LA PROVA DI COMPRESSIONE La prova di compressione viene eseguita comprimendo un provino di forma cilindrica fra due superfici piane e parallele. In molte lavorazioni per deformazione plastica (stampaggio, laminazione, estrusione), la deformazione si ottiene principalmente tramite un azione di compressione esercitata sul pezzo da deformare. La prova di compressione riproduce uno stato di tensione paragonabile a quello impresso al pezzo durante le lavorazioni predette ed è perciò indicativa ai fini del comportamento del materiale. ε = ln (h o /h) = ln (A/A 0 )
Tecnologia meccanica parte A prof. Luigi Carrino LA PROVA DI COMPRESSIONE Sono in genere prove molto complicate dal fatto che tra provino e i piatti della macchina l attrito crea tensioni tangenziali che introducono uno stato di tensione tridimensionale (creando anche il fenomeno di imbarilimento o barelling). Il valore in modulo della tensione di snervamento a trazione ed a compressione per i metalli è simile (simmetria rispetto allo snervamento).
LA PROVA DI COMPRESSIONE µ 0 ε = ln (h o /h) = ln (A/A 0 ) A = A 0 e ε = π r o e ε σ = P/A = (P e- ε )/( π r o ). ε= dε/dt = dh/(h dt) = v/h v = velocità di spostamento della traversa
LA PROVA DI COMPRESSIONE Solo i materiali fragili e quelli poco duttili si rompono a compressione. I materiali duttili si deformano vistosamente ma non si rompono.
Curve di flusso plastico ottenute da prove di compressione su acciai e leghe leggere a temperatura ambiente ed a basse velocità di deformazione.
LA PROVA DI DUREZZA La durezza indica la capacità di un materiale di scalfire, penetrare, deformare, rimbalzare oppure di resistere a tali azioni. Al contrario di altre grandezze (lunghezza, massa, ecc) la cui misura è indipendente dal procedimento scelto, per la determinazione della durezza è indispensabile precisare la modalità di prova eseguita. La prima scala di durezza che si è diffusa in ordine cronologico è quella MOHS: in essa sono indicati 10 livelli individuati da altrettanti materiali di riferimento (talco, gesso, calcite, apatite, fluorite, ortosio, quarzo, topazio, corindone e diamante) ognuno dei quali è capace di scalfire i precedenti e viene scalfito dai successivi. Poco usata in tecnologia.
Durezza
LA PROVA DI DUREZZA BRINELL (UNI EN ISO 6506:001) La prova di durezza Brinell si esegue applicando un carico sul provino, mediante un opportuno penetratore e misurando la superficie dell impronta lasciata sullo stesso. La durezza Brinell è proporzionale al rapporto tra il carico di prova diviso per l area dell impronta. HB F S Il penetratore deve avere una superficie rettificata e lucidata a specchio ed è una sfera di acciaio per materiali di durezza Brinell minore di 350 oppure di metallo duro per materiali aventi durezza Brinell fino a 650. Il penetratore può avere diametro pari a 1,,.5, 5 o 10mm. Quando lo spessore della provetta lo consente si utilizza preferenzialmente una sfera di 10mm, i diametri più piccoli si adoperano per spessori inferiori a 6mm.
LA PROVA DI DUREZZA BRINELL (UNI EN ISO 6506:001) Le condizioni normali di prova prevedono un carico F=9.4kN (3000kgf), tuttavia il carico va dimensionato a seconda del materiale testato e del diametro (espresso in millimetri) del penetratore secondo la seguente relazione: 1 F[ N] = k D 0.10 k Il carico viene applicato incrementandolo fino al raggiungimento del valore prescelto in un tempo variabile tra e 8 secondi, poi resta applicato sul provino per un tempo variabile tra 10 e 15 secondi. Trascorso tale tempo si elimina il carico e si visualizza la superficie del provino sulla quale sarà impressa tempo l impronta a forma di calotta sferica. - 8 s 10-15 s È possibile eseguire la prova in condizioni diverse da quelle nominali: in questo caso al simbolo HB sono aggiunti a pedice il diametro del penetratore utilizzato espresso in millimetri, il carico di prova applicato espresso in chilogrammi forza e la durata di applicazione del carico espresso in secondi (HB 5-7355-0 ). carico
LA PROVA DI DUREZZA BRINELL (UNI EN ISO 6506:001) 1) La prova si esegue facendo almeno tre impronte su una superficie levigata o quantomeno esente da difetti grossolani. ) Si rilevano col microscopio le misure dei diametri delle impronte (due diametri fra loro perpendicolari per ogni impronta e dei due diametri se ne calcola la media aritmetica). 3) Si verificano le condizioni di validità: a) La distanza tra i centri delle impronte e tra il centro delle impronte e il bordo del provino deve essere minimo quattro volte il diametro medio dell impronta. Qualora due impronte adiacenti hanno diametri diversi, la distanza deve essere rilevata considerando il diametro medio dell impronta più grande. b)il diametro medio di ogni impronta deve essere compreso tra 0,4 D e 0,6 D (0,4D<d<0,6D) c)lo spessore in millimetri del provino deve essere minimo otto volte la profondità dell impronta (s >8 h) 4) Se sono verificate le condizioni di validità si calcola la media aritmetica di tutti i diametri.
LA PROVA DI DUREZZA BRINELL (UNI EN ISO 6506:001) h D S = π Area della superficie della calotta sferica È possibile esprimere la profondità dell impronta h in funzione di D e d: D h d O B C A ( ) 1 d D D d D D OB OC BC h = = = = ( ) 1 d D D D S = π ( ) d D D D F S F HB = = π
LA PROVA DI DUREZZA BRINELL (UNI EN ISO 6506:001) DUROMETRO BRINELL
Correlazione tra durezza Brinell e tensione di flusso plastico per alluminio e acciai.
ANALISI MEYER Il diametro dell impronta nella durezza Brinell non varia in modo lineare con il variare del carico applicato ma: P = Resistenza del materiale alla penetrazione iniziale a d n' Misura dell effetto della deformazione sulla durezza del metallo Ricavando d da prove eseguite a diversi livelli di P è possibile ricavare stime dei parametri a ed n semplice valutazione della capacità di incrudimento del materiale. σ =Kε n Con n = n +
LA PROVA DI DUREZZA VICKERS (UNI EN ISO 6507-1:1999) Introdotta per le misure di durezza di materiali estremamente duri. Tale prova utilizza un penetratore di diamante a forma di piramide a base quadrata e carico di prova 1.9<F<980.7N. ca arico - 10 s 10-15 s tempo d/t = 7
LA PROVA DI DUREZZA VICKERS (UNI EN ISO 6507-1:1999) 1) Si esegue la prova facendo almeno tre impronte. ) Si rilevano col microscopio le misure delle diagonali di ognuna delle impronte e se ne calcola la media aritmetica. 3) Si verificano le condizioni di validità: a) La distanza tra i centri delle impronte e tra il centro delle impronte e il bordo del provino deve essere minimo quattro volte la diagonale media dell impronta. Qualora due impronte adiacenti hanno diagonali diverse, la distanza deve essere rilevata considerando la diagonale media dell impronta più grande b) Lo spessore in millimetri del provino deve essere minimo 1,5 volte la diagonale media dell impronta s >1,5 d 4) Se sono verificate le condizioni di validità si calcola la media aritmetica di tutte le diagonali. 5) Si calcola la superficie dell impronta media con la formula: S = 4 1 a h = 1 d sin 68 con d= media aritmetica delle diagonali misurate a= lato di base della piramide h= altezza delle facce della piramide N F F HV = 0.10 = 0. 1891 mm S d 6) Si calcola l indice di durezza Vickers con la formula:
DUROMETRO VICKERS
LA PROVA DI DUREZZA KNOOP (UNI EN ISO 4516:004) È una prova di microdurezza. È utilizzata per: Provini piccoli o sottili Materiali fragili Misure di durezza su singoli grani Il penetratore è un diamante a forma piramidale allungata con base a forma di rombo. d/d1 = 7,11 d/t = 8,4 HK = 14.F d
DUROMETRO KNOOP
LA PROVA DI DUREZZA ROCKWELL (UNI EN ISO 6508-1:00) Per superare l inconveniente di misurare le dimensioni dell impronta mediante microscopio micrometrico (operazione lenta e faticosa), ha avuto grande diffusione la prova di durezza Rockwell.
LA PROVA DI DUREZZA ROCKWELL (UNI EN ISO 6508-1:00) Il procedimento prevede inizialmente l applicazione del penetratore contro la superficie del pezzo sotto un precarico dato e l azzeramento dello strumento indicatore, quindi l aggiunta del carico principale che produce l impronta ed infine la lettura della profondità permanente sotto l azione del solo precarico (in questo modo si tiene conto del ritorno elastico del materiale). Durezza Rockwell B (Il penetratore è una sfera di acciaio di diametro di 1.587mm=1/16 di pollice) Carico F - 8 s 4s Tempo HRB=130-h/0,00 dove h = b - a è la profondità dell impronta espressa in mm.
LA PROVA DI DUREZZA ROCKWELL (UNI EN ISO 6508-1:00) Durezza Rockwell C (Il penetratore è un cono di diamante con angolo di apertura 10 e raggio di curvatura in corrispondenza della punta di 0.mm). Carico F - 8 s 4s Tempo HRC=100-h/0,00 dove h = b - a è la profondità dell impronta espressa in mm.
LA PROVA DI DUREZZA ROCKWELL (UNI EN ISO 6508-1:00) Grazie all impiego di 5 penetratori si realizzano le 30 scale diverse riepilogate in tabella, capaci di coprire esigenze relative alla grande maggioranza di materiali impiegati nell industria. Nell eseguire la prova di durezza Rockwell bisogna fare in modo che lo spessore della provetta sia almeno pari a 10h per prove effettuate con il penetratore conico ed almeno 15h per prove con penetratore sferico. Inoltre la distanza tra i centri di due impronte adiacenti deve essere almeno mm e la distanza tra il centro dell impronta ed il bordo della provetta deve essere almeno uguale a 1mm.
DUROMETRO ROCKWELL
CONFRONTO TRA LE SCALE DI DUREZZA BRINELL ROCKWELL B ROCKWELL C
LA PROVA DI DUREZZA SHORE (UNI EN ISO 868) Questa è una prova di natura dinamica, consiste nel lasciar cadere da un altezza prestabilita un percussore di peso noto sul materiale in esame. La durezza viene rilevata in funzione dell altezza di risalita del percussore, più alto è il rimbalzo più duro è il materiale perché si deforma meno. Questa prova viene realizzata con una macchina detta scleroscopio costituita da un tubo di vetro graduato, all interno del quale cade da un altezza di 54 mm il percussore. Lo strumento utilizzato (scleroscopio Shore) è facilmente portatile e si presta bene su pezzi di grandi dimensioni su cui è difficile eseguire prove Vickers o Rockwell.
TABELLA RIEPILOGATIVA
LA DUREZZA Esistono nomogrammi e tabelle di conversione che permettono di passare da una scala di durezza ad un altra. Non esiste una corrispondenza esatta tra le scale a causa della differenza del principio fisico, del volume di materiale interessato e della modalità di prova.