PROVE DI DUREZZAPROVE DI DUREZZALa durezza H (hardness) e’ la La durezza H (hardness) e’ la

resistenza che la superficie resistenza che la superficie

di un materiale opponedi un materiale oppone

alla sua penetrazione.alla sua penetrazione.

La durezza influenza la La durezza influenza la resistenza all' incisione,resistenza all' incisione,

all' usura, al taglio e talvoltaall' usura, al taglio e talvolta

anche alla corrosioneanche alla corrosione. .

I metodi per valutare la I metodi per valutare la durezza d'un componentedurezza d'un componente

sono molteplici. sono molteplici.

Prof. Paolo Nicolia

Prove di durezzaProve di durezza

Le prove di durezza sono molto in uso perché hanno diversi vantaggi:• non richiedono provette, potendosi eseguire direttamente sul pezzo in esame• non distruggono ne alterano l’organo sottoposto alla prova• forniscono indici di confronto per un giudizio sulla qualità del materiale• consentono di stabilire il grado di lavorazione alle macchine utensili di un pezzo• consentono di valutare, con buona approssimazione la resistenza a trazione degli acciai

Prove di durezzaProve di durezza

In base alla durezza viene effettuata la scelta dei materiali soggetti a sfregamento e degli utensili per lavorazioni meccaniche.I materiali più duri hanno elevata resistenza alla trazione, sono poco plastici e sono pertanto adatti alle lavorazioni con le macchine utensili.I materiali meno duri sono invece più plastici, hanno bassa resistenza a trazione e sono perciò adatti ad essere lavorati per stampaggio a caldo o a freddo.La durezza varia con la temperatura del materiale, al crescere della temperatura la durezza diminuisce

Prove staticheProve statiche

Si basano sulla misura dell'impronta lasciata sulla superficie del saggio o provetta da un penetratore

adeguatamente caricato. Appartengono a questa classe le misure di durezza Rockwell , Brinell, Vickers e Knoop, e com'e' noto si distinguono per tipo di penetratore

usato e per il carico applicato, nonche' per la tecnica

di rilevamento della dimensione dell'impronta lasciata sul saggio provato.

PROVA DI DUREZZAPROVA DI DUREZZA DUREZZA

E’ la proprietà che hanno i materiali di resistere alla penetrazione di un corpo di materiale duro.

Gli apparecchi per l’esecuzione della prova sono detti Gli apparecchi per l’esecuzione della prova sono detti durometridurometri

Durezza RockwellDurezza Rockwell

L’apparecchio per eseguire la prova col metodo rockwell è un durometro che fornisce direttamente l’indice di durezza cercato.Questa prova è oggi la più impiegata, per la sua praticità e immediatezza di lettura.La prova consiste nel far penetrare ( in due tempi e con un carico prestabilito ) una sfera di acciaio duro di diametro 1,58 mm (1/16 di pollice) oppure un cono di diamante con angolo al vertice di 120°, nel materiale da esaminare

Esecuzione della prova Esecuzione della prova HRBHRB

La prova si svolge in tre fasi:

1) Si applica senza urto un carico iniziale Fo = 98 N (10 kg ) e

si azzera il quadrante

2) Si aggiunge al carico iniziale di 98 N (10 kg) un altro carico addizionale F1 = 882 N (90 kg)

progressivamente in 5-10 secondi raggiungendo il carico totale Ft =980N

3) Dopo circa 30 secondi, si elimina il carico addizionale F1 di 882 N e si esegue la lettura sul

quadrante, con il penetratore sempre sollecitato dal carico iniziale di 98 N

Per materiali meno duri

Esecuzione della prova Esecuzione della prova HRCHRC

La prova si svolge in tre fasi:La prova si svolge in tre fasi:

1)1) Si applica senza urto un carico iniziale Si applica senza urto un carico iniziale Fo =98 N Fo =98 N (10 (10 kg) e kg) e si azzera il quadrantesi azzera il quadrante

2)2) Si aggiunge al carico iniziale di Si aggiunge al carico iniziale di 98 N 98 N un altro carico un altro carico

addizionale addizionale FF11 = 1372 N = 1372 N (140 kg) (140 kg)

progressivamente in progressivamente in 5-10 secondi raggiungendo il 5-10 secondi raggiungendo il carico totale carico totale FFtt =1470N =1470N

3)3) Dopo circa 30 secondi, si elimina il carico addizionale Dopo circa 30 secondi, si elimina il carico addizionale FF11 di di 1372 N 1372 N e si esegue la lettura sul quadrante, con il e si esegue la lettura sul quadrante, con il

penetratore penetratore sempre sollecitato dal carico sempre sollecitato dal carico iniziale di iniziale di 98 N 98 N

Per materiali duri

Esecuzione della provaEsecuzione della prova

e = accrescimento rimanente della profondità dell’impronta,lo spessore del pezzo da provare deve essere 8 (e)

(e) viene espressa in 1/500 di mm (2 µm)

HRC 100 - e

HRB 130 - e

RockwellRockwellLa prova Rockwell e' la piu' semplice e

rapida ma anche la meno precisa ed affidabile.

Esiste la possibilita’ di eseguire test di durezza superficiale utilizzando sugli stessi penetratori un precarico di 3 kg e un carico di 15, 30 o 45 kg un numero, rappresentante il carico, seguito da una lettera in base al tipo di penetratore

Nei test durezza più diffusi si usano il cono o la sfera con un precarico di 10 kg e carichi variabili da 60 a 150 kg; ogni possibile combinazione viene indicata con delle lettere dalla A alla K.

Durezza Brinell (HB)Durezza Brinell (HB)In questa prova viene usato come penetratore una sfera

deldiametro di 10 mm di acciaio temprato o di lega dura sinterizzata (tipo Widia) , la quale viene pressata sulla

superficie del provino per un tempo standard (da 10 a 30 secondi) e

sotto un carico costante fissato, variabile tra 500 e 3000 Kg Questa prova richiede inoltre l’uso di provini con

superfici lucide e piatte.

Spessore del Spessore del pezzo in [mm]pezzo in [mm]

<<11

11÷÷33

33÷÷66

>6>6

Diametro Diametro della della Sfera in [mm]Sfera in [mm]

11 2,2,55

55 1010

Durezza Brinell (HB)Durezza Brinell (HB)Si definisce durezza Brinnell (HB) il rapporto tra il valore del carico F (N) applicato e la superficie A (mm²) dell’impronta ottenuta e viene calcolata con la seguente equazione:

Superficie della calotta sferica A = π D h

Il diametro (d) si ricava per mezzo di un microscopio o di una lente d’ingrandimento (dotati di

scala graduata)

Rapporto d/D = 0.25-0.50Rapporto d/D = 0.25-0.50

Durezza Brinell (HB)Durezza Brinell (HB)L’impronta non deve:

• raggiungere la superficie opposta del provino (lo spessore minimo deve essere almeno otto volte la profondità dell’impronta)

• essere troppo vicina al suo bordo o ad un’impronta precedente

Durezza Brinell (HB)Durezza Brinell (HB)La prova normale richiede una sfera con diametro 10 mm.

Esistono però anche sfere di diametro 1, 2, o 5 mm per prove particolari; allora, in condizioni di test diverse dalle standard, i risultati vengono indicati facendo seguire al simbolo HB un indice che specifichi nell’ordine: • il diametro della sfera in mm; • il carico in kg; • la permanenza del carico in secondi. 450 HB2/120/20

Durezza Brinell (HB)Durezza Brinell (HB)

Limiti di tale prova sono le seguenti:

- nel caso di materiali molto duri ci può essere una deformazione della sfera

- se l’impronta e’ larga la sfera può agire da innesco per rotture- utilizzata per materiali fortemente eterogenei quali le ghise grigie.

Durezza Brinell (HB) Durezza Brinell (HB) Fasi di esecuzione della provaFasi di esecuzione della prova

1.1. Preparazione della superficie del pezzoPreparazione della superficie del pezzo

2.2. Posizionamento del pezzo sul piattello mobilePosizionamento del pezzo sul piattello mobile

3.3. Accostamento del pezzo al penetratoreAccostamento del pezzo al penetratore

4.4. Predisposizione del carico (F) da applicarePredisposizione del carico (F) da applicare

5.5. Applicazione graduale del caricoApplicazione graduale del carico

6.6. Misura del tempo di applicazione del caricoMisura del tempo di applicazione del carico

7.7. Rimozione del caricoRimozione del carico

8.8. Misurazione del diametro dell’impronta (d)Misurazione del diametro dell’impronta (d)

9.9. Calcolo del valore di durezza HBCalcolo del valore di durezza HB

Durezza Vickers (HV)Durezza Vickers (HV)

La prova di durezza col metodo Vickers consiste ne far penetrare nel materiale in esame un diamante avente forma di piramide retta a base quadrata con angolo al vertice di 136° premuta con una forza F di 294 N per un tempo variabile da 10 a 15 secondi.

Durezza Vickers (HV)Durezza Vickers (HV)

Si definisce durezza Vickers (HV) il rapporto tra il carico di prova F (N) e l’area della superficie S(mm²) dell’impronta moltiplicato per il fattore di conversione (0.102), per ottenere un valore privo di unità di misura

Area superficie impronta in funzione della diagonale (d)

S=0,539 *d2 Fattore di conversione

1 N = 0.102 Kgƒ

in quanto sostituisce la precedente relazione in cui F era espressa in KG

HV = 0.102 · F/S

La diagonale (d) si ricava per mezzo di un microscopio o di una lente d’ingrandimento

(dotati di scala graduata)

Durezza Vickers (HV)Durezza Vickers (HV)

La prova richiede in condizioni standard F = 294 N una permanenza di 10 -15 secondi;

In condizioni di test diverse i risultati vengono indicati facendo seguire al simbolo HV un indice

che specifichi nell’ordine:• il carico impiegato

• la durata di permanenza

Carico applicato 100 kg=981N

Tempo d’applicazione 20 s

640 HV100/20

Durezza Vickers (HV)Durezza Vickers (HV) Fasi di esecuzione della provaFasi di esecuzione della prova

• Si sceglie il carico da applicare ( da 5 a 100kg) generalmente pari a 294N (30 kg ) • Applico il carico per 10÷15 s• Misuro l’impronta (diagonale d)• Determino la superficie dell’impronta• Ricavo la durezza HV

Il carico F deve raggiungere il suo valore massimo entro 10-15 secondi e permanere per un tempo uguale.

• spessore minimo del pezzo

1,5 volte la diagonale dell’impronta

• per materiali molto duri

Durezza Vickers (HV)Durezza Vickers (HV)E’ un perfezionamento del metodo Brinnel risulta

essere:la più versatile, precisa, non distruttivaE’ valida in un intervallo di durezze illimitato e si

presta anche per le misure di microdurezza con carichi da

1 a 1000 g

impronte di microdurezza Vickers su un microcomponente misto acciaio-alluminio

Durezza Knoop (HK)Durezza Knoop (HK)Il principio di funzionamento di questa prova e’ lo stesso di quella

Vickers eccetto per il fatto che qui viene usata una piramide di diamante a

base rombica con un rapporto tra le diagonali 7 a 1.

Si utilizza per matriali molto fragili, molto sottili o induriti superficialmente.

I carichi applicati sono piccoli, tra 25 e 3600g, e per questo viene utilizzata per prove di microdurezza.

L’impronta lasciata, di profondita’ , sara’ un rombo allungato di diagonale maggiore e minore

La durezza si ricavera’ dopo aver misurato la diagonale maggiore

Durezza ShoreDurezza ShoreProve di rimbalzoProve di rimbalzo

Procedimento dinamico di misurazione della durezza in cui un oggetto di massa e dimensioni definite e' fatto cadere o proiettato sulla superficie da provare misurandone il rimbalzo. Le superfici più dure sono meno plastiche e fanno rimbalzare maggiormente ogni oggetto che le urti.

Durezza ShoreDurezza Shore Il metodo Shore permette una valutazione della

durezza delle gomme misurando l’altezza di rimbalzo di un corpo cilindrico, munito alla sua estremità di una punta di diamante arrotondata, che viene fatto cadere sulla superficie in esame da una altezza di 10 pollici.L’altezza di rimbalzo viene letta su una scala suddivisa in 100 parti, le cui unità corrispondono ai valori della durezza Shore. Semplicità e rapidità della misura

- Di norma i durometri Shore sono portatili. - Scala A gomme morbide - Scala D gomme dure

Proiettore di profili Proiettore di profili

È un apparecchio ad È un apparecchio ad amplificazione ottica : amplificazione ottica :

permette di ottenere permette di ottenere sullo schermo sullo schermo l’immagine ingrandita l’immagine ingrandita del pezzo in esame del pezzo in esame

con la possibilità di con la possibilità di eseguire misurazioni eseguire misurazioni

Ingrandimenti fino a 100Ingrandimenti fino a 100

Relazione tra durezza e resistenza Relazione tra durezza e resistenza meccanicameccanica