Durezza Vickers definizione e formule

 

 

 

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Durezza Vickers definizione e formule

 

PROVA DI DUREZZA VICKERS

La prova, valida sui materiali ferrosi, consiste nel premere con una forza F, detto carico di prova, per un prefissato intervallo di tempo, un penetratore di diamante a forma di piramide retta a base quadrata con angolo tra le facce opposte di 136°, contro la superficie del pezzo in prova e nel misurare la diagonale d dell’impronta lasciata sulla superficie del pezzo dopo la rimozione della forza F (l’impronta viene pensata come una piramide retta a base quadrata).

Si rilevano d1, d2 [mm]  e si calcola  d =  [mm]

                               durezza Vickers =  F/ S  
Dove:
F è il carico di prova [N]
S è l’area della superficie laterale dell’impronta [mm]

Poichédunque sostituendo avremo

con F in [kgf] e d in [mm2]

Oggi dovendo utilizzare F in [N]  avremo:

Si possono quivi ripetere le stesse cose dette a proposito della prova Brinell. Si parla pertanto di punti vickers.
La durezza Vickers non ha limite ai valori, perché il penetratore è di diamante, il più duro dei materiali.

ESPERIENZA DI LABORATORIO

 

Lo scopo dell’esperienza era quello di acquisire capacità, competenze e manualità in merito alle prove di durezza.
Si voleva verificare il variare della durezza in funzione del trattamento termico subito dal pezzo, riscaldato in forno alle temperature di 550°C, 650°C, 750°C, 850°C, 875°C e infine ricotto completamente.
La classe è stata suddivisa in cinque gruppi, che hanno eseguito la prova Brinell, ciascuno avente carichi di prova e/o penetratori differenti, più un gruppo che ha effettuato la prova Vickers.
Tutte le prove sono state eseguite su provette ricavate da una barra cilindrica, trafilata di presunto C40, di diametro 40 mm e spessore abbondantemente sufficiente per l’esecuzione delle prove. Le provette sono state lavorate al tornio parallelo e lucidate per mezzo di una levigatrice a colonna, al rendere più agevole la lettura al microscopio. Sono state inoltre verificate al comparatore, in modo da garantire il perfetto parallelismo tra le facce piane. 

 

Caratteristiche del C40:

Fonte: “Vademecum per disegnatori e tecnici” L. Baldassini pag N-32.

Acciaio comune al carbonio con 0,40% C (0,37 ¸ 0,44), da bonifica.
Caratteristiche meccaniche allo stato ricotto per una barra Æ > 16 ¸ 40 mm
Rm = 630 ¸ 800 N/mm2
Durezza minima = 510 HV

 

Fonte: “Laboratorio tecnologico” A. Secciani  pag 204

Punti critici: Ac1 = 723°C;   Ac3 =816,5°C

 

Strutture presenti per un C40 (ipoeutettoide) a temperatura ambiente: 50% perlite, 50% ferrite.

 

Parametri di prova del gruppo D

- Carico di prova F = 150 [kgf] = 1471,5 [N]

- Penetratore di acciaio temprato sferico con D = 2,5 mm

- K (funzione del materiale in prova) = = = 24

Dopo aver assestato il durometro si sono eseguite tre impronte per ogni stato, distanziandole tra loro di 120° e comunque secondo la normativa. Dal diametro medio si sono ricavati i valori di durezza Brinell.

Apparecchiatura utilizzata:

• macchina di prova: durometro;

• penetratore: sfera con D = 2,5 mm di acciaio temprato;

• dispositivo di misura: microscopio misuratore.

Condizioni di prova:

Sono quelle previste dalla normativa, temperatura ambiente di 23±5°C, apparecchiatura protetta da agenti esterni quali urti, vibrazioni, ....

 

Questi i risultati ottenuti:

MATERIALE	RAFFR.	CARICO	TEMPERATURA	PROVA	d1	d2	dn	d [mm]	RISULTATO
C 40	H2O		FORNITURA	1A	1,04	1,04	1,04	1,033	171 HBS 2,5/150
				2A	1,03	1,03	1,03
				3A	1,03	1,03	1,03
			550°C	1A	0,99	0,99	0,99	0,99	187 HBS 2,5/150
				2A	0,99	0,99	0,99
				3A	0,99	0,99	0,99
			650°C	1A	0,96	0,96	0,96	0,973	194 HBS 2,5/150
				2A	0,97	0,97	0,97
				3A	0,99	0,99	0,99
		150 [kgf]	750°C	1A	1	1	1	0,997	184 HBS 2,5/150
				2A	0,99	0,99	0,99
		=		3A	1	1	1
			850°C	1A	0,66	0,66	0,66	0,637	463 HBS 2,5/150 NON ACCETTABILE
		1471,5 [N]		2A	0,6	0,6	0,6
				3A	0,65	0,65	0,65
			875°C	1A	0,57	0,57	0,57	0,583	554 HBS 2,5/150 NON ACCETTABILE
				2A	0,6	0,6	0,6
				3A	0,58	0,58	0,58
			RICOTTO	1A	1,04	1,04	1,04	1,052	165 HBS 2,5/150
				2A	1,06	1,06	1,06
				3A	1,04	1,04	1,04
				4A	1,03	1,03	1,03
				5A	1,06	1,06	1,06
				6A	1,08	1,08	1,08

Alle temperature di 850°C e 875°C l’espressione della durezza non è accettabile perché il valore supera il limite massimo previsto per HBS  (450  punti).Visualizzando le durezze ottenute su un grafico:

Come è possibile notare anche dall’andamento del grafico, la durezza della provetta non varia di molto a seguito dei trattamenti termici a temperature inferiori ad Ac1 = 723°C. Questo perché al di sotto di tale temperatura non avvengono modifiche a livello strutturale, non essendoci formazione di austenite e dunque di eventuale martensite al raffreddamento in acqua.. A partire da 850°C si forma martensite, perché dopo il riscaldo al di sopra di Ac3 si è ottenuta formazione di austenite e la velocità di raffreddamento (in acqua) è elevata (superiore alla velocità critica di tempra Vs).
Alla temperatura di 750°C si nota nel grafico una diminuzione della durezza, che non rispecchia quello che dovrebbe essere l’andamento naturale. Tale errore è probabilmente dovuto al fatto che la misurazione delle impronte in questo caso è avvenuta tramite un microscopio misuratore diverso da quello utilizzato per le altre rilevazioni, e ciò potrebbe aver provocato una misura imprecisa dovuta all’inesperienza.

Il rapporto d/D, lo spessore minimo del pezzo, la ripetibilità della macchina sono sempre adeguati, tranne per le temperature di 850°C e 875°C, dove peraltro il risultato della prova Brinell non era accettabile.
Dunque i limiti della norma per il rapporto d/D  (0,24±0,60) garantiscono valori di durezza confrontabili
Ecco i risultati ottenuti da tutta la classe in una tabella riassuntiva:

RISULTATI DI MACRODUREZZA SUL C40 permanenza del carico 15 s
temperatura di prova (23±5)°C, permanenza alla temperatura di regime 30 min, raffreddamento in acqua
GRUPPO	F [kgf;N]	D [";mm]	indice di durezza	STATO
				Fornitura		550°C		650°C
				d/D	punti	d/D	punti	d/D	punti
A	30;294,3	1/16;1,5785	HBS1,5785/30	0,34	128	0,3	168	0,29	173
B	60;588,6	1/8;3,175	HBS3,175/60	0,22	154	0,21	169	0,21	169
C	100;981	1/4;6,35	HBS6,35/100	0,16	125	0,15	143	0,15	144
D	150;1471,5	-;2,5	HBS2,5/150	0,41	171	0,4	187	0,39	194
E	187,5;1839,4	-;2,5	HBS2,5/187,5	0,45	184	0,47	159	0,42	202
F	30;294,3		HV30	0,375	164	0,38	168	0,375	128

 

In rosso sono segnati i valori non accettabili perché con d/D fuori dal campo previsto dalla norma o perché valori maggiori di 450 punti.

 

Fonte: https://tecnologiadellinformazione.files.wordpress.com/2011/11/prove_durezza_rapporti.doc

Sito web da visitare: https://tecnologiadellinformazione.files.wordpress.com

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

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