SPERIMENTANDO 2011 RELAZIONE CHI E IL PIÙ DURO I.S.I.S.S. GIUSEPPE VERDI di VALDOBBIADENE (TV) Area scientifica individuata: fisica-meccanica GRUPPO DI LAVORO: Classi: Studenti: 4^A ITIS Alessandro Adami, Amedeo Bortolini, Simone Codemo, Doriano Colomberotto, Nicola Costa, Marino Dall'Omo, Paolo De Paris, Andrea Fornasier, Alessandro Gallina, Filippo Giacomel, Carmelo Mastrogiacomo, Michael Meneghello, Michele Mondin, Matteo Precoma, Serghei Tudos. Docente referente: Paolo Forin Docente ITP: Carmelo Leone
INDICE: 1. PREMESSA...3 2. STUDIO DEI PRINCIPI FISICI...3 I TRATTAMENTI TERMICI...3 LE PROVE DI DUREZZA...3 3. DAL PROGETTO AL PRODOTTO...5 FASE PROGETTUALE...5 FASE ESECUTIVA...5 TAVOLE GRAFICHE...5 MATERIALI UTILIZZATI...5 4. DESCRIZIONE DELL ESPERIMENTO...5 5. RISULTATI FINALI...5 6. CONCLUSIONI...5 RINGRAZIAMENTI...5 BIBLIOGRAFIA...5 ISTRUZIONI D USO E AVVERTENZE DI SICUREZZA...ERRORE. IL SEGNALIBRO NON È DEFINITO. Classi 1^A ITIS e 1^B ITIS Pagina 2 di 8
1. Premessa Il percorso di studio del 3 anno ITIS comprende lo studio della durezza dei materiali e le prove per verificarla. Lo scopo delle prove di durezza è quello di ottenere un indice convenzionale dal quale trarre informazioni sulla qualità e sulle proprietà del materiale, la sua composizione, il suo stato di fornitura, la natura e le caratteristiche meccaniche della superfici. Esistono diverse prove per determinarla: Vickers, Brinell e Rockwell. La nostra esperienza con lo scopo di verificare il comportamento dei diversi materiali nelle prove di durezza ha riguardato le prove Brinell e Rockwell su 4 provini in materiale C35-C45 temprati e non. 2. Studio dei principi fisici I trattamenti termici I trattamenti termici... Le prove di durezza LA PROVA DI DUREZZA BRINELL Consiste nel premere una sfera di acciaio con diametro D, sulla superficie del pezzo (o della provetta) con un carico di prova F, per un prestabilito intervallo di tempo. Si definisce durezza Brinell HB il rapporto fra il valore del carico F, espresso in newton, e l'area di superficie S della calotta d'impronta rilevata a carico tolto (impronta elastica) espressa in millimetri quadrati. HB = F/S L'equazione indicata ha un limite di accettabilità, in quanto i valori di durezza da lei dedotti, dipendono dalla relazione fra il carico F e il diametro D della sfera. In definitiva si può dire che non esiste un paragone di risultati ottenuti con prove di durezza Brinell, nelle quali il rapporto F/D è differente. La paragonabilita' e l'accettabilità' sono soddisfatte solo quando l angolo beta è costante. Teoricamente il valore normale di questa costante è stato ritenuto uguale a: d/d = 0.375 Classi 1^A ITIS e 1^B ITIS Pagina 3 di 8
Si definisce allora prova ideale quella eseguita in grado di soddisfare tale relazione. In pratica questo valore non è rigido, ma si tollerano delle piccole variazioni. L'esperienza ha insegnato che la possibilità di confronto è possibile quando il rapporto tra il diametro D della sfera e il diametro d dell'impronta è compresa tra 0,25 e 0,5 LA PROVA DI DUREZZA ROCKWELL La durezza Rockwell è designata con il simbolo HR preceduto dal valore di durezza e completato da una lettera che indica la scala. Fase del procedimento di prova Fase a: Fase b: Fase c: Fase d: il penetratore conico viene portato in posizione perpendicolare alla superficie da provare e a contatto con questa. sul penetratore si applica, senza urti e vibrazioni,il carico iniziale F0 e si sistema il dispositivo di misura nella sua posizione di riferimento. si aggiunge progressivamente a F0 il sovraccarico F1 in modo da raggiungere,in un tempo variabile da 2 a 8 s,il carico totale F. trascorso un tempo uguale a 4 s ± 2 s dall applicazione del sovraccarico F1 questo si toglie in modo da riportare il carico al suo valore iniziale F0. In tal modo si esclude la deformazione elastica e resta l incremento residuo della profondità di penetrazione,b che deve essere musurato con la tolleranza di ±0,001 mm(equivalente a ± 0,5 unità Rockwell).Il penetratore sferico è forzato con le ste4sse norme del penetratore conico. Le durezze Rockwell HRB, HRE, HRF, HRG, HRH E HRK sono espresse dall equazione sotto riportata: HR=130-h/0,002 LA PROVA DI DUREZZA VICKERS Consiste nel premere con una forza F un penetratore di diamante a forma di piramide retta a base quadrata con un angolo tra le facce opposte al vertice di 136, contro la superficie del pezzo in pr ova e nel calcolare la media aritmetica d delle diagonali dell'impronta lasciata sulla superficie dopo la rimozione del penetratore. Il carico di prova è applicato in un tempo compreso tra 2 e 8 s. ed è mantenuto per un tempo compreso tra 10 e 15 s. La distanza tra il centro di una 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. Classi 1^A ITIS e 1^B ITIS Pagina 4 di 8
- 3 volte la lunghezza media della diagonale nel caso di metalli leggeri, piombo, stagno e loro leghe. La distanza tra i centri di due impronte adiacenti deve essere pari ad almeno: - 3 volte la lunghezza media delle diagonali in caso di acciaio, rame e leghe di rame - 6 volte la lunghezza media delle diagonali nel caso di metalli leggeri, piombo, stagno e loro leghe. Se due impronte hanno dimensioni differenti, la distanza tra loro è calcolata sulla lunghezza media della diagonale relativa all impronta maggiore. Dopo la rimozione della forza F e dopo aver misurato le diagonali dell impronta lasciata sulla superficie dal penetratore piramidale, si produce al calcolo della durezza Vickers del materiale in esame utilizzando la seguente formula: HV= 0.1891* F/d^2 Dove sono noti F e d, media aritmetica tra le diagonali dell impronta. 3. Dal progetto al prodotto Fase progettuale Disegno dei provini unificati al CAD, foglio di lavoro. Fase esecutiva Realizzazione dei provini al tornio. Trattamenti di tempra. Tavole grafiche - tavole grafiche - Materiali utilizzati Macchina di prova: durometro Penetratore: di diversa forma, materiale e dimensione in base alla prova da eseguire 1. >790 HV se acciaio temprato Classi 1^A ITIS e 1^B ITIS Pagina 5 di 8
2. >1500 HV se acciaio duro (HV = punti di durezza Vickers ) Dispositivo di misura: microscopio (vedi figura) o altro verificati con gli errori massimi ammessi nei vari campi di misura, esempio: 1. da 0.25 a 0.6 mm Emax=0.0025 mm 2. da 0.6 a 1.2 mm Emax=0.005 mm Provino: lo spessore minimo del pezzo da provare deve essere almeno 8 volte la profondità dell'impronta.2 cilindri di ferro C35 avz (con 0,35% di carbonio ad alta velocità di taglio) di Ø60 mm per una lunghezza di 75 mm; 4. Descrizione dell esperimento L attrezzatura fornita servirà a rilevare la durezza di 4 provini da noi realizzati con 2 diversi tipi di acciaio il C35 ed il C45 con e senza il trattamento termico di tempra. Lo scopo della prova è quello di verificare, per diversi materiali, l influenza del trattamento termico sulla durezza del provino, cioè sulla sua resistenza alla penetrazione. Per osservare il fenomeno procedi così: - posiziona il provino in modo stabile; - prendete il durometro portatile e posizionate la punta contro la superficie del provino; - premi con forza il durometro contro il provino; - rileva il valore di durezza nel display del durometro; - cambia provino ed esegui nuovamente la prova. Cosa hai osservato? - quali sono le principali differenze di durezza dei provini? il processo di tempra influisce nella durezza dei provini e in che modo?... 5. Risultati finali I dati rilevati nelle 2 prove di durezza sono stati: Prova di durezza Brinell Materiale Rilevamento 1 Rilevamento 2 Rilevamento 3 C35 26,7 26,3 26,8 C45 49,6 50,7 49,0 C35 temprato 74,6 76,1 76,0 C45 temprato 88,3 88,5 88,3 Prova di durezza Rockwell Materiale Rilevamento 1 Rilevamento 2 Rilevamento 3 C35 41,2 42,0 43,0 C45 61,0 61,0 60,8 C35 temprato 78,4 76,5 80,5 C45 temprato 90,7 91,0 90,2 Classi 1^A ITIS e 1^B ITIS Pagina 6 di 8
6. Conclusioni Dai dati rilevati si è constatato che i materiali temprati hanno una resistenza alla penetrazione più elevata rispetto al materiale non temprato. Classi 1^A ITIS e 1^B ITIS Pagina 7 di 8
Ringraziamenti Rivolgiamo un ringraziamento ai professori, ai tecnici e a tutto il personale scolastico che ci ha sostenuto e ha collaborato al progetto e che si è adoperato per metterci a disposizione, nei tempi richiesti, le attrezzature e i materiali necessari ai fini della realizzazione del nostro lavoro. Bibliografia C. Pidatella, M. Poggi Corso di meccanica razionale Zanichelli G. Cornetti Unità di Macchine il capitello L. Caligaris, S. Fava, C. Tomasello Manuale di meccanica - HOEPLI Classi 1^A ITIS e 1^B ITIS Pagina 8 di 8