Lorenzo Caffar 3^ AER D 22.11.2017 Prova di durezza Brinell
1. Introduzione
Prima di andare ad esaminare la prova di trazione eseguiamo una prova di durezza la quale consiste nella imprimere una determinata forza con una sfera.
Questa prova viene effettuata prima perché ci permette di capire meglio quale potrebbe essere il tipo di materiale che abbiamo difronte, del primo del secondo o del terzo tipo.
Dopo aver individuato il tipo di materiale sapremo successivamente che macchina di trazione potremmo utilizzare il laboratorio.
2. Cenni teorici
La durezza è l’attitudine di un materiale ad essere scalfita dall’altro.
La norma che illustra le modalità di esecuzione della prova di durezza Brinell è la UNI EN ISO 6506-1
Le prove di durezza sono eseguite per ottenere un indice convenzionale dal quale trarre informazioni sulle qualità e sulle proprietà del materiale.
I valori della durezza vengono determinati secondo vari metodi, fra i quali sono più comunemente impiegati quelli Brinell, Vickers e Rockwell. Ogni metodo usa un diverso penetratore e un valore diverso del carico. Se, su uno stesso materiale, eseguiamo prova di durezza con metodi differenti otteniamo indici differenti. Perciò, nel fornire gli indici di durezza dei materiali, si deve sempre indicare il tipo di prova effettuata. Dopo il numero che dà l'indice di durezza si deve indicare il tipo di prova: HB (Brinell), HR (Rockwell), HV (Vickers).
PROVA DI DUREZZA BRINELL (HB)
Andando più nello specifico andiamo a vedere Il metodo di durezza Brinell, viene usato in prevalenza per materiali teneri, quali acciai dolci, ottoni, leghe leggere. Questo è stato ideato dal metallurgico Brinell e consiste nel premere una sfera levigata d'acciaio temperato o di metallo duro di diametro “D”, per un prestabilito intervallo di tempo, con una prestabilita forza “F”(carico di prova), contro la superficie del pezzo o della provetta in esame e nel misurare il diametro medio “d”
dell'impronta dopo la rimozione del carico di prova.
Per valutare se la prova è valida faccio il rapporto fra “d” (diametro dell’impronta) e “D” (diametro della sfera), questo valore dovrà trovarsi fra 0,24 e 0,6.
Il carico massimo deve essere raggiunto gradualmente e mantenuto per un tempo variabile da 10 a 15 secondi.
INDICE DI DUREZZA BRINELL
L'indice di durezza Brinell è dato dal rapporto fra il valore del carico F e la superficie S
dell'impronta riscontrabile sul materiale. Il suo simbolo è espresso con la sigla HB. Con F espresso in newton (N). Il fattore 0,102 introdotto nella formula ha l'unico scopo di non mutare gli indici HB determinati in passato
MOTIVO DELLA REALIZZAZIONE DELLA PROVA
La prova ci permette di individuare la durezza del provino che ci permetterà di capire se è un metallo del 1°, del 2°, del 3°, se è una lega leggera o qualche altro materiale.
Quindi con questa prova possiamo individuare la macchina, di possibile utilizzo per la prova di trazione che eseguiremo più avanti.
Le macchine di trazione disponibili sono 3:
1. La più piccola ha 5KN 2. La media ha 100KN 3. La più grande ha 600KN
Strumentazione utilizzata
La macchina che abbiamo usato per effettuare la prova è costituita dalle seguenti parti:
1 Basamento macchina Serve per sostenere la macchina e il materiale che lo forma è ghisa 2 Tubazioni olio Un apposito meccanismo mette in pressione al loro interno dell'olio, il
quale spinge verso il basso un pistone muovendo un'asta collegata ad un pendolo
3 Piattello mobile È dove viene appoggiato il pezzo da provare
4 Madrevite È quella parte della macchina che permette al penetratore di essere alzato o abbassato
5 Volantino Avvitando o svitando quest'ultimo si muove la madrevite
6 Sfera Durante la prova lascia l'impronta che serve per calcolare la durezza del materiale
7 Penetratore Nel penetratore viene alloggiata la sfera
8 Corona graduata Permette di leggere il carico applicato non presente in quello in laboratorio
9 Contrappeso Con questo, alzandolo, si imposta il carico da usare nella prova. Il contrappeso può venir cambiato in base al peso che si vuole applicare
10 Cilindro con pistone Quando vi entra l'olio viene messo in pressione il pistone e muove un'asta collegata a quest'ultimo muovendo il contrappeso
11 Videocamera Necessaria per individuare l’impronta effettuata sul materiale per poi misurarla
Tabelle utili per la realizzazione della prova
La tabella indica Il diametro della sfera “D”, il diametro dell’impronta “d”, il carico di prova e le formule per il calcolo dell’HBW.
La tabella riporta alcuni valori dell’rapporto carico-diametro dei rispettivi materiali.
La tabella riporta il diametro della sfera “D”, il rapporto carico-diametro e il valore nominale da impostare sulla macchina.
Obiettivi
1. Spiegare per quale motivo viene eseguita la prova di durezza prima di quella di trazione.
3. Parametri di prova
Le formule che servono per determinare la durezza del materiale sono le seguenti:
Per calcolare l’area si esegue nel seguente modo:
A=𝑟𝑟2𝑥𝑥
Per calcolare HBV bisogna eseguire la seguente formula
HBV=0,102𝑥𝑥(𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑑𝑑𝑐𝑐 𝑝𝑝𝑐𝑐𝑐𝑐𝑝𝑝𝑐𝑐 𝑥𝑥 2) πxD(D−√𝐷𝐷2−𝑑𝑑2) =
La resistenza a trazione viene trovata nei seguenti modi:
Rm=KxHBW (Hard Brinell Volframio)
Rm=0.34xHBW se espresso in 𝐾𝐾𝐾𝐾
𝑚𝑚𝑚𝑚2 Rm=3.334xHBW se espresso in 𝑁𝑁
𝑚𝑚𝑚𝑚2
Per scegliere la macchina, posso fare il seguente calcolo, per poi valutare quale usare:
AxRm =
Mentre per i valori che ci serviranno per determinare i parametri utilizzeremo le seguenti tabelle.
4. Procedura di prova
La prova viene eseguita in un ambiente di 20° C, il materiale che andremo ad utilizzare sarà abbastanza liscio e inoltre ogni prova deve essere effettuata almeno 2,5 volte da un'altra.
L’esercitazione verrà svolta facendo due o una lettura per ogni materiale.
Il primo materiale sarà uno del secondo gruppo (C 40), mentre il secondo sarà presumibilmente del primo gruppo, mentre il terzo sarà una lega leggera.
Il rapporto carico diametro è quello indicato nelle tabelle.
Mentre per la prima e seconda prova abbia utilizzato F=1839 per l’ultima abbiamo utilizzato F=612.9
Per prima cosa abbiamo scelto il materiale con il quale fare la prova. Abbiamo impostato il valore F ricavato attraverso le tabelle che ci sono riportate in precedenza.
Abbiamo inserito il provino sotto la videocamera e messo a fuoco la superfice del materiale.
Abbiamo tirato la leva per far scendere la sfera che imprime una determinata forza sul materiale.
Abbiamo aspettato 11 secondi, da quando la leva si era fermata in posizione verticale rispetto al tavolo, per poi riposizionare la leva al suo stato originale, non facendo più imprimere una forza al materiale con la sfera.
A questo punto rileviamo il diametro attraverso la foto scattata con il computer, determinandolo con un apposita funzione del programma utilizzato.
Il raggio che andremo a considerare sarà di 4 mm.
Abbiamo preso come valori di riferimento K quello della seconda tabella sapendo che il materiale è un acciaio.
Poi, dopo aver individuato il materiale, abbiamo determinato il carico di prova “F” sapendo il diametro della sfera “D” e del valore K.
Per prima cosa facciamo la media dei diametri “d” della prima e della seconda prova di ogni
singolo provino. Poi calcolo HBW con la formula adatta, la resistenza a trazione e poi il calcolo che mi permetterà di stimare che macchina potrò utilizzare per la prova di trazione.
Dopodiché vengono effettuati i calcoli per rilevare una stima di che macchina a trazione potremo utilizzare in laboratorio.
5. Dati Primo provino
C 40 secondo gruppo T=11 s K=30 F=1839
1. Prima prova d=1088,8 µm d=1081,6 µm
La media dei diametri è: 1085,2 µm
Il calcolo per determinare HBV è il seguente:
HBW= 0,102𝑥𝑥(1839𝑥𝑥2)
πx2,5x(2,5−�2,52−(1085,2𝑥𝑥10−3)2= 375,156
7.854𝑥𝑥0,248 = 192,6
Per calcolare la resistenza a trazione eseguo la seguente formula:
Rm=3.334x192,6 = 642 𝑁𝑁
𝑚𝑚𝑚𝑚2
Per scegliere la macchina eseguo li seguente calcolo:
42xπx642=32270 N = 32 KN
2. Seconda prova d=1078 µm
d=1087 µm
La media dei diametri è: 1082,5 µm
Il calcolo per determinare HBV è il seguente:
HBW= 0,102𝑥𝑥(1839𝑥𝑥2)
πx2,5(2,5−�2,52−(1082,5𝑥𝑥10−3)2= 375,156
7.854𝑥𝑥0,2465 = 193,8
Per calcolare la resistenza a trazione eseguo la seguente formula:
Rm=3.334x193,7 = 646 𝑁𝑁
𝑚𝑚𝑚𝑚2
Per scegliere la macchina eseguo li seguente calcolo:
42xπx646=32471 N = 32 KN
Secondo provino
S-235 Rm metà rispetto a uno del 1°gruppo T=11 s K=30 F=1839 1. Prima prova
d=1294,3 µm d=1306,9 µm
La media dei diametri sui materiali è: 1300,6 µm
Il calcolo per determinare HBV è il seguente:
HBW= 0,102𝑥𝑥(1839𝑥𝑥2)
πx2,5(2,5−�2,52−(1300,6𝑥𝑥10−3)2= 375,156
7.854𝑥𝑥0,365 = 130,87
Per calcolare la resistenza a trazione eseguo la seguente formula:
Rm=3.334x130,87 = 436 𝑁𝑁
𝑚𝑚𝑚𝑚2
Per scegliere la macchina eseguo li seguente calcolo:
42xπx436=21916 N = 22 KN
Terzo provino
Lega leggera Rm= 1/3 rispetto a uno del 2°gruppo K=10 F=612.9 T=11 s 1. Prima prova
d=789,6 µm d=807,6 µm
La media dei diametri è: 798,6 µm
Il calcolo per determinare HBV è il seguente:
HBW= 0,102𝑥𝑥(612𝑥𝑥2)
πx2,5(2,5−�2,52−(798,6𝑥𝑥10−3)2= 124,85
7.854𝑥𝑥0,131 = 121,3
Per calcolare la resistenza a trazione eseguo la seguente formula:
Rm=3.334x121,3= 404,4 𝑁𝑁
𝑚𝑚𝑚𝑚2
Per scegliere la macchina eseguo li seguente calcolo:
42xπx404,4=20327 N = 20KN
2. Seconda prova d=789,6 µm
d=795 µm
La media dei diametri è: 792,3 µm
Il calcolo per determinare HBV è il seguente:
HBW= 0,102𝑥𝑥(612𝑥𝑥2)
πx2,5(2,5−�2,52−(792,3𝑥𝑥10−3)2= 124,85
7.854𝑥𝑥0,129 = 123,2
Per calcolare la resistenza a trazione eseguo la seguente formula:
Rm=3.334x123,2 = 410,7 𝑁𝑁
𝑚𝑚𝑚𝑚2
Per scegliere la macchina eseguo li seguente calcolo:
42xπx410,7=20664 N = 20 KN
6. Risultati
Qui sotto in tabella sono riportati i valori dei calcoli eseguiti precedentemente per le varie prove.
1° Provino 2° Provino 3° Provino
Tipo di metallo C-40 S 235 Lega leggera
F (N) 1839 1839 612
Prima prova (µm)
1088,8 1081,6
1294,3 1306,9
789,6 807,6
Diametro medio (µm) 1085,2 1300,6 798,6
HBW 192,6 130,87 121,3
Rm ( 𝑁𝑁
𝑚𝑚𝑚𝑚2) 642 436 404,4
A sezione (N) 32270 21916 20327
(KN) 32 22 20
Seconda prova (µm)
1078 1087
789,6 795
Diametro medio (µm) 1082,5 792,3
HBW 193,8 123,2
Rm ( 𝑁𝑁
𝑚𝑚𝑚𝑚2) 646 410,7
A sezione (N) 32471 20664
(KN) 32 21
7. Conclusioni
Questa prova aveva come scopo secondario quello di andare a capire come funziona un durometro.
Però lo scopo principale della prova di durezza, di un materiale, ci è stato utile per capire che macchina andremo ad utilizzare durante la prova di trazione che eseguiremo di seguito.
Da questa prova abbiamo potuto osservare che il primo provino ha una durezza maggiore degli altri due, da questo possiamo capire che potrebbe resistere di più alla prova di trazione.
I calcoli eseguiti sono stati distinti per la prima e la seconda prova per osservare i cambiamenti che ci sono stati per le varie prove eseguite durante l’esperimento.
Questa prova ci ha anche permesso di avere conoscenze maggiori sulla prova di durezza Brinell che ci servirà in futuro.
Lo scopo della prova è stato raggiunto perché abbiamo potuto individuare la macchina da utilizzare per la prova di trazione.
