LE PROVE DI DUREZZA
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INTRODUZIONE
Le prove sui materiali sono degli strumenti utilissimi che consentono di
valutare, classificare e confrontare le varie proprietà di un materiale.
Prove distruttive (alterano le caratteristiche del materiale
e
ne compromettono l’integrità);
Prove non distruttive
PROVA DI DUREZZA
DUREZZA: è la resistenza che un corpo offre alla penetrazione di un altro
corpo più duro (penetratore). Il valore della durezza viene dedotto
dalle dimensioni dell’impronta permanente impressa dal
penetratore, sotto una prefissata forza . Le prove di durezza
producono danni limitati alla superficie del pezzo;
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Le prove di durezza hanno diversi vantaggi:
1. Possono essere eseguite direttamente sul pezzo in quanto non distruggono ne alterano il
pezzo stesso;
2. Restituiscono degli indici che possono essere utilizzati come giudizio sulla qualità dei
materiali;
3. Determinano il grado di lavorabilità di un pezzo alle macchine utensili;
4. Riescono a dare un’indicazione sulla resistenza a trazione degli acciai;
Rm  n  HB
con n variabile tra 0,34 e 0,36
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Metodologie di prova
La durezza influenza la resistenza all'usura, all' incisione, al taglio e talvolta anche
alla corrosione. Quindi i metodi per valutare la durezza di un componente sono
molteplici e possono esser classificati come segue:
Prove di rimbalzo (rimbalzo di un oggetto) Prove sclerometriche
Prove di rigatura (scratch test) (l’oggetto più duro incide quello meno duro)
Prove d' abrasione (usura di un pezzo fatto strisciare contro undisco rotante)
Brinell (HB)
Prove statiche
Vickers (HV)
Rockwell (HRC-HRB)
si basano sulla misura dell'impronta lasciata sulla superficie della provetta
da un penetratore adeguatamente caricato.
si distinguono per tipo di penetratore usato, per il carico applicato, per la
tecnica di rilevamento della dimensione dell'impronta lasciata sulla provetta.
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La Scala Mohs
Per identificare la durezza di un materiale è bene ricordare l’esistenza della
scala di Mohs usata particolarmente in mineralogia: essa annovera dieci
sostanze naturali standard e il posto d’ordine posseduto dipende dalla
capacita’ che hanno di scalfire, consumare o deformare il materiale che occupa
una posizione piu’ in basso.
Minerale
N°
Caratteristiche
diamante
10
materiali duri non rigabili con una punta d'acciaio
corindone
9
"
topazio
8
"
quarzo
7
"
ortoclasio
6
materiali semiduri rigabili con una punta d'acciaio
apatite
5
"
fluorite
4
"
calcite
3
"
gesso
2
materiali teneri rigabili con l'unghia
talco
1
"
5
IL DUROMETRO
Peneratore
6
Posizionamento del provino e
predisposizione del carico
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La Prova di DUREZZA BRINELL
In questa prova viene usato come penetratore una sfera del diametro di 10 mm
d’acciaio indurito o di carburo di tungsteno (widia).
Pressata sulla superficie del provino per un tempo standard (da 10 a 15 secondi) e
sotto un carico costante fissato, variabile tra 50Kg (490N) e 3000Kg (29400N) con
incrementi di 500 Kg alla volta. Lo spessore minimo del pezzo da provare deve
essere almeno 8 volte la profondità dell'impronta.
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IMPRONTA SFERICA
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La Prova di DUREZZA BRINELL
Si definisce durezza Brinell HB il rapporto fra il valore del carico F in N
e l'area della superficie S della calotta d'impronta rilevata a carico tolto
espressa in mm2.
F
HB  0.102
S
S

2
1N  0.102Kg
 D  [ D  ( D2  d 2 ) ]
HB  0.102
2F
  D [D  (D2  d 2 ) ]
D = 10 mm
F = 3000 Kg
t = 15 s
HB 2/500/10
Per ottenere buoni valori di HB
deve essere:
0,25 D < d < 0,50 D
D = 2 mm
F = 500 Kg
t = 10 s
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La Prova di DUREZZA VICKERS
Per questa prova si adopera come penetratore una piramide di diamante a base
quadrata, sotto un carico fisso F, e si misurano le diagonali dell’impronta lasciata;
il carico deve raggiungere il suo valore massimo entro 10-15 secondi e
permanere per un tempo uguale.
Nella prova Brinell 0,25 D < d < 0,50 D cioe’ in media d = 0,375D; costruendo
un cerchio di diametro D e tracciando d tale che sia proprio 0,375 D, portando le
tangenti si ottiene un angolo di 136º.
In tal modo si ha che HV∼HB nel campo di validita’ della prova Brinell. 11
La Prova di DUREZZA VICKERS
Si definisce durezza Vickers il rapporto tra il valore del carico di prova F applicato
sul penetratore e l'area della superficie laterale S dell'impronta rilevata a carico
tolto, considerata come una piramide retta a base quadrata, con diagonale d,
avente lo stesso angolo al vertice tra le facce opposte del penetratore:
HV 
2  0.102  F sin(  / 2)
F

0
,
102

1
.
854

d2
d2
In cui :
F è espresso in N
d in mm e media delle 2 diagonali
q = 136º.
Lo spessore minimo del pezzo è di 1,5 volte la
diagonale dell’impronta. Le norme UNI consentono
carichi compresi fra 49 N (5 Kg) e 980 N (100Kg):
tolleranza ± 1%.
F = 30 Kg (294N)
t = 10 s
HV10/15
F = 10 Kg (98 N)
t = 15 s
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Durometro per prove Vickers
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La Prova di DUREZZA ROCKWELL
In tale prova il penetratore puo' essere una sfera d’acciaio temprato con D= 1/16”
= 1,5875 mm o, per materiali piu’ duri, un cono con la punta di diamante con un
angolo interno di 120º.
HRB
Per i materiali
più teneri
HRC
Per i materiali
più duri
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La Prova di DUREZZA ROCKWELL
L’esecuzione della prova prevede tre step:
1. Applicazione di un carico iniziale F0 = 10 Kg (98 N);
2. Aggiunta di un carico F1 fino al raggiungimento del
carico totale Ft = (F0+F1);
3. Eliminazione del carico F1 e lettura da quadrante con
penetratore sollecitato solo da F0
Viene misurato l’accrescimento permanente e (mm) dell’impronta
lasciata dopo la rimozione del carico addizionale F1.
“e” per i materiali più duri varia tra 0 e 0,2mm
HRC = 100- 500 e
(materiali duri)
HRB = 130- 500 e
(materiali teneri)
F1=140 Kg = 1372 N per materiali duri
F1= 90 Kg = 882 N per materiali teneri
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Esecuzione della prova ROCKWELL
HRB = 130- 500 e
HRC = 100- 500 e
(materiali teneri)
(materiali duri)
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Esecuzione della prova ROCKWELL
HRC = 100- 500 e
(materiali duri)
HRB = 130- 500 e
(materiali teneri)
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Le prove a confronto
Vickers
Materiali duri
Brinell
x
Materiali teneri
Strati sottili di materiali
x
Materiali a superficie liscia
x
Materiali a superficie non
levigata
Rockwell
HRC
x
HRB
x
HRB/HRC
x
Vickers
Brinell
Rockwell
Semplicità di esecuzione
3°
2°
1°
Versatilità
2°
3°
1°
Precisione
2°
1°
3°
Velocità di esecuzione
3°
2°
1°
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