Relazione prova di durezza Vickers, Guide, Progetti e Ricerche di Tecnologie di mecaniche, processo e prodotto

Scarica Relazione prova di durezza Vickers e più Guide, Progetti e Ricerche in PDF di Tecnologie di mecaniche, processo e prodotto solo su Docsity! I.T.I.S. P. PALEOCAPA – 3^MD – Semenzi Marco – Prova di durezza Vickers PROVA DI DUREZZA VICKERS Luogo: ITIS Pietro Paleocapa, BG, via Gavazzeni 29 Data: 11/02/2021 Ore: circa 11:30 Planimetria approssimativa del laboratorio disegnata su AutoCAD I.T.I.S. P. PALEOCAPA – 3^MD – Semenzi Marco – Prova di durezza Vickers Oggi, in data 11/02/2021, alle ore dieci, ci siamo recati nell’aula M1-23, e dopo aver fatto l’abituale appello pre-lezione, abbiamo atteso che il primo gruppo eseguisse la prova. Alle ore 11.30 circa, io e il mio gruppo, composto da Callioni Kevin, Ruvo Gioele, Strocchia Davide, Seenadirage Don Romeo siamo stati accompagnati dal professore Quattrore Marco nel laboratorio M1-18, portando con noi matita e penna per prendere appunti, e il telefono per scattare delle foto a quello che veniva fatto. Appena entrato, viste le vigenti norme COVID, prima di toccare qualsiasi superficie ci siamo dovuti igienizzare e disinfettare le mani, e proprio a causa di queste norme, il numero massimo di persone che potevano entrare nel laboratorio era limitato a sei, anche se eccezionalmente, per questa prova, era presente anche un'altra persona, che deduco fosse il tecnico. Poiché la prova non era una prova era considerata distruttiva, e quindi non prevedeva pericoli che intoccassero la nostra salute, non abbiamo utilizzato nessun altro tipo di dispositivo di protezione, quali guanti o occhiali protettivi. Il laboratorio, alla vista, mi è parso abbastanza pulito e ben curato. Inoltre, era molto luminoso, grazie alle grandi vetrate che si trovavano nella parte alta della stanza e, la temperatura era abbastanza ottimale per eseguire la prova (18°/20°). Entrando, alla nostra destra vi era un grande armadio (1), seguito da un bancone a ferro di cavallo (2) con all’interno un altro ad “isola” (3). A sinistra della porta, vi era invece la postazione del tecnico (4), a fianco, sempre a sinistra, vi era uno stanzino con delle vetrate che mi hanno permesso di vedere al suo interno alcuni macchinari (5), e un bancone dove erano fissate varie strisce di carta vetrata di diversi tipi di grana (240, 320, 600, 800) (6), che ci sarebbero servite per rendere il più omogenea possibile la superficie del nostro provino. Di fronte alla postazione del tecnico erano presenti altri banconi su cui erano appoggiati il durometro (7), ed in una scatola di legno, i vari penetratori (8). Il durometro che avremmo poi utilizzato era di tipo Dia Testor 2Rc, realizzata dalla Serafini e prodotta in Germania nel 1965. Questo macchinario, è quindi antico rispetto a quelli attuali, ma nonostante la sua età mi è apparso ben curato e in buone condizioni. Nel resto della stanza, vi erano altri macchinari come il pendolo di Charpy o il macchinario per la prova di trazione e armadi a cui però non ho fatto molto caso. PRE-PROVA 7 8 6 5 4 3 2 1 I.T.I.S. P. PALEOCAPA – 3^MD – Semenzi Marco – Prova di durezza Vickers Dopo essere entrato nello stanzino, il prof mi ha spiegato come passare il provino, ovvero grattandolo sopra la carta, abrasiva senza mai cambiare il senso. Sono partito utilizzando la grana più grossa, quini quella da 240, poi sono passato alla 320, alla 600, e per ultima, quella più fine, che rende la superficie lucida, ovvero la 800. Ho dovuto ripetere questa operazione un paio di volte, perché secondo quanto detto dal prof, il provino non era abbastanza levigato. Nonostante abbia levigato il provino per circa 5 minuti, una volta posizionato sulla macchina, dove lo potevamo vedere zoomato, si vedevano alcune imperfezioni. Ci siamo diretti verso il durometro e, dopo aver posizionato il provino sul supporto del durometro, grazie all’utilizzo del proiettore d’immagine, ovvero quel microscopio che ingrandisce il nostro provino e ci permette di misurare il diametro dell’impronta, abbiamo messo a fuoco il provino in modo tale che dopo aver fatto l’impronta, questa avesse dei margini ben definiti. Il professore, inoltre ci ha spiegato che esistono altri tipi di durometri, che al posto del proiettore d’immagine, utilizzano un microscopio con reticolo graduato, oppure una telecamera. Per mettere a fuoco il provino, il prof girava un volantino (1) posto al di sotto del piano su cui era appoggiato il provino (2), e man mano che ruotava il piano si avvicina o si allontanava il proiettore, e questo permetteva di metterlo a fuoco. Abbiamo poi impostato il carico di prova corretto, ovvero 30 Kg, spingendo il cilindro corrispondente alla destra della macchina, nel selettore del carico (3). A questo punto avevamo effettuato tutti i passaggi pre-prova, e quindi eravamo pronti a procedere con la prova effettiva. CENNI TEORICI La durezza, si calcola con diverse prove, e ognuna di queste ha una sua scala: - Brinell - Vickers - Rockwell La PROVA DI DUREZZA VICKERS: consiste nel premere con una forza F (carico di prova) un penetratore di diamante a forma di piramide retta a base quadrata con un determinato angolo fra le faccie opposte al vertice, contro la superficie del pezzo in prova e nel misurare le diagonali dell’impronta lasciata sulla superficie dopo la rimozione della forza F. Questa prova, estende e perfeziona il metodo Brinell, perché ha un campo d’applicazione illimitato sia per la durezza sia per lo spessore del pezzo da provare, senza la necessità di cambiare il penetratore ma con la sola modifica del carico di prova. Il numero di durezza Vickers è praticamente indipendente dal carico di prova applicato sul penetratore, ed è in ogni caso equivalente al numero Brinell ottenuto nelle condizioni della prova ideale ( d D =0.375). A questi vantaggi si associano, taluni svantaggi rispetto alla prova Brinell: - Necessita di una maggiore finitura superficiale, poiché rugosità, segni di lavorazione, ossidi superficiali e materie estranee costituiscono un ostacolo alla lettura precisa della diagonale dell’impronta; - Maggiore dispersione dei risultati a causa della piccola impronta lasciata dal penetratore, con conseguente difficoltà di una esatta lettura delle diagonali. I.T.I.S. P. PALEOCAPA – 3^MD – Semenzi Marco – Prova di durezza Vickers Definizione di durezza Vickers La durezza Vickers è proporzionale al 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: HV = 0.102 F S L’area laterale dell’impronta vale quindi 4 volte l’area del triangolo che costituisce una faccia della piramide. Infatti la base del triangolo vale: l = d √2 Poiché l’apotema o altezza del triangolo è: a = d 2√2sin( 136 ° 2 ) la superficie laterale vale: S = 4 l ∙ a 2 = 2 ∙l ∙ a = d2 2sin ( 136 ° 2 ) = d2 1.854 La relazione riassuntiva, sarà quindi: HV=0.102 ∙ F d2 1.854 =0.102∙1.854 F d2 =0.1891 F d2 In cui: - F indica il carico di prova [N]; - d indica la diagonale media dell’impronta [mm] ottenuta dalla misurazione delle due diagonali; - 0.102 è il fattore di conversione introdotto per conservare invariati i valori della durezza precedenti all’introduzione del SI. I carichi devono essere diretti perpendicolarmente alla superficie del pezzo e applicati gradatamente, sino al valore prestabilito, in un tempo variabile da 2÷8 s, rimanendo applicati per almeno 10÷15 s. La sigla “HV” è preceduta dal valore della durezza e seguita da: - Un numero rappresentante il carico di prova; - La durata di applicazione del carico, espressa in secondi, qualora sia differente dai valori precedentemente indicati. apotema I.T.I.S. P. PALEOCAPA – 3^MD – Semenzi Marco – Prova di durezza Vickers Rapporti geometrici caratteristici Affinché nessuna deformazione sia visibile sulla superficie opposta a quella di prova, lo spessore s del provino deve essere almeno 1,5 volte la diagonale media dell’impronta d. S ≥ 1,5 d Dalla relazione che esprime la durezza Vickers (HV = F d2 ), si ricava d e per e per sostituzione si ottiene: S≥1,5√ F ∙0,1891HV =1,5 ∙0.435√ F HV =0,652√ F HV La seguente figura mostra la distanza tra un’impronta e il bordo del provino e tra due impronte successive, parametri che possono variare a seconda del materiale in prova. Parametri relativi alla posizione delle impronte Materiale a b Acciaio, rame, leghe 3 d 2,5 d Metalli leggeri (Al, Ti, Mg, ecc.), piombo, stagno e loro leghe 6 d 3 d (fonti: corso di tecnologia meccanica 1, HOEPLI editore) Il PENETRATORE: è un oggetto metallico, che applica una pressione su un provino. Per la prova di durezza Vickers, come specificato nella norma UNI 7479:1990, il penetratore è costituito da un diamante, a forma di piramide retta a base quadrata, con angolo al vertice fra le facce opposte di 136°. L’angolo al vertice di 136° corrisponde al valore dell’angolo di penetrazione della prova di durezza Brinell ideale. PROVA Punta piramidale di diamante del penetratore (fonte: sito) I.T.I.S. P. PALEOCAPA – 3^MD – Semenzi Marco – Prova di durezza Vickers Per farlo, abbiamo notato che il triangolo ABC, è simile al triangolo ABC, perché α=C Â B=E Â D. Quindi impostiamo una proporzione, ovvero: AB : AD=CB :ED ↓ (190,85−190 ): (195−190 )=(Rm−620 ) :(635−620) ↓ 0,85 :5= (Rm−620 ) :15 Quindi per la regola della proporzione, ovvero il prodotto dei medi è uguale al prodotto degli estremi: 5 ∙ (Rm−620 )=0,85 ∙15 ↓ Rm=620+ 0,85 ∙15 5 ↓ Rm=622,55 CONCLUSIONE Per svolgere, una qualsiasi prova di laboratorio, bisogna sempre adottare per prima cosa i sistemi di sicurezza adatti, in modo tale da prevenire qualsiasi incidente che possa capitare, anche se in questo caso non erano necessari, perché la prova non era distruttiva. Dopo aver preso queste precauzioni, bisogna analizzare la norma, per capire tutti i passaggi da effettuare e in modo tale da non invalidare la prova. Nel nostro caso abbiamo preso in considerazione la norma UNI 1955:1990 che oggi, è stata sostituita dalla norma vigente EN ISO 6507-1:2018, ma secondo quanto detto dal professore Quattrore, per la prova che avremmo dovuto svolgere sarebbe comunque andata bene. Una volta aver visto la norma, abbiamo ripassato i concetti teorici precedentemente studiati con il professore Monaco; ed infine abbiamo trovato il carico da impostare alla macchina, che quanto detto dal professore Quattrore, era di 30Kg /f. Successivamente ci siamo diretti a fare la prova, preparando però prima il provino levigandolo, e rimovendo cosi qualsiasi tipo di impurità presenti sulla superficie, che avrebbero alterato la prova, infatti uno degli svantaggi della prova di durezza vickers, è che il provino deve essere ben levigato. A questo punto, eravamo realmente pronti per eseguire la prova vera e propria. Essa è durata all’incirca 1 minuto per ogni misurazione: 2÷8 secondi per il tempo di applicazione del carico, e 12 secondi per il tempo di permanenza. Dopo aver misurato le diagonali (abbiamo considerato la seconda diagonale uguale alla prima, perché il penetratore era usurato, e nell’impronta rimaneva solo uno spigolo vivo), abbiamo eseguito altre 2 volte la prova, stando attenti a mantenere le giuste distanze tra le due impronte (3 volte la diagonale dell’impronta, tra una e l’altra, e almeno 2 volte la diagonale tra l’impronta e il bordo del provino). Quindi dopo aver riportato i dati ottenuti, abbiamo eseguito i calcoli. Abbiamo calcolato la diagonale media della prima e della seconda con la formula: dM1 = d11+d 21+d31 3 dM2 = d12+d 22+d32 3 A questo punto abbiamo calcolato la diagonale media totale facendo: d= dM 1+¿ dM 2 2 ¿ Ed infine abbiamo trovato la durezza Vickers del nostro provino, mediante il calcolo: HV = 0,1891 ∙ F d2 E abbiamo trovato che il nostro provino aveva una durezza di 190,85 HV30 Infine, in vista della successiva prova di laboratorio, ovvero la prova di trazione, il professore ci ha mostrato le tabelle che indicavano le durezze e il loro corrispettivo carico unitario a trazione (Rm), e mediante la I.T.I.S. P. PALEOCAPA – 3^MD – Semenzi Marco – Prova di durezza Vickers costruzione di un’interpolazione lineare, e la relativa proporzione, abbiamo ricavato l’Rm corrispodente alla nostra durezza HV, ovvero: Rm=622 ,5