco è elevata :
Una ZTA troppo dura può significare un indebolimento e un rischio maggiore di criccatura a freddo.
Una ZTA troppo tenera può compromettere la resistenza meccanica complessiva del giunto.
Le modifiche chimiche (come la precipitazione di carburi di cromo) possono aumentare i rischi di corrosione.
La filiazione di durezza consente di visualizzare con precisione il profilo di durezza su tre zone critiche: il metallo base non interessato, la ZTA e il metallo fuso (cordone).
Caso cliente: la filiazione di durezza per validare un processo di saldatura
- In questo caso, il cliente, specializzato in metallurgia, riscontrava problemi ricorrenti di fragilizzazione su una serie di componenti saldati critici. La produzione utilizzava il processo di saldatura ad arco con elettrodo rivestito (SMAW) su un acciaio debolmente legato. Sebbene la procedura di saldatura (DMOS) fosse stata rispettata, durante i successivi controlli qualità comparivano microfessure. Il rischio di guasto prematuro dell’assemblaggio era elevato.
- Il metallurgista sospettava che l’apporto di calore e il successivo raffreddamento provocassero una modifica strutturale critica nella Zona Termicamente Alterata (ZTA). Temeva la formazione indesiderata di martensite, una struttura estremamente dura ma molto fragile, direttamente legata al ciclo termico della saldatura.
- Il metallurgista ha incaricato il laboratorio FILAB di eseguire una profilatura di durezza secondo la norma NF EN ISO 6507-1 (Microdurezza Vickers, HV 0.3). Questo metodo ha previsto l’esecuzione di una serie di 100 punti di misura ultra-precisi, allineati perpendicolarmente al cordone di saldatura SMAW. L’obiettivo era mappare il profilo di durezza dal metallo base, attraverso la ZTA, fino al metallo fuso.
- I risultati della profilatura hanno evidenziato chiaramente un picco di durezza critico a livello della ZTA, raggiungendo +50 HV (unità Vickers) rispetto al metallo base. Questo picco ha confermato l’ipotesi del cliente: il raffreddamento era troppo rapido, provocando la formazione di martensite e, di conseguenza, un elevato rischio di criccatura a freddo.
- La relazione tecnica ha permesso al cliente di adeguare la propria procedura di saldatura introducendo una fase di preriscaldo e riducendo l’energia di saldatura per rallentare il raffreddamento. Le nuove profilature di durezza hanno mostrato una curva di durezza più uniforme e valori ormai conformi alle specifiche richieste, validando l’integrità delle saldature.
