PROVA DI DUREZZA Prova di durezza Brinell Prova di durezza Vickers Considerazioni teoriche  Scelta del carico e della sfera Condotta della prova Condizioni di validità prova Designazione Vantaggi e Svantaggi Prova di durezza Vickers 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 PROVA DI DUREZZA Comparazione BRINNEL 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- D2−d2 )

Prova Brinell scelta del carico e della sfera K dipende dal materiale  Materiali ferrosi K=30  Leghe di alluminio  K=5 Leghe di stagno e piombo K=1 Legge di similitudine meccanica D si sceglie in base allo spessore ( è consigliata la sfera da 10 mm) 𝐹= 1 0,102 ∙𝐾∙ 𝐷 2 [𝑁] s (mm) D (mm) F (kgf) >6 10 3000 376 5 750 <3 2.5 187.5 0,102 rappresenta il solito fattore di conversione 1 N = 0,102 Kgf. Tabella riferita a Materiali ferrosi

Prova Brinell condotta della prova Fase 1: taratura della macchina (S.P.V.) attraverso provino con durezza HB definita Quadrante Kgf Fase 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 F Pompa a mano Pesi oculare graduato decimale Fase 3: misurazione dell’impronta d attraverso un proettore per profile o un oculare graduato decimale Penetratore a sfera Fase 4: verifichiamo l’attendiblilità della prova attraverso le codizioni di validità. Incudine Fase 5: calcolo della durrezza . Volantino avite girevole DUROMERTO S.P. V.

Prova Brinell condizione di validità prova 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 < 𝑆 8 Superficie liscia e piana

Prova Brinell designazione 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). Esempio 600 HBW 1/30/20 Valore della durezza Brinell (kgf/mm2, ma non si indica) HBW Simbolo della durezza Brinell 1/ Diametro della sfera in mm 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 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) 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 Quadrante Leva applicazione carico Fase 2: scelta del carico compresa ta 49 e 980 N (5 e 100 kgf) per gli acciai 30 kgf carico F 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 Piramide Base Quadrata Fase 3: misurazione della diagonale dell’impronta d attraverso un microscopio collegato uno schermo Commutatore di carichi Fase 4: verifichiamo l’attendiblilità della prova attraverso le codizioni di validità. Volantino avite girevole Fase 5: calcolo della durrezza . DUROMERTO GALILEO

Prova Vickers condizione di validità prova 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 designazione 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). Esempio 350 HV 10/20 350 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 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). 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 definita Fase 2: scelta del carico attraverso il commutatore 100 kgf (Ft) per HRB e 150 kgf (Ft) per HBC 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 ( 𝐹 0 ). Fase 3: applicazione del carico addizionale 𝐹 1 mediante una leva, mantenimento di 30 s e successive rilascio del carico 𝐹 1 Fase 5: lettura del valore HRC o HRB. DUROMERTO GALILEO

Prova Rockwell condizione di validità prova 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 designazione La durezza Rockwell è indicata con le lettere seguite da una lettera che indica la scala (HRB , HRC) Esempio 60 RHC 60 Valore della durezza HC Simbolo della durezza Rockwell C

Prova Rockwell Vantaggi e Svantaggi 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 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 𝐹= 1 0,102 ∙Κ∙ 𝐷 2 D=in base spessore K= dipende dal materiale T Applicazione Carico 2-10 s T Mantenimento Carico 10-15 s TOTALE 12-25 s VICKERS HV Piramide Base Quadrata Diamante - F= 30 Kg ≈ 294,2 N ROCKWELL B HRB 𝐹 0 =98N 𝐹 𝑡 = 𝐹 0 + 𝐹 1 =980 N ≈ 100 Kg 𝐹 1 =carico addizionale T Raggingimento ( 𝐹 𝑡 ) 5-10 s T Permanenza ( 𝐹 𝑡 ) 30s TOTALE 40 s ROCKWELL C HRC Cono = 1470 N ≈ 150 Kg

Metodo Calclo durezza Designazione Esempi Impronta BRINNEL VICKERS HB=2∙0,102xF/π∙D∙(D- D2−d2 ) F= carico [N] D = diam. Penetratore [mm] d = diam. impronta Costante= 0,102[mm2/N] 150 HB 5/29400/20   150valore durezza adimensionale 10D sfera 29400 forza F 20 tempo di esercizio VICKERS HV=0.1891xF/d2 d = diagonale impronta [mm] 350 HV 10/20 10 forza F ROCKWELL B HRB=130-℮ ℮profondità residua dell’impronta 70 HRB 70valore durezza adimensionale ROCKWELL C HRC=100-℮ 20 HRC 20valore durezza adimensionale 0,24<d<0,6 h< 𝑆 8 S= 1,5 x d Mat.<200 HB Mat. >200 HB

CONSIDERAZIONI BRINNEL – ROCKWELL – VICKERS • 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.

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 RISULTATI DELLE PROVE Materiale Durezza Brinell Durezza Vickers Durezza Rockwell Alluminio 126 HBS/250/1 5 114 HV 69 HRB Ottone 153 155 77 Acciaio C15 144 HBS/750/15 145 75 Acciaio C45 203 191 90 Ghisa G30 178 ÷ 192 89 Acciaio superrrapido ---------------- --------------- 741 60 HRC