PROVA DI DUREZZA

•Prova di durezza Brinell • Considerazioni teoriche • Scelta del carico e della

sfera• Condotta della prova• Condizioni di validità

prova• Designazione• Vantaggi e Svantaggi

•Prova di durezza Vickers• Considerazioni teoriche • Condotta della prova• Condizioni di validità

prova• Designazione• Vantaggi e Svantaggi

•Prova di durezza Rockwell • Considerazioni teoriche • Condotta della prova• Condizioni di validità

prova• Designazione• Vantaggi e Svantaggi

•Determinazione sperimentale della durezza dei materiali • Risultato e

considerazine delle prove sui diversi materiali presi in esame

ComparazioneBRINNEL ROCKWELL VICKERS

Considerazioni BRINNEL ROCKWELL VICKERS

PROVA DI DUREZZA

• La prova di durezza misura la resistenza di un materiale a lasciarsi scalfire o penetrare da un corpo più duro.• La durezza viene misurata dalla dimensione, della lunghezza

media o dalla profondità ,di un’impronta realizzata da un penetratore su cui agisce un carico prefissato.• La durezza è una proprietà meccanica dei materiali. Questa

prova è, quasi sempre, una prova non distruttiva; talvolta però l’impronta lasciata dal penetratore rende l’oggetto inutilizzabile.• La durezza dipende dalla struttura cristallina del materiale e

dalla sua elasticità.• Si possono distinguere due tipi di prova: Macrodurezza ------ carico applicato > 10N

Microdurezza ------ carico applicato < 10N

Prova Brinell considerazioni teoriche• La prova di durezza Brinell consiste nel far penetrare una sfera

di materiale duro, di diametro D, sulla superficie del provino in esame con un carico F per un prestabilito intervallo di tempo T.• Si definisce durezza Brinnell HB il rapporto tra il valore di carico F e l’area A dell’impronta lasciata dalla sfera (penetratore) sulla superficie del materiale, misurata dopo aver tolto il carico.

• dove:• F = forza applicata espressa in N• D = della sfera in mm• d = dell’impronta in mm• 0,102 rappresenta il solito fattore di conversione 1 N = 0,102 Kgf.

HB=2 0,102xF/π D (D-)∙ ∙ ∙

Legge di similitudine meccanica

𝐹=1

0,102∙𝐾 ∙𝐷2[𝑁 ]

K dipende dal materiale

Materiali ferrosi K=30

Leghe di alluminio K=5

Leghe di stagno e piombo K=1

D si sceglie in base allo spessore ( è consigliata la sfera da 10 mm)

s (mm) D (mm) F (kgf)

>6 10 3000

376 5 750

<3 2.5 187.5

Tabella riferita a Materiali ferrosi

Prova Brinell scelta del carico e della sfera

0,102 rappresenta il solito fattore di conversione 1 N = 0,102 Kgf.

Prova Brinell condotta della prova

Fase 1: taratura della macchina (S.P.V.) attraverso provino con durezza HB definitaFase 2: applicazione del carico F mediante una leva azionata manualmente in un tempo di 2-10 s e mantenimento di 10-15 s e successive rilascio del carico FFase 3: misurazione dell’impronta d attraverso un proettore per profile o un oculare graduato decimale

DUROMERTO S.P. V.

Fase 4: verifichiamo l’attendiblilità della prova attraverso le codizioni di validità.Fase 5: calcolo della durrezza .

Quadrante Kgf

Pompa a mano

Pesi

Penetratore a sfera

Incudine

Volantino avite girevole

oculare graduato decimale

• Il carico F applicato gradualmente

• Durata di applicazione F almeno 10-15s, e mantenuta costante.• Il rapporto tra diametro d dell’impronta e D

sfera d/D= 0,25 - 0.5 • Distanza tra centro impronta e bordo del

pezzo l > 2,5 d • Distanza tra centro di due impronte b b > 4 d• Profondità dell’impronte h <• Superficie liscia e piana

Prova Brinell condizione di validità prova

• La durezza Brinell è indicata con il termine HBS (se sfera di acciaio) o HBW (se carburo di tungsteno) seguito da numeri che rappresentano il diametro del penetratore (in mm), la forza applicata (in kgf) e la durata di applicazione della forza (in s).

Prova Brinell designazione

Esempio

600 HBW 1/30/20600 Valore della durezza Brinell (kgf/mm2, ma non si

indica)

HBW Simbolo della durezza Brinell

1/ Diametro della sfera in mm

601 Forza applicata (294.2 N≈30 kgf)

/20 Tempo di permanenza (20 s) – se non indicato si intende 10-15 s.

Prova Brinell Vantaggie e Svantaggi

Vantaggi

• Idoneo per testare materiali disomogene (impronta grande).

• Adatto per effettuare test su grandi semilavorati (forgiati, laminati, ecc.).

• Test semplice, robusto e caratterizzato da un ridotto costo del penetratore.

• Correlazione tra la durezza Brinell e la resistenza a trazione

esempio: Rm =0,35·HB per acciai HB<430

Rm (carico di rottura)

Svantaggi

• Restrizione del range di applicazione fino ad un massimo di 650 HBW.

• Limitazione qualora si debbano testare provini piccoli e con ridotto spessore.

• Tempo di prova relativamente lungo a causa della misura del diametro dell’impronta.

• Danneggiamento del provino a causa della grande impronta.

• Dipendenza dei risultati dall’operatore,attraverso misurazioni manuali

Prova Vickers considerazioni teoriche• La prova Vickers consiste

nel far penetrare nel materiale un penetratore di diamante a forma di piramide a base quadrata al quale viene applicata una forza F e

nel misurare la lunghezza della diagonale d dell’impronta permanente lasciata sul pezzo dopo aver tolto il penetratore.

• La durezza Vickers HV è data dalla relazione seguente:

dove:• F = forza applicata espressa in N• d = diagonale dell’impronta in mm

HV=0.1891xF/d2

Prova Vickers considerazioni teoriche• Il penetratore ha la forma di una piramide retta a base

quadrata; l’angolo tra le facce opposte della piramide è di 136°±0,5°: esattamente l’angolo di penetrazione ideale della durezza Brinell. Per questo motivo i valori della durezza HV coincidono con quelli della HB fino a valori per HB = 350 , oltre questa durezza si ha la deformazione della sfera mentre nella HV si procede senza problemi.

Prova Vickers condotta della prova

Fase 1: taratura della macchina (durometro Galileo) attraverso provino con durezza definita

Fase 2: scelta del carico compresa ta 49 e 980 N (5 e 100 kgf) per gli acciai 30 kgf carico F

Fase 3: misurazione della diagonale dell’impronta d attraverso un microscopio collegato uno schermo

DUROMERTO GALILEO

Fase 4: verifichiamo l’attendiblilità della prova attraverso le codizioni di validità.Fase 5: calcolo della durrezza .

Quadrante

Leva applicazione carico

Piramide Base Quadrata

Commutatore di carichi

Volantino avite girevole

Fase 3: applicazione del carico F mediante una leva, in un tempo di 2-10 s mantenimento di 10-15 s e successive rilascio del carico F

• Il carico F applicato gradualmente

• Durata di applicazione almeno 10-15s, e mantenuta costante.• Spessore minimo del pezzo S, maggiore

1.5 la diagonale d dell’impronta S >= 1,5 d • Distanza tra centro impronta e bordo

del pezzo l > 2,5 d • Distanza tra centro di due impronte b b > 2,5 d

Prova Vickers condizione di validità prova

• La durezza Vickers è indicata con il termine HV seguito da numeri che rappresentano la forza applicata (in kgf) e la durata di applicazione della forza (in s).

Prova Vickers designazione

Esempio

350 HV 10/20350 Valore della durezza Vickers (kgf/mm2, ma non si indica)

HV Simbolo della durezza Vickers

10 Forza applicata (89,1 N≈10 kgf)

/20 Tempo di permanenza (20 s) – se non indicato si intende 10-15 s.

Prova Vickers Vantaggi e Svantaggi

Vantaggi

• Non esiste valore della durezza che impedisca l’uso della prova Vickers .

• Possibilità di testare componenti piccoli e sottili.

• ha un campo di applicazione illimitato sia per la durezza che per lo spessore del pezzo da provare senza la necessità di cambiare il penetratore, con la sola modifica del carico di prova;

• il numero di durezza Vickers è praticamente indipendente dal carico di prova applicato ed è in ogni caso equivalente al numero Brinell ottenuto nelle condizioni di prova ideale (d/D=0,375).

Svantaggi• Richiesta una preparazione accurata

della superficie da testare.

• Tempi di prova relativamente lunghi per la necessità di misurare la lunghezza delle diagonali.

• Soggetto il penetratore in diamante al danneggiamento.

• Dipendenza dei risultati dall’operatore.

Prova Rockwell considerazioni teoriche

• La prova di durezza Rockwell consiste nel far penetrare , in due momenti successivi , nella superfice del pezzo in esame un penetratore di tipo unificato , misurare così l 'accrescimento

rimanente e della profondità dell'impronta.

Penetratore Cono di diamantre HRC si misura materiali duri HB>200

Penetratore Sfera acciaio temprato HRB si misura materiali teneri HB<200

HRC=100-℮℮profondità residua dell’impronta

HRB=130-℮℮profondità residua dell’impronta

Prova Rockwell condotta della prova

Fase 1: taratura della macchina (durometro Galileo) attraverso provino con durezza definitaFase 2: scelta del carico attraverso il commutatore100 kgf (Ft) per HRB e 150 kgf (Ft) per HBC

DUROMERTO GALILEO

Fase 5: lettura del valore HRC o HRB.

Fase 3: applicazione del carico addizionale mediante una leva, mantenimento di 30 s e successive rilascio del carico

Fase 3: Posizionamento del provino verso il penetratore eseguendo una pressione mediante la ghiera fino a che l’indice del display non indicasse 0, eseguendo così un precarico di 98N ().

• Il carico F applicato gradualmente

• Durata di applicazione almeno 10-15s, e mantenuta costante.• Spessore minimo del pezzo S maggiore 8

volte dell’acrescimento rimanente e S >= 8 e • Distanza tra centro impronta e bordo

del pezzo l l > 5 d • Distanza tra centro di due impronte b b > 4 d

Prova Rockwell condizione di validità prova

• La durezza Rockwell è indicata con le lettere seguite da una lettera che indica la scala (HRB , HRC)

Prova Rockwell designazione

Esempio

60 RHC 60 Valore della durezza

HC Simbolo della durezza Rockwell C

Prova Rockwell Vantaggi e Svantaggi

Vantaggi• Durata della prova relativamente

breve, in quanto il valore della durezza è direttamente visualizzato dopo il test.

• Sicura esente da errori derivanti da errate misurazioni o da errate interpretazioni delle formule

• Possibilità di sondare la durezza di materiali teneri HB<200 con una scala che va da20 a 100 HRB

• Possibilità di sondare la durezza di materiali relativamente duri HB<200 con una scala che va da 20 a 70 HRB

Svantaggi• Poco indicato per testare materiali

induriti superficialmente

• Penetratore di diamante HRC soggetto a adanneggiamento.

COMPARAZIONE BRINNEL – ROCKWELL – VICKERS

Metodo Sigla Penetratore Materiale Penetratore

Pre Carico

Carico Tempo

BRINNEL HB Sfera Acciaio Temprato 98 N

F costante max 3000 kgf ≈ 2944

N

• D=in base spessore• K= dipende dal

materiale

T Applicazione Carico 2-10 sT Mantenimento Carico 10-15 s

TOTALE 12-25 s

VICKERS HV Piramide Base Quadrata Diamante - F= 30 Kg ≈ 294,2 N

T Applicazione Carico 2-10 sT Mantenimento Carico 10-15 s

TOTALE 12-25 s

ROCKWELL B HRB Sfera Acciaio Temprato =98N

=+=980 N ≈ 100 Kg=carico addizionale

T Raggingimento () 5-10 sT Permanenza 30s

TOTALE 40 s

ROCKWELL C

HRC Cono Diamante =98N =+= 1470 N ≈ 150 Kg

=carico addizionale

T Raggingimento () 5-10 sT Permanenza 30s

TOTALE 40 s

Metodo Calclo durezza Designazione Esempi Impronta

BRINNEL

HB=2 0,102xF/π D (D-)∙ ∙ ∙F= carico [N]

D = diam. Penetratore [mm]d = diam. impronta

Costante= 0,102[mm2/N]

150 HB 5/29400/20 150valore durezza adimensionale10D sfera29400 forza F20 tempo di esercizio

VICKERSHV=0.1891xF/d2

F= carico [N]d = diagonale impronta [mm]

350 HV 10/20 150valore durezza adimensionale10 forza F20 tempo di esercizio

ROCKWELL B

HRB=130-℮℮profondità residua dell’impronta

70 HRB 70valore durezza adimensionale

ROCKWELL C

HRC=100-℮℮profondità residua dell’impronta

20 HRC 20valore durezza adimensionale

0,24<d<0,6

h<

S= 1,5 x d

Mat.<200 HB

Mat. >200 HB

• La prova Brinell

meno laboriosa, ma può esser talvolta distruttiva per l'eccessiva dimensione delle impronte; risente meno delle variazioni legate alle eterogeneità microstrutturali del materiale esaminato• La prova Vickers

la più versatile, precisa, non-distruttiva, per le modestissime dimensioni dell' impronta, un intervallo di durezze praticamente illimitato, • La prova Rockell

la più semplice e rapida, ma anche la meno precisa ed affidabile; può dare valori errati per molteplici motivi: per esempio un cedimento dell' appoggio dovuto ad una qualsiasi causa (superficie ossidata o sporca, supporto cedevole, deformazioni elastiche, slittamenti, ecc.) darà misure in difetto.

CONSIDERAZIONI BRINNEL – ROCKWELL – VICKERS

Determinazione sperimentale della durezza Sono stati presi in sesame I seguenti materiali:1] Alluminio (non classificato);

2] Ottone (non classificato);

3] Acciaio UNI C15;

4] Acciaio UNI C45;

5] Ghisa UNI G30;

6] Acciaio superrapido.

Sono stati svolti x ognuno le prove di durezza Brinell Vichers Rockell Seconco le norme UNI e verificando tutte le condizioni di validità imposte dale prove.

Determinazione sperimentale della durezza

Materiale Durezza Brinell Durezza Vickers Durezza Rockwell

Alluminio 126 HBS/250/1 5 114 HV 69 HRB

Ottone 153 HBS/250/1 5 155 HV 77 HRB

Acciaio C15 144 HBS/750/15 145 HV 75 HRB

Acciaio C45 203 HBS/750/15 191 HV 90 HRB

Ghisa G30 178 192 HBS/750/15 191 HV 89 HRB

Acciaio superrrapido ---------------- --------------- 741 HV 60 HRC

RISULTATI DELLE PROVE