Prova di durezza Rockwell e l'effetto del trattamento sull'acciaio

La prova di durezza è una prova semplice e relativamente economica. Più rapido e meno distruttivo delle prove di trazione, è considerato uno dei test meccanici di maggior valore a disposizione degli ingegneri.

I valori dei test di durezza sono empirici, eppure i risultati forniscono un'ottima correlazione con la resistenza del materiale su un'ampia gamma di materiali. Quando in una prova di durezza viene applicata una forza nota, la quantità di deformazione plastica che il materiale subisce determina il valore di durezza.

Nei test di tipo Rockwell, penetratori caricati di varie dimensioni e forme misurano la durezza. Per questo esperimento, misureremo e confronteremo la durezza dell'acciaio non trattato e trattato termicamente utilizzando il test di durezza Rockwell.

Diversi metodi comuni per misurare la durezza dei metalli includono la durezza Brinell, Vickers, Knoop e Rockwell BNC. Ognuno di questi metodi utilizza un penetratore, a forma di sfera, cono o piramide di diamante.

Viene praticata una rientranza nella superficie di un metallo e viene visualizzata una lettura della durezza. Di questo elenco, il test di durezza Rockwell è il più popolare per gli acciai strutturali. Un tester Rockwell manuale standard è costituito da un sistema di leve per applicare il carico e da una lettura analogica che mostra il numero di durezza.

Nel tipico test Rockwell, viene stabilito un punto zero per tenere conto delle variazioni della superficie applicando un carico preliminare e misurando una profondità di penetrazione iniziale. Successivamente, il carico maggiore viene applicato al penetratore. Infine, il carico viene rimosso e viene misurata la profondità di penetrazione finale. Il comparatore sulla parte superiore della macchina utilizza la differenza tra questi due valori per visualizzare un valore di durezza Rockwell. Più duro è il materiale, meno il penetratore penetrerà, con conseguente valore di durezza Rockwell più elevato. Pertanto, i valori di durezza Rockwell B e Rockwell C si basano sulla profondità di penetrazione, e quindi le macchine di prova vengono calibrate spesso utilizzando blocchi di prova di calibrazione per specifici intervalli di durezza.

I test di durezza Rockwell possono essere utilizzati per valutare come la resistenza di un materiale viene modificata attraverso processi come il trattamento termico o la laminazione a freddo. La laminazione a freddo tende a produrre materiali più resistenti e duri. Il trattamento termico può portare a materiali più morbidi attraverso il riscaldamento ma strutture più dure attraverso la tempra.

Ad esempio, nel test di tempra finale Jominy, un campione cilindrico viene riscaldato in modo uniforme. Un'estremità viene poi spenta con un getto d'acqua. I cambiamenti lungo la lunghezza del provino dall'estremità temprata all'estremità non temprata possono essere osservati nei valori di durezza, che sono rappresentativi dei cambiamenti nella microstruttura.

Nella prossima sezione, misureremo la durezza lungo la lunghezza di un provino in acciaio Jominy End Quench Test per osservare la transizione dall'acciaio non trattato a quello trattato termicamente utilizzando il test di durezza Rockwell.

Prima di iniziare, familiarizzare con la macchina di prova. L'incudine, che può essere sollevata o abbassata dal volantino dell'argano, sostiene un campione sotto il penetratore intercambiabile.

Un carico di prova viene scelto utilizzando il selettore sul lato della macchina e viene applicato ruotando la leva di carico dalla posizione di scarico alla posizione di carico. Il corretto precarico e le misure finali vengono determinate utilizzando il comparatore posto sulla parte superiore della macchina.

Prima di inserire il campione di prova, verificare che il penetratore a cono diamantato Rockwell C sia installato e che il carico di prova sia impostato su 150 chilogrammi. Fissare il campione nella macchina con la superficie piana contro l'incudine. Per questa dimostrazione, utilizzeremo un campione temprato Jominy End che ha subito un trattamento di raffreddamento ad acqua.

Spostare la leva di carico in posizione di scarico, quindi sollevare l'incudine per avvicinare il campione al penetratore. Regolare la posizione del campione in modo che il penetratore si trovi a un sedicesimo di pollice dall'estremità. Quando la posizione è corretta, fissare nuovamente il campione in modo che non si muova durante il test. Ora, solleva nuovamente il campione fino a quando l'ago sul quadrante anteriore inizia a muoversi leggermente, indicando che il contatto con il penetratore è stabilito.

Applicare il precarico continuando a sollevare lentamente il campione fino a quando l'ago sul quadrante non ha completato tre giri completi. Fermati quando l'ago ha completato il terzo giro. Regolare l'anello esterno del comparatore in modo che la lettura iniziale sia zero. Quindi spostare la leva di carico in posizione di carico per applicare il carico di prova. L'ago si assesterà su un nuovo valore man mano che il carico viene applicato. Attendere che smetta di muoversi, quindi riportare la leva di carico in posizione di scarico.

Registrare la durezza Rockwell C dal comparatore e quindi abbassare l'incudine per allontanare il campione dal penetratore. Ripetere questo test lungo la lunghezza del campione. Le linee guida ASTM-A255 specificano che le letture devono essere effettuate a intervalli di un sedicesimo di pollice per il primo mezzo pollice e a intervalli di un ottavo di pollice per il successivo mezzo pollice.

Tracciare la durezza Rockwell del provino in funzione della posizione lungo il provino. La durezza diminuisce nettamente all'aumentare della distanza dall'estremità temprata.

Il test di durezza Rockwell è stato utilizzato per dimostrare che, a causa della velocità di raffreddamento, il cambiamento nella struttura interna del materiale ha influenzato la durezza del materiale, che a sua volta indica la resistenza del materiale.

Ora che apprezzi il test di durezza per la sua facilità d'uso, diamo un'occhiata a come viene applicato per garantire la qualità dei prodotti di uso quotidiano.

I valori di durezza possono essere facilmente convertiti in valori di resistenza utilizzando grafici derivati da equazioni empiriche. Come previsto, i materiali più morbidi hanno valori di resistenza più bassi e i materiali più duri hanno valori di resistenza più elevati. Per questo motivo, i valori di durezza possono essere utilizzati al posto di prove di trazione più costose per prevedere la resistenza delle cose che usiamo ogni giorno.

Basta guardarsi intorno in un barbecue in giardino, si notano molti prodotti ritenuti sicuri grazie ai test di durezza. Sedie da giardino in metallo, griglie sulla griglia in un'ampia gamma di temperature, coltelli in acciaio temprato e la scaletta per piscina in metallo in condizioni acquatiche. Tutti sono stati probabilmente sottoposti a test di durezza per garantire la sicurezza dei consumatori.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE al test di durezza Rockwell. Ora dovresti capire perché le prove di durezza sono comunemente utilizzate, come eseguire le prove di durezza e come analizzare i risultati ottenuti.

Grazie per l'attenzione!