relazione - INFN-LNL

SPERIMENTANDO 2011
“Sperimenta anche tu”
RELAZIONE
CHI E’ IL PIÙ DURO
I.S.I.S.S. “GIUSEPPE VERDI” di VALDOBBIADENE (TV)
Area scientifica individuata: fisica-meccanica
GRUPPO DI LAVORO:
Classi:
4^A ITIS
Studenti:
Alessandro Adami, Amedeo Bortolini, Simone Codemo, Doriano Colomberotto, Nicola Costa,
Marino Dall'Omo, Paolo De Paris, Andrea Fornasier, Alessandro Gallina, Filippo Giacomel,
Carmelo Mastrogiacomo, Michael Meneghello, Michele Mondin, Matteo Precoma, Serghei Tudos.
Docente referente:
Paolo Forin
Docente ITP:
Carmelo Leone
Sperimentando 2011
Sperimenta anche tu
CHI E’ IL PIU’ DURO
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INDICE:
1. PREMESSA ..............................................................................................................................................................................3
2. STUDIO DEI PRINCIPI FISICI ............................................................................................................................................3
I TRATTAMENTI TERMICI ............................................................................................................................................................3
LE PROVE DI DUREZZA................................................................................................................................................................3
3. DAL PROGETTO AL PRODOTTO......................................................................................................................................5
FASE PROGETTUALE ...................................................................................................................................................................5
FASE ESECUTIVA ........................................................................................................................................................................5
TAVOLE GRAFICHE .....................................................................................................................................................................5
MATERIALI UTILIZZATI ..............................................................................................................................................................5
4. DESCRIZIONE DELL’ESPERIMENTO .............................................................................................................................5
5. RISULTATI FINALI ...............................................................................................................................................................5
6. CONCLUSIONI .......................................................................................................................................................................5
RINGRAZIAMENTI ...................................................................................................................................................................5
BIBLIOGRAFIA..........................................................................................................................................................................5
ISTRUZIONI D’USO E AVVERTENZE DI SICUREZZA......................ERRORE. IL SEGNALIBRO NON È DEFINITO.
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Dipartimento di Meccanica e Tecnologia
Classi 1^A ITIS e 1^B ITIS
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1. Premessa
Il percorso di studio del 3° anno ITIS comprende lo studio della durezza dei materiali e le prove per
verificarla. Lo scopo delle prove di durezza è quello di ottenere un indice convenzionale dal quale trarre
informazioni sulla qualità e sulle proprietà del materiale, la sua composizione, il suo stato di fornitura, la
natura e le caratteristiche meccaniche della superfici.
Esistono diverse prove per determinarla: Vickers, Brinell e Rockwell. La nostra esperienza con lo scopo
di verificare il comportamento dei diversi materiali nelle prove di durezza ha riguardato le prove Brinell e
Rockwell su 4 provini in materiale C35-C45 temprati e non.
2. Studio dei principi fisici
I trattamenti termici
I trattamenti termici ...
Le prove di durezza
LA PROVA DI DUREZZA BRINELL
Consiste nel premere una sfera di acciaio con diametro D, sulla superficie del pezzo (o della provetta)
con un carico di prova F, per un prestabilito intervallo di tempo.
Si definisce durezza Brinell HB il rapporto fra il valore del carico F, espresso in newton, e l'area di
superficie S della calotta d'impronta rilevata a carico tolto (impronta elastica) espressa in millimetri
quadrati.
HB = F/S
L'equazione indicata ha un limite di accettabilità, in quanto i valori di durezza da lei dedotti, dipendono
dalla relazione fra il carico F e il diametro D della sfera. In definitiva si può dire che non esiste un
paragone di risultati ottenuti con prove di durezza Brinell, nelle quali il rapporto F/D è differente.
La paragonabilita' e l'accettabilità' sono soddisfatte solo quando l’angolo beta è costante.
Teoricamente il valore normale di questa costante è stato ritenuto uguale a:
d/D = 0.375
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Si definisce allora prova ideale quella eseguita in grado di soddisfare tale relazione.
In pratica questo valore non è rigido, ma si tollerano delle piccole variazioni.
L'esperienza ha insegnato che la possibilità di confronto è possibile quando il rapporto tra il diametro D
della sfera e il diametro d dell'impronta è compresa tra 0,25 e 0,5
LA PROVA DI DUREZZA ROCKWELL
La durezza Rockwell è designata con il simbolo HR preceduto dal valore di durezza e completato da una
lettera che indica la scala.
Fase del procedimento di prova
Fase a:
il penetratore conico viene portato in posizione perpendicolare alla superficie da provare e a
contatto con questa.
Fase b:
sul penetratore si applica, senza urti e vibrazioni,il carico iniziale F0 e si sistema il dispositivo
di misura nella sua posizione di riferimento.
Fase c:
si aggiunge progressivamente a F0 il sovraccarico F1 in modo da raggiungere,in un tempo
variabile da 2 a 8 s,il carico totale F .
Fase d:
trascorso un tempo uguale a 4 s ± 2 s dall’ applicazione del sovraccarico F1 questo si toglie in
modo da riportare il carico al suo valore iniziale F0. In tal modo si esclude la deformazione
elastica e resta l’incremento residuo della profondità di penetrazione,b che deve essere
musurato con la tolleranza di ±0,001 mm(equivalente a ± 0,5 unità Rockwell).Il penetratore
sferico è forzato con le ste4sse norme del penetratore conico.
Le durezze Rockwell HRB, HRE, HRF, HRG, HRH E HRK sono espresse dall’ equazione sotto riportata:
HR=130-h/0,002
LA PROVA DI DUREZZA VICKERS
Consiste nel premere con una forza F un penetratore di diamante a forma di piramide retta a base
quadrata con un angolo tra le facce opposte al vertice di 136°, contro la superficie del pezzo in pr ova e
nel calcolare la media aritmetica d delle diagonali dell'impronta lasciata sulla superficie dopo la
rimozione del penetratore.
Il carico di prova è applicato in un tempo compreso tra 2 e 8 s. ed è mantenuto per un tempo compreso
tra 10 e 15 s.
La distanza tra il centro di una qualsiasi impronta e il bordo del pezzo deve essere pari ad almeno:
- 2,5 volte la lunghezza media della diagonale nel caso di acciaio, rame e leghe di rame.
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3 volte la lunghezza media della diagonale nel caso di metalli leggeri, piombo, stagno e loro
leghe.
La distanza tra i centri di due impronte adiacenti deve essere pari ad almeno:
- 3 volte la lunghezza media delle diagonali in caso di acciaio, rame e leghe di rame
- 6 volte la lunghezza media delle diagonali nel caso di metalli leggeri, piombo, stagno e loro
leghe.
Se due impronte hanno dimensioni differenti, la distanza tra loro è calcolata sulla lunghezza media della
diagonale relativa all’impronta maggiore.
Dopo la rimozione della forza F e dopo aver misurato le diagonali dell’impronta lasciata sulla superficie
dal penetratore piramidale, si produce al calcolo della durezza Vickers del materiale in esame utilizzando
la seguente formula:
HV= 0.1891* F/d^2
Dove sono noti F e d, media aritmetica tra le diagonali dell’impronta.
3. Dal progetto al prodotto
Fase progettuale
Disegno dei provini unificati al CAD, foglio di lavoro.
Fase esecutiva
Realizzazione dei provini al tornio.
Trattamenti di tempra.
Tavole grafiche
- tavole grafiche -
Materiali utilizzati
Macchina di prova: durometro
Penetratore: di diversa forma, materiale e dimensione in base alla prova da eseguire
1. >790 HV se acciaio temprato
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2. >1500 HV se acciaio duro
(HV = punti di durezza Vickers )
Dispositivo di misura: microscopio (vedi figura) o altro verificati con gli
errori massimi ammessi nei vari campi di misura, esempio:
1. da 0.25 a 0.6 mm Emax=0.0025 mm
2. da 0.6 a 1.2 mm Emax=0.005 mm
Provino: lo spessore minimo del pezzo da provare deve essere almeno 8
volte la profondità dell'impronta.2 cilindri di ferro C35 avz (con 0,35% di
carbonio ad alta velocità di taglio) di Ø60 mm per una lunghezza di 75 mm;
4. Descrizione dell’esperimento
L’attrezzatura fornita servirà a rilevare la durezza di 4 provini da noi realizzati con 2 diversi tipi di acciaio
il C35 ed il C45 con e senza il trattamento termico di tempra. Lo scopo della prova è quello di verificare,
per diversi materiali, l’influenza del trattamento termico sulla durezza del provino, cioè sulla sua
resistenza alla penetrazione.
Per osservare il fenomeno procedi così:
- posiziona il provino in modo stabile;
- prendete il durometro portatile e posizionate la punta contro la superficie del provino;
- premi con forza il durometro contro il provino;
- rileva il valore di durezza nel display del durometro;
- cambia provino ed esegui nuovamente la prova.
Cosa hai osservato?
- quali sono le principali differenze di durezza dei provini?
il processo di tempra influisce nella durezza dei provini e in che modo?...
5. Risultati finali
I dati rilevati nelle 2 prove di durezza sono stati:
Prova di durezza Brinell
Materiale
C35
C45
C35 temprato
C45 temprato
Rilevamento 1
26,7
49,6
74,6
88,3
Rilevamento 2
26,3
50,7
76,1
88,5
Rilevamento 3
26,8
49,0
76,0
88,3
Rilevamento 1
41,2
61,0
78,4
90,7
Rilevamento 2
42,0
61,0
76,5
91,0
Rilevamento 3
43,0
60,8
80,5
90,2
Prova di durezza Rockwell
Materiale
C35
C45
C35 temprato
C45 temprato
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6. Conclusioni
Dai dati rilevati si è constatato che i materiali temprati hanno una resistenza alla penetrazione più
elevata rispetto al materiale non temprato.
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Ringraziamenti
Rivolgiamo un ringraziamento ai professori, ai tecnici e a tutto il personale scolastico che ci ha sostenuto
e ha collaborato al progetto e che si è adoperato per metterci a disposizione, nei tempi richiesti, le
attrezzature e i materiali necessari ai fini della realizzazione del nostro lavoro.
Bibliografia
C. Pidatella, M. Poggi – “Corso di meccanica razionale” – Zanichelli
G. Cornetti – “Unità di Macchine” – il capitello
L. Caligaris, S. Fava, C. Tomasello – “Manuale di meccanica” - HOEPLI
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