Prove di durezza sui MAteriali Tecnologia dei materiali

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

[email protected]

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/


2/15

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, ...



3

Prove meccaniche

• Prove statiche – Durezza

• Brinell

• Vickers

• Microdurezza

• Rockwell

• Poldi

– Trazione

• Prove dinamiche – Resilienza

• Prove a fatica



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.



5

Prove di durezza

• Durezza Brinell

• Durezza Vickers

• Microdurezza

• Durezza Rockwell

• Durezza per confronto (Poldi)



6

Prova di durezza Brinell


3/15

2



7

Durometro



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

= ⋅



9

Scelta del penetratore

Penetratore

• Sfera in metallo duro

Diametri disponibili

• 1mm

• 2.5 mm

• 5 mm• 10 mm (spessore del provino > 6 mm)



10

Scelta del carico

D

d

α

F

21

0.102F k D= ⋅ ⋅



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



12

Esecuzione della prova

2 - 8 s 10 - 15 s Tempo

C a r i c o

d

h

D

FF


4/15

3



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= −



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 = ⋅ ⋅ ⋅ − −



15

• La durezza Brinell è designata

– HBW – HB (vecchia designazione)

0.24 0.6 D d D≤ ≤

8s h≥ ⋅

Prescrizione delle norme



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]



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



18

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

= ⋅


5/15

4



19

Prova di durezza Vickers



20


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



21

Penetratore

• Piramide a base quadrata di diamante

• Angolo a vertice 136°

136°



22

Simulazione della prova



23

Calcolo della superficie

dell’improntaa

h

d

14

2S a h= ⋅ ⋅ ⋅

2

2

d a

⋅=



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°

⋅

⋅


6/15

5



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 = ⋅

°

⇒



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]



27

• La durezza Vickers è designata

– HV

1.5s d ≥ ⋅

Prescrizione della norma



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]



29

Esempio

350 HV 10/20

• valore della durezza 350

• carico di prova 98.07 N

• tempo di prova 20 s



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


7/15

6



31

Prova di durezza Rockwell

UNI EN ISO 6508-1

PRECARICO

PRECARICO PRECARICO

CARICO AGGIUNTIVO

h

120°

1 2

3 4



32

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]



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



34

Durezza Rockwell B

130 h

HRBS

= −

• S =0.002 mm (unità specifica della scala )





35

Durezza Rockwell C

• Penetratore

– Cono di diamante 120°

• Precarico

– F0 = 98.07 N

• Carico addizionale

– F1 = 1373 N

• Carico totale

– F = F0+ F1



36

Simulazione della prova

Rockwell C


8/15

7



37

Durezza Rockwell C

100 h HRC S

= −

• S =0.002 mm (unità specifica della scala )





38

Simulazione prova Rockwell C



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



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



41

Durezza per confronto provaPoldi

Materiale in prova

Barretta campione

F

D

dx

d0

A

B

F

D



42

Simulazione della prova Poldi


9/15

8



43

D

dx

d0

A

B

F

D

0.102 x

x

F HB

S = ⋅

0

0

0.102 F

HBS

= ⋅



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

⋅⋅

⋅ ⋅ − −=

⋅⋅

⋅ ⋅ − −



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

− −= ⋅− −



46

PROVA DI TRAZIONE

UNI EN 10002-1



47

Macchina di prova universale



48

Montaggio provino


10/15

9



49

Simulazione della prova di trazione



50

Dimensioni provette

L0

Lc

0 0 L k S = ⋅ 5.65k =

Provetta proporzionale

S0

0 20 L mm≥



51

Casi particolari

11.3k =

Provetta non proporzionale

L0

Lc

0 0 L k S = ⋅

oppure



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 ≥



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



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≤


11/15

10



55

Velocità di incremento del carico

6

2

Minima velocità di

incremento

del carico unitario

[MPa s-1]

60≥150 GPa

20


12/15

11



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



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



63

Determinazione di Fp0.2



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

−= ⋅



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=



66

Influenza di L0

su A


13/15

12



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%



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



69

Pendolo di Charpy

H

h α

A

O

C

M

B

A

C



70

Simulazione della prova di

resilienza



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



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


14/15

13



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



74


H

α

A

O

C

M

B

A

C

i L m g H = ⋅ ⋅



75

h α

f L m g h= ⋅ ⋅giovedì 17 maggio 2007


76

i f L L L= − m g H m g h= ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅

( ) L m g H h= ⋅ ⋅ −

Lavoro di deformazione e rottura



77

h α

l

cosh l l α = − ⋅ ( )1 cosl α = −



78

( ) L m g H h= ⋅ ⋅ −

( )1 cosh l α = −

( ) L m g H h= ⋅ ⋅ −

( )1 cos L m g H l α ⎡ ⎤= ⋅ ⋅ − ⋅ −⎣ ⎦


15/15



79

Resilienza

K L= [ ] J



80

Prescrizione delle norme

• Energia disponibile 300 ± 10 J

• Velocità di impatto 5 ÷ 5.5 m/s



81

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



82

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

Prove di durezza sui MAteriali Tecnologia dei materiali

Documents

Transcript of Prove di durezza sui MAteriali Tecnologia dei materiali