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1 DUREZZA La durezza per quanto riguarda le prove sui materiali è una prova non distruttiva. E la proprietà che hanno i materiali di resistere alla penetrazione di un corpo di materiale duro, in ogni caso più duro del materiale in esame. Le prove di durezza sono molto in uso perchè hanno diversi vantaggi: 1)non richiedono provette, potendosi eseguire direttamente sul pezzo in esame; 2)non distruggono né alterano l organo sottoposto alla prova ;

2 3) forniscono indici di confronto per un giudizio sulla qualità dei materiali; 4)consentono di stabilire il grado di lavorazione alle macchine utensili di un pezzo; 5)consentono di valutare, con buona approssimazione, la resistenza a trazione degli acciai.

3 Prove di durezza Gli apparecchi per l esecuzione della prova di durezza sono detti durometri. I valori della durezza vengono determinati secondo vari metodi, fra i quali sono più comunemente impiegati quelli Brinell, Vickers, Rockwell, Shore. Ogni metodo usa un diverso penetratore e un valore diverso del carico.

4 Tipi di prova Si deve sempre indicare il tipo di prova sul materiale in esame: HB - HBS - HBW (Brinell). HRC - HRB (Rockwell). HV (Vickers).

5 Prova di durezza Brinell (EN UNI ISO del febbraio 2006) Viene usata in prevalenza per materiali teneri, quali acciai dolci,ottoni, leghe leggere. La macchina per eseguire la prova di durezza, è dotata di un dispositivo che consente di regolare con precisione i carichi che agiscono sul penetratore a contatto con il pezzo.

6 Alcuni durometri vengono utilizzati per effettuare solo specifiche prove di durezza, con quelli universali, si possono effettuare le prove : Brinell, Rockwell,Vikers, infatti basta cambiare il penetratore per effettuare la prova.

7 Esecuzione della prova Brinell La prova consiste nel premere con una forza F (carico di prova) un penetratore di acciaio temprato o di metallo duro, a forma di sfera di diametro D, contro la superficie del pezzo in prova. Una volta rimosso il penetratore, sulla superficie del pezzo in prova compare un'impronta a forma di calotta sferica.

8 Si misurano i due diametri tra loro perpendicolari e se ne calcola la media aritmetica d: d= (d 1 +d 2 )/2

9 Penetratore Per la prova classica Brinell si possono utilizzare due tipi di penetratori a sfera del diametro di 10 mm. Sfera di acciaio temprato. La durezza in questo caso viene indicata con il simbolo HBS oppure HB. Sfera di metallo duro: (tungsteno). Nel secondo caso viene indicata con HBW. È pero consigliabile usare una sfera di carburo di wolframio come previsto dalla norma.

10 Impronta lasciata dal penetratore sferico sul materiale in prova

11 Carico di prova La prova Brinell classica per gli acciai prevede un carico di prova F di N oppure 3000 Kg. Tempo di applicazione del carico. Il carico di prova è applicato in un tempo compreso tra i 2 e gli 8 secondi. Quindi lo si mantiene per un tempo di 10/15 secondi.

12 Temperatura di prova. La prova si esegue a temperatura ambiente: entro i limiti di 10 / 35 gradi centigradi. Posizione delle impronte. La distanza tra il centro di un'impronta e il bordo del pezzo in prova deve essere di: 2,5 volte il diametro medio dell'impronta.

13 Posizione delle impronte

14 La distanza tra i centri di due impronte adiacenti deve essere almeno di: 3 volte il diametro medio dell'impronta. Spessore minimo del pezzo. Lo spessore minimo del pezzo deve essere almeno 8 volte la profondità media dell'impronta. Dimensioni del penetratore al variare dello spessore del pezzo: Spessore pezzo (mm) Ø sfera (mm) (D) < , > 6 10

15 Calcolo della durezza Brinell. Dopo aver calcolato la media aritmetica d dei due diametri tra loro perpendicolari misurati (con un rilevatore di profili) sull'impronta lasciata sulla superficie dopo la rimozione della forza F,si procede al calcolo della durezza Brinell del materiale in esame utilizzando la seguente formula:

16 (0,102*2*F) HBW= *D*(D-D 2 -d 2 ) Sono noti D=10 mm, F=29420 N e d perchè calcolato con la formula : d=(d 1 +d 2 )/2

17 Il simbolo HB o HBW designa sempre le condizioni normali di esecuzione della prova D=10 mm F = N in condizioni di prova diverse da quelle sopraindicate, il simbolo HB deve essere completato, nell'ordine dal diametro della sfera in mm, dal carico di prova, in Nx0,102,e dalla durata di permanenza del carico in secondi.

18 Ad esempio: HB 5/750/20 sta a significare : che la prova è stata eseguita con una sfera avente ø =5 mm, con un carico F=750 Kg(0,102X7250 N), applicato per 20 secondi.

19 Validità della prova La prova è valida solo se è verificata la seguente relazione: 0,24 < d/d < 0,6. Esempio: D=10 mm,f 3000 kgf una volta rilevati i due diametri tra di loro perpendicolari dell'impronta lasciata sulla superficie,in prova: d1=4,44 mm e d2=4,39 mm Media d =(4,44 mm+4,39mm)/2=4,415 mm. Controlliamo se la prova è valida: d/d = 4,415 mm /10 mm=0,4415 0,24 < 0,4415 < 0,6

20 Rilevazione dell'impronta Il diametro d dell'impronta si rileva per mezzo di un microscopio dotato di una scala graduata e misurando su ogni impronta due diametri disposti ortogonalmente e facendo la media fra le due letture. Per misure approssimate si può anche usare una lente di ingrandimento dotata di due linee di riferimento per traguardare l'impronta, e di una scala in mm.

21 Il fattore (0,102) è la conversione nel (Sistema internazionale). Cioè : 1N = 0,102 Kgf. (Si noti che il valore della durezza Brinell è un numero adimensionale.)

22 Durezza Vickers (HV) La norma che illustra la prova di durezza Vickers è la EN UNI ISO del febbraio del In essa troviamo le indicazioni per l'esecuzione. Della prova di durezza. Della prova di durezza con carico ridotto. Della prova di microdurezza.

23 Esecuzione della prova. La prova consiste nel premere con una forza F (carico di prova) un penetratore di diamante a forma di piramide retta a base quadrata contro la superficie del pezzo in prova, e nel calcolare la media aritmetica d delle diagonali dell'impronta lasciata sulla superficie dopo la rimozione del penetratore (si sottolinea che in questo caso d rappresenta la media aritmetica delle diagonali e non del diametro come per la prova Brinell.)

24 La durezza Vickers è data dal rapporto tra il carico di prova F(N) e l'area della superficie S dell'impronta (mm 2),moltiplicato per la costante (K) per ottenere un valore privo di unità di misura.

25 Penetratore Il penetratore a forma di piramide retta a base quadrata con un angolo tra le facce opposte al vertice di 136.

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27 Impronta Vickers

28 Carico di prova. La prova di durezza Vickers prevede uno dei carichi di prova in tabella,la relazione tra il simbolo della durezza e il valore nominale del carico di prova, ad esempio HV 30,è: 30Kg *9,80665 m/s 2 =294,2 N

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30 Tempo di applicazione del carico Il carico in prova è applicato in un tempo compreso tra 2 e 8 secondi, ed è mantenuto per un tempo compreso tra 10 e 15 secondi.

31 Posizione delle impronte La distanza tra il centro di qualsiasi impronta e il bordo del pezzo deve essere pari ad almeno : 2,5 volte la lunghezza media della diagonale nel caso di acciaio, rame e leghe di rame; 3 volte la lunghezza media della diagonale dell'impronta nel caso di piombo,stagno e loro leghe.

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33 La distanza tra i centri di due impronte adiacenti deve essere pari ad almeno: 3 volte la lunghezza media della diagonale dell'impronta nel caso di acciaio,rame e leghe di rame; 6 volte la lunghezza media della diagonale dell'impronta nel caso di piombo,stagno e loro leghe.

34 Spessore minimo del pezzo Lo spessore del pezzo in prova deve essere almeno 1,5 volte la diagonale dell'impronta. Dopo la prova nessuna deformazione deve essere visibile sulla faccia opposta a quella di prova.

35 Calcolo della durezza Vickers Dopo la rimozione della forza F e dopo aver misurato le diagonali dell'impronta lasciata sulla superficie dal penetratore piramidale, si procede al calcolo della durezza Vickers del materiale in esame, HV= K*(F/S).

36 Poiché la superficie laterale (S) di una piramide a base quadrata di lato (L), con un angolo al vertice di 136, espressa in funzione della diagonale (d) è data da S = 0,539* (d 2 N/mm 2 ) la durezza Vickers si può esprimere come: HV = 0,102*(F/0,539*d 2 ). Il valore reale della diagonale d va calcolato facendo la media aritmetica tra le due diagonali rilevate con un microscopio ottico di precisione.

37 Se la prova è effettuata con parametri diversi il simbolo HV sarà accompagnato da due pedici che esprimono il carico (espresso in Kg, variabile da 1 a 120) e il tempo. Esempio. 640 HV 100/20 indica una durezza 640 HV ottenuta applicando un carico di 982 N per un tempo di 20 secondi.

38 Durezza Rockwell La prova di più immediata esecuzione per misurare la durezza dei materiali metallici è sicuramente quella Rockwell. Normativa corrente. La norma che regolamenta la prova di durezza Rockwell è la UNI ISO del febbraio 2006.

39 Esecuzione della prova La misura è eseguita portando il penetratore a leggero contatto con la superficie da provare, in posizione perpendicolare a questa. Si applica quindi in modo automatico un precarico di 98,07 N (10 kgf) azzerando lo strumento indicatore di profondità,tramite la manopola che si trova sul frontalino della macchina;

40 A questo punto si applica Progressivamente e con continuità il carico addizionale che, con il penetratore a cono, è di 1373 N (140 kgf), mentre con quella a sfera è di 882,6 N (90 kgf). Trascorsi 30 secondi si rimuove il carico addizionale mantenendo però il precarico, e sul quadrante della macchina si legge direttamente il valore della durezza HRB o HRC.

41 Penetratore Esistono due penetratori unificati : 1) Il penetratore a cono di diamante con angolo al vertice di 120 ; 2) Il penetratore a sfera di acciaio temprato avente diametro di 1/16 di pollice 1,5875mm).

42 Carico di prova Si applica prima un precarico F 0 = 98,07 N = 10kgf. Questo per permettere al penetratore di escludere la deformazione elastica Successivamente si applica con continuitá il carico addizionale che, con il penetratore a cono,è F 0 = 1373 N = 140 kgf; Ft =1470 N; Mentre per quello a sfera è : F 1 = 882,6 N =90 kgf; Ft= 980 N;

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44 Tempo di applicazione del carico Il tempo di applicazione del carico di 1373 N deve essere compreso tra 1 e 8 secondi. Dopo aver lasciato trascorrere altri 30 secondi si rimuove il carico, sempre in modo automatico, mantenendo però inserito il precarico.

45 Posizione delle impronte La distanza tra il centro di una impronta ed il bordo del pezzo in prova, o fra i centri di due impronte vicine, non deve essere Minore di 5 mm.

46 Spessore minimo del pezzo Lo spessore (S) del pezzo o dello strato superficiale in prova deve essere almeno pari a: 1) 0,6 S 1,6 mm rispettivamente per durezze HRC se si usa il penetratore conico. 2) 0,9 S 3,3 mm rispettivamente per durezze HRB se si usa il penetratore sferico.

47 Validitá della prova Il penetratore a di diamante si utilizza per materiali aventi durezza > 200 HB. Il penetratore a sfera di acciaio duro si utilizza per materiali con durezza < 200HB

48 Calcolo della durezza Rockwell. I parametri della prova cambiano a secondo del penetratore utilizzato e il valore della durezzá sará espresso,in modo convenzionale, in funzione della profonditá di penetrazione con le seguenti formule: HRB =130- e per prove con penetratore sferico. HRC =100- e per prove con penetratore conico.

49 Dove (e) rappresenta, in unitá Rockwell (una unita Rockwell è uguale a 0,002 mm) la profonditá residua dell impronta, cioè la profonditá misurata dopo aver tolto il carico per eliminare la deformazione elastica. Infine si legge sul quadrante del durometro il valore della durezza o la profonditá residua (e) in unita Rockwell. La lettura di (e) consente di calcolare la durezza con le formule riportate.

50 L espressione della durezza Rockwell è convenzionale e rappresenta con i loro valori massimi (per e =0 si ha rispettivamente, HRB=130 e HRC=100) la durezza attribuita al diamante.

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52 Adesso andiamo a calcolare il valore della durezza HRC oppure HRB applicando. HRC= 100-(h/e) HRB= 130-(h/e) Quindi calcoliamo HRC=100-(0,074/0,002)

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