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8/18/2019 Prove di durezza sui MAteriali Tecnologia dei materiali
1/15
www.r0x.it Forum degli Studenti di Ingegneria
dell
Università di Salerno
Gestito da
Associazione StudentIngegneria
Sede: Aula T25/1 089/96 4166
www.r0x.it www.studentingegneria.it
http://www.r0x.it/mailto:[email protected]://www.r0x.it/http://www.studentingegneria.it/http://www.studentingegneria.it/http://www.r0x.it/mailto:[email protected]://www.r0x.it/
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1
Tecnologie Generali dei
Materiali
Prove sui materiali metallici
giovedì 17 maggio 2007
T e c n o l o g i e g e n e r a l i d e i m a t e r i a l i
2
Caratteristiche dei materiali
• chimiche
– composizione, resistenza alla corrosione, …
• fisiche
– dimensioni, struttura, …
• meccaniche
– resistenza a trazione, a compressione, agli urti, …
• termiche
– conducibilità, coefficiente di dilatazione termica, …
• tecnologiche
– piegamento, temprabilità, colabilità, imbutibilità, ...
giovedì 17 maggio 2007
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3
Prove meccaniche
• Prove statiche – Durezza
• Brinell
• Vickers
• Microdurezza
• Rockwell
• Poldi
– Trazione
• Prove dinamiche – Resilienza
• Prove a fatica
giovedì 17 maggio 2007
T e c n o l o g i e g e n e r a l i d e i m a t e r i a l i
4
Prova di durezza
Con le prove di durezza si misura la resistenza
opposta da un materiale a lasciarsi penetrare da
un altro materiale detto penetratore
Geometria del penetratore, carico applicato,
modalità di applicazione del carico e misura
dell’impronta dipendono dal metodo di provaadottato.
giovedì 17 maggio 2007
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5
Prove di durezza
• Durezza Brinell
• Durezza Vickers
• Microdurezza
• Durezza Rockwell
• Durezza per confronto (Poldi)
giovedì 17 maggio 2007
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6
Prova di durezza Brinell
-
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2
giovedì 17 maggio 2007
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7
Durometro
giovedì 17 maggio 2007
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8
Durezza Brinell
UNI EN ISO 6506-1
• F carico applicato [N]
• S superficie dell’impronta [mm2]
• 0.102 costante
0.102 F Durezza BrinellS
= ⋅
giovedì 17 maggio 2007
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9
Scelta del penetratore
Penetratore
• Sfera in metallo duro
Diametri disponibili
• 1mm
• 2.5 mm
• 5 mm• 10 mm (spessore del provino > 6 mm)
giovedì 17 maggio 2007
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10
Scelta del carico
D
d
α
F
21
0.102F k D= ⋅ ⋅
giovedì 17 maggio 2007
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11
Valore della costante k
k = 30Leghe di titanio
k = 30Leghe di nichel
k = 30Acciai
k = 10Leghe di rame
k = 5Leghe di alluminio
k = 1Leghe di stagno e piombo
giovedì 17 maggio 2007
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Esecuzione della prova
2 - 8 s 10 - 15 s Tempo
C a r i c o
d
h
D
FF
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3
giovedì 17 maggio 2007
T e c n o l o g i e g e n e r a l i d e i m a t e r i a l i
13
Calcolo della durezza
A
O
d
hC
B
S D hπ = ⋅ ⋅
h OC OB= −
2 2OB AO AB= −
2 2
2 2
D d ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= −⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
2 21
2 D d = −
2 21
2 2
Dh D d = − − ( )2 21
2 D D d = ⋅ − −
2
DOB= −
giovedì 17 maggio 2007
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14
( )2 22
0.102 F
Durezza Brinell D D D d π
⋅= ⋅
⋅ ⋅ − −
0.102 F
Durezza BrinellS
= ⋅
S D hπ = ⋅ ⋅
( )2 212
h D D d = ⋅ − −
( )2 2
1
2 D D D d π = ⋅ ⋅ ⋅ − − =
( )2 212
D D D d π = ⋅ ⋅ ⋅ − −
giovedì 17 maggio 2007
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15
• La durezza Brinell è designata
– HBW – HB (vecchia designazione)
0.24 0.6 D d D≤ ≤
8s h≥ ⋅
Prescrizione delle norme
giovedì 17 maggio 2007
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16
Simbologia della prova di durezza
Il simbolo HBW è preceduto dal valore della
durezza e seguito da:
• valore del diametro del penetratore [mm]
• carico di prova [kgf]
• durata della prova se differisce da quella standard [s]
giovedì 17 maggio 2007
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17
Esempio
350 HBW 5/750/20
• valore della durezza 350
• diametro del penetratore 5 mm
• carico di prova 7.355 kN
• tempo di prova 20 s
giovedì 17 maggio 2007
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Durezza Vickers
UNI EN ISO 6507-1
• F carico applicato [N]
• S superficie dell’impronta [mm2]
• 0.102 costante
ker 0.102 F
Durezza Vic sS
= ⋅
-
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Prova di durezza Vickers
giovedì 17 maggio 2007
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20
Esecuzione della prova
d
F
F può variare da un minimo di 1.961 N ad un massimo di 980.7 N
La modalità di applicazione del carico è simile a quella usata
per la prova Brinell
giovedì 17 maggio 2007
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21
Penetratore
• Piramide a base quadrata di diamante
• Angolo a vertice 136°
136°
giovedì 17 maggio 2007
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Simulazione della prova
giovedì 17 maggio 2007
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23
Calcolo della superficie
dell’improntaa
h
d
14
2S a h= ⋅ ⋅ ⋅
2
2
d a
⋅=
giovedì 17 maggio 2007
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24
a
h
dB
C
AA
C
68°
a/2
h
B
1 asin 68°= ·
2 h
a 1h= ·
2 sin 68°⇒ ⇒
2
2
d a
⋅=
1 d 2 1h= ·
2 2 sin 68°
⋅⋅
d 2=
4 sin 68°
⋅
⋅
-
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giovedì 17 maggio 2007
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25
2
2
d a
⋅=
d 2h=
4 sin 68°
⋅
⋅
14
2S a h= ⋅ ⋅ ⋅
1 2 24
2 2 4 sin 68
d d ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅
⋅ °
21
2 sin 68
d S = ⋅
°
⇒
giovedì 17 maggio 2007
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26
Durezza Vickers
ker 0.102
F
DurezzaVic s S = ⋅
2
2 sin 680.102 HV F
d
⋅ °= ⋅ ⋅
20.1891
F
d = ⋅
•F carico applicato [N]
•S superficie dell’impronta [mm2]
giovedì 17 maggio 2007
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• La durezza Vickers è designata
– HV
1.5s d ≥ ⋅
Prescrizione della norma
giovedì 17 maggio 2007
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28
Simbologia della prova di durezza
Il simbolo HV è preceduto dal valore della durezza
e seguito da:
• carico di prova [kgf]
• durata della prova se differisce da quella standard [s]
giovedì 17 maggio 2007
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29
Esempio
350 HV 10/20
• valore della durezza 350
• carico di prova 98.07 N
• tempo di prova 20 s
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30
Prova di microdurezza
• Carichi molto piccoli (0.1÷1.961 N)
• Provini lucidati ed attaccati
D u r e z z a H V
Carico
-
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Prova di durezza Rockwell
UNI EN ISO 6508-1
PRECARICO
PRECARICO PRECARICO
CARICO AGGIUNTIVO
h
120°
1 2
3 4
giovedì 17 maggio 2007
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h
Durezza Rockwell N S = −• N numero specifico della scala
• S l’unità specifica della scala [mm]
• h aumento residuo della profondità
dell’impronta [mm]
giovedì 17 maggio 2007
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33
Durezza Rockwell B
• Penetratore
– Sfera acciaio d = 1.587 mm
• Precarico
– F0 = 98.07 N
• Carico addizionale
– F1 = 882.6 N• Carico totale
– F = F0+ F1
giovedì 17 maggio 2007
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34
Durezza Rockwell B
130 h
HRBS
= −
• S =0.002 mm (unità specifica della scala )
• h aumento residuo della profondità
dell’impronta [mm]
giovedì 17 maggio 2007
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Durezza Rockwell C
• Penetratore
– Cono di diamante 120°
• Precarico
– F0 = 98.07 N
• Carico addizionale
– F1 = 1373 N
• Carico totale
– F = F0+ F1
giovedì 17 maggio 2007
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36
Simulazione della prova
Rockwell C
-
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7
giovedì 17 maggio 2007
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37
Durezza Rockwell C
100 h HRC S
= −
• S =0.002 mm (unità specifica della scala )
• h aumento residuo della profondità
dell’impronta [mm]
giovedì 17 maggio 2007
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38
Simulazione prova Rockwell C
giovedì 17 maggio 2007
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39
Simbologia della prova di
durezza Rockwell
Il simbolo HR è seguito dalla lettera indicante la
scala utilizzata e preceduto dal valore della durezza
Esempio 60 HRC
Durezza Rockwell
giovedì 17 maggio 2007
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40
Esempi durezza Rockwell
• 60 HRC
– Durezza Rockwell misurata sulla scala C pari
a 60
• 75 HRB
– Durezza Rockwell misurata sulla scala B pari
a 75
giovedì 17 maggio 2007
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41
Durezza per confronto provaPoldi
Materiale in prova
Barretta campione
F
D
dx
d0
A
B
F
D
giovedì 17 maggio 2007
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42
Simulazione della prova Poldi
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8
giovedì 17 maggio 2007
T e c n o l o g i e g e n e r a l i d e i m a t e r i a l i
43
D
dx
d0
A
B
F
D
0.102 x
x
F HB
S = ⋅
0
0
0.102 F
HBS
= ⋅
giovedì 17 maggio 2007
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44
( )2 22
0.102 x x
F HB
D D D d π
⋅= ⋅
⋅ ⋅ − −
( )0
2 2
0
20.102
F HB
D D D d π
⋅= ⋅
⋅ ⋅ − −
( )
( )
2 2
0
2 2
0
20.102
20.102
x x
F
D D D d HB
F HB
D D D d
π
π
⋅⋅
⋅ ⋅ − −=
⋅⋅
⋅ ⋅ − −
giovedì 17 maggio 2007
T e c n o l o g i e g e n e r a l i d e i m a t e r i a l i
45
22
0
220
x
x
D D d HB
HB D D d
− −=
− −
22
00
22 x
x
D D d HB HB D D d
− −= ⋅− −
giovedì 17 maggio 2007
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46
PROVA DI TRAZIONE
UNI EN 10002-1
giovedì 17 maggio 2007
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47
Macchina di prova universale
giovedì 17 maggio 2007
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48
Montaggio provino
-
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9
giovedì 17 maggio 2007
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49
Simulazione della prova di trazione
giovedì 17 maggio 2007
T e c n o l o g i e g e n e r a l i d e i m a t e r i a l i
50
Dimensioni provette
L0
Lc
0 0 L k S = ⋅ 5.65k =
Provetta proporzionale
S0
0 20 L mm≥
giovedì 17 maggio 2007
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51
Casi particolari
11.3k =
Provetta non proporzionale
L0
Lc
0 0 L k S = ⋅
oppure
giovedì 17 maggio 2007
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52
Provetta a sezione circolare
Appendice D UNI EN 10002-1Lc
L0
S0d
4d mm≥0
2c
d L L≥ +
0.75raggio del raccordo d ≥
giovedì 17 maggio 2007
T e c n o l o g i e g e n e r a l i d e i m a t e r i a l i
53
Lc
L0
S0d
Provetta a sezione circolare
0 05.65 L S = ⋅2
5.654
d π ⋅= ⋅ 5 d = ⋅
se k=11.3
0 011.3 L S = ⋅2
11.34
d π ⋅= ⋅ 10 d = ⋅
se k=5.65
giovedì 17 maggio 2007
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54
Provetta a sezione piatta Appendice D UNI EN 10002-1
L0
Lc
a
bS0
3a mm≥
0 01.5c L L S ≥ + ⋅
12raggio del raccordo mm≥
8b a≤
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11/15
10
giovedì 17 maggio 2007
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55
Velocità di incremento del carico
6
2
Minima velocità di
incremento
del carico unitario
[MPa s-1]
60≥150 GPa
20
-
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12/15
11
giovedì 17 maggio 2007
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61
Resistenza a trazione
Carico unitario di scostamento dalla proporzionalità
F
0.1
Fp 0.1
ΔL/L0%
0
mm F R
S =
0.1
0.1
0
p
p
F R
S = [ ] MPa
[ ] MPa
giovedì 17 maggio 2007
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62
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
F
ΔL/L0%
Carico unitario di snervamento
F p0.2
0.2
0.2
0
p
p
F R
S = [ ] MPa
giovedì 17 maggio 2007
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63
Determinazione di Fp0.2
giovedì 17 maggio 2007
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64
Coefficienti caratteristici
Coefficiente di strizione percentuale
Allungamento percentuale dopo la rottura
0
0
100uS S
Z S
−= ⋅
0
0
100u L L
A L
−= ⋅
giovedì 17 maggio 2007
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65
Dipendenza di A da L0
L0 = 5.65. S0 L0 = 11.3. S0
Lsc Lsl L2lL2c L1lL1c
Designazione dell’allungamento percentuale a rottura
Provini proporzionali
5.65k A= 11.311.3k A=
Provini non proporzionali
0 0 75se, ad esempio, 75
L mm mm A L mm A=
giovedì 17 maggio 2007
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66
Influenza di L0
su A
-
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12
giovedì 17 maggio 2007
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67
Prescrizioni
• I valori dei carichi unitari devono esserearrotondati al numero intero più vicino
• I valori dell’allungamento percentuale
devono essere arrotondati allo 0.5%
• I valori del coefficiente percentuale di
strizione devono essere arrotondati all’1%
giovedì 17 maggio 2007
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68
Prova di resilienza
UNI EN 10045
• La resilienza di un materiale è la resistenza
agli urti
• La prova di resilienza consiste nel rompere
in un sol colpo una provetta
giovedì 17 maggio 2007
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69
Pendolo di Charpy
H
h α
A
O
C
M
B
A
C
giovedì 17 maggio 2007
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70
Simulazione della prova di
resilienza
giovedì 17 maggio 2007
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71
Dimensioni e forma delle
provette• Le provette hanno una lunghezza di 55
mm ed una sezione quadrata di lato di 10
mm
• Le provette presentano un intaglio nella
mezzeria
giovedì 17 maggio 2007
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72
Provetta con intaglio a V
• Lunghezza 55 mm
• Sezione quadrata lato 10 mm
• Intaglio a V – apertura 45°
– profondità 2 mm
– raccordo con raggio 0.25 mm
Sezione utile 80 mm2
Provino conintaglioa V
10 mm
10 mm
8 mm
-
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14/15
13
giovedì 17 maggio 2007
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73
Provetta con intaglio a U
• Lunghezza 55 mm• Sezione quadrata lato 10 mm
• Intaglio a U – profondità 5 mm
– raccordo con raggio 1 mm
Sezione utile 50 mm2
Provino con intaglio a U10 mm
10 mm
5 mm
giovedì 17 maggio 2007
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74
Esecuzione della prova
H
α
A
O
C
M
B
A
C
i L m g H = ⋅ ⋅
giovedì 17 maggio 2007
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75
h α
f L m g h= ⋅ ⋅giovedì 17 maggio 2007
T e c n o l o g i e g e n e r a l i d e i m a t e r i a l i
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i f L L L= − m g H m g h= ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅
( ) L m g H h= ⋅ ⋅ −
Lavoro di deformazione e rottura
giovedì 17 maggio 2007
T e c n o l o g i e g e n e r a l i d e i m a t e r i a l i
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h α
l
cosh l l α = − ⋅ ( )1 cosl α = −
giovedì 17 maggio 2007
T e c n o l o g i e g e n e r a l i d e i m a t e r i a l i
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( ) L m g H h= ⋅ ⋅ −
( )1 cosh l α = −
( ) L m g H h= ⋅ ⋅ −
( )1 cos L m g H l α ⎡ ⎤= ⋅ ⋅ − ⋅ −⎣ ⎦
-
8/18/2019 Prove di durezza sui MAteriali Tecnologia dei materiali
15/15
giovedì 17 maggio 2007
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Resilienza
K L= [ ] J
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Prescrizione delle norme
• Energia disponibile 300 ± 10 J
• Velocità di impatto 5 ÷ 5.5 m/s
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Simbologia della prova di resilienza
I risultati della prova sono indicati con:
• KU nel caso di provetta con intaglio a U
• KV nel caso di provetta con intaglio a V
Nel caso in cui le condizioni di prova non
sono quelle standard bisogna indicare: – energia disponibile
– dimensione della provetta
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Esempi
• KU = 97 J
– energia nominale 300 J
– provetta con intaglio a U
– energia assorbita 97 J
• KV 200/7 = 100 J
– energia nominale 200 J – provetta con intaglio a V
– larghezza della provetta pari a 7 mm
10 mm
7 mm
8 mm
– energia assorbita 100 J