PROVE TECNOLOGICHE NON DISTRUTTIVE

Non esiste solo questo tipo di prove ma anche distruttive, meccaniche.
Prova di tipo tecnologico: il risultato è un numero dimensionale chiamato indice;
Prova di tipo meccanico: il risultato formato da U.M.
Esempio: Tecnologico: HBS 80, HBS=40  confrontando non si può dire che 80 è il doppio di 40 ma solo che il materiale 80 è più duro dell’altro.
Esempio: Meccanico: ơR=400[N/mm2], ơR’=200[N/mm2] → il materiale resiste 2 volte in più rispetto all’altro.

La prova tecnologica non distruttiva è di tipo convenzionale, cioè bisogna condurla secondo regole ben precise dettate dalla UNI (se fatta con un altro sistema sarà diverso il risultato rispetto ad altri sistemi) che prevede: carichi di F, =tempo, =macchine.

Vantaggi:
* ) Il provino non si rompe e quindi è riutilizzabile;
* ) Faccio più di una prova;
* ) Le prove sono veloci da eseguire;
* ) Prove automatizzate.


Svantaggi:
* ) Con questo tipo di prova non si hanno molte informazioni quindi è necessario eseguire altre prove per avere informazioni più esaurienti;
* ) Queste prove sono molto sensibili alle condizioni con cui si eseguono.


Proprietà di un materiale: DUREZZA
Il concetto di durezza è molto ampio e si può distinguere in (non sono tre cose diverse):
* ) Durezza fisica:capacità di un corpo alla deformazione elasto-plastica.
* ) Durezza mineralogica: capacità di un corpo a resistere alla scalfittura di un altro materiale.
* ) Durezza metallurgica: capacità di un corpo a resistere alla penetrazione di un altro corpo.


La durezza metallurgica consiste nella penetrazione del penetratore (materiale duro) in un corpo lasciando un’impronta che stabilisce l’indice di durezza. Quest’ ultimo può essere:
* ) Statico: applicazione di un carico F di intensità costante in un tempo sufficientemente lungo,anche se in realtà F varia lentamente nel tempo.
* ) Dinamico: la variazione di F è veloce (es: urto), bisogna misurare l’altezza del rimbalzo.


Modalità di durezza:
* ) Macrodurezza: è la durezza che prende una superficie ampia (visibile ad occhio nudo). F = 2 ÷ 30000 [N] (intensità di carico).
* ) Microdurezza: valutazione della durezza rispetto a un cristallo o comunque qualcosa di tagliente che non è visibile ad occhio nudo.


La macrodurezza può essere valutata secondo tre prove (mezzi e modalità ≠,= principio):
* ) Durezza Brinell
* ) Durezza Vickers
* ) Durezza Rockwell



DUREZZA BRINELL

È dettata della UNI 10003-1. la macchina per la durezza è dotata di supporti per il pezzo, penetratore a forma di sfera (diametro unificato) acciaio temprato o duro, manovella per regolazione penetratore e per applicazione forza.
Il risultato sarà un’impronta a forma di calotta sferica (porzione di sfera) che sarà misurato nel proiettore di profili.
HB è un parametro adimensionale per convenzione da dopo UNI, prima aveva una unità di misura Kg/mm2. Perché ci sia una prova ideale è necessario che d/D=0.25:0.60 (prova regolare), mentre l’angolo di incidenza della sfera ≈ 136° ma sono accettati i valori ≈160° : 106° (prova regolare).
Se il rapporto d/D<0.25 ->impronta piccola, F piccola,mentre d/D >0.60->impronta grande, F grande.

Il pezzo penetrato dal penetratore,subisce due deformazioni:la prima è quella elastica (si risolve), la seconda è quella plastica (deformazione permanente) dove in entrambe, la superficie, reagisce con l’includimento (la superficie si indurisce variando la durezza) o con rifollamento (zone vicino all’impronta si innalzano e si induriscono). Questi due fenomeni dipendono dall’intensità di schiacciamento :se schiaccio poco non c’è neanche quasi l’impronta, abbiamo una sola deformazione elastica a tutte e due con un successivo restringimento dell’impronta , se schiaccio troppo la durezza sarà maggiore.

Es. F1=1000 S1=100 HB=10 F1≠ F2

F2=2000 S2=200 S1 S2

Se la forza raddoppia non è detto che anche la superficie deve raddoppiare, la superficie reagisce diversamente rispetto ai carichi.

Il risultato della prova è: HBWS D/m/t n
HB:Durezza Brinell
S/W : materiale della sfera, S (sfera in acciaio) o W (acciaio duro o carburo), quest’ultimo è acciaio già lega di ferro e carbonio con altri elementi che danno durezza e non resistenza al materiale.
D/m/t = questa “formula” può essere non espressa se standard e significa D -> diametro sfera, m -> massa, t-> tempo. Standard 10/30/8.
n: numero della durezza.

Modalità per eseguire la prova:
Il penetratore, comprimendo il pezzo dà una deformazione e la parte del pezzo intorno subisce anch’essa una modifica.
Per questo motivo lo spessore del pezzo deve essere grande perché se piccolo la deformazione si limita a quel poco e la durezza è sbagliata ->V piccola.
S ≈8h
Un altro problema è la distanza dal bordo e da un’altra impronta per eseguire un provino.
Se si esegue un’impronta in un provino bisogna che sia distanziata dal bordo perché l’energia adoperata si concentra solo nella parte opposta il bordo e non in modo omogeneo. Uguale per la distanza di due impronte (interasse) perché, se si esegue un’impronta vicino ad un’altra, l’energia si concentra nell’impronta vicina. Norme bordo, interasse, per sicurezza anche più ampi i valori.


Disegno provino

Per eseguire la prova si posiziona il penetratore al centro del pezzo distante da bordo e da impronta. Applicare al pezzo un carico da 0 al valore massimo per 2 : 8 secondi e mantenerlo per 10 : 15 secondi. Misurare l’impronta ( i due diametri perpendicolari tra loro). Eseguire due prove per evitare zone di materiale omogeneo. La tolleranza è di ±0.01 : materiale duro, impronta piccola -> tolleranza precisa; materiale tenero , impronta grande -> tolleranza non problema.
Temperatura prova: T = 10 : 35° C (prova normale) T = 23 ± 5°C (prova speciale) per evitare la dilatazione del materiale.
Elasticità: i metalli sono una scelta di elementi chimici che formano un legame metallico (ogni atomo degli elementi,si dispone nel reticolo e gli orbitali incompleti completano il livello.


Disegno reticoli

I metalli tendono a perdere gli elettroni, atomi con carica positiva -> ione, si dispongono nel reticolo -> equilibrio. Ci sono forze che tendono a deformare il reticolo in modo che A (ione) vada in A’ -> forza piccola. Poi però A’, fuori equilibrio vuole tornare in A -> deformazione elastica. Se la forza è maggiore A va in B e C resta –> deformazione plastica.


Disegno prova sfera Brinell




La sfera penetra nel pezzo
D = diametro sfera; d = diametro impronta(cerchio dall’alto)h = altezza impronta
Durezza Brinell: HB = F / S
HB: durezza Brinell
F: forza applicata al pezzo
S: superficie calotta
Per calcolare S non abbiamo una strumento ma ci serviamo di un sistema indiretto (calcoli)
S = π * D * h dove h non è possibile calcolarlo con strumento.

BD = √(altezza impronta)
AB2 = AC2 – CB2
AB = √AC2 – CB2
AB = √ (D/2)2 – (d/2)2 = D/2 - h
h = - √ (D/2)2 – (d/2)2 + D/2 = D/2 –  (D2 – d2) / 4 = D/2 – ½ D2-d2 = ½ (D – D2 – d2)
HB = F/S = F/(π * D * h) = F/ π * D * ½ (D – √D2 – d2) = 2F*/ π * D (D – √D2 – d2) in kg
Kg → N aggiungere 0,102(1/9,81)
HB è un parametro adimensionale per convenzione da dopo UNI, prima aveva una unità di misura Kg/mm2. Perché ci sia una prova ideale è necessario che d/D=0.25:0.60 (prova regolare), mentre l’angolo di incidenza della sfera ≈ 136° ma sono accettati i valori ≈160° : 106° (prova regolare).
Se il rapporto d/D<0.25 ->impronta piccola, F piccola,mentre d/D >0.60->impronta grande, F grande.

Il pezzo penetrato dal penetratore,subisce due deformazioni:la prima è quella elastica (si risolve), la seconda è quella plastica (deformazione permanente) dove in entrambe, la superficie, reagisce con l’includimento (la superficie si indurisce variando la durezza) o con rifollamento (zone vicino all’impronta si innalzano e si induriscono). Questi due fenomeni dipendono dall’intensità di schiacciamento :se schiaccio poco non c’è neanche quasi l’impronta, abbiamo una sola deformazione elastica a tutte e due con un successivo restringimento dell’impronta , se schiaccio troppo la durezza sarà maggiore.

Es. F1=1000 S1=100 HB=10 F1≠ F2
F2=2000 S2=200 S1 S2

Se la forza raddoppia non è detto che anche la superficie deve raddoppiare, la superficie reagisce diversamente rispetto ai carichi.

Il risultato della prova è: HBWS D/m/t n
HB:Durezza Brinell
S/W : materiale della sfera, S (sfera in acciaio) o W (acciaio duro o carburo), quest’ultimo è acciaio già lega di ferro e carbonio con altri elementi che danno durezza e non resistenza al materiale.
D/m/t = questa “formula” può essere non espressa se standard e significa D -> diametro sfera, m -> massa, t-> tempo. Standard 10/30/8.
n: numero della durezza.

Modalità per eseguire la prova:
Il penetratore, comprimendo il pezzo dà una deformazione e la parte del pezzo intorno subisce anch’essa una modifica.
Per questo motivo lo spessore del pezzo deve essere grande perché se piccolo la deformazione si limita a quel poco e la durezza è sbagliata ->V piccola.
S ≈8h
Un altro problema è la distanza dal bordo e da un’altra impronta per eseguire un provino.
Se si esegue un’impronta in un provino bisogna che sia distanziata dal bordo perché l’energia adoperata si concentra solo nella parte opposta il bordo e non in modo omogeneo. Uguale per la distanza di due impronte (interasse) perché, se si esegue un’impronta vicino ad un’altra, l’energia si concentra nell’impronta vicina. Norme bordo, interasse, per sicurezza anche più ampi i valori.
Durezza Vickers

la durezza Vickers rispetta le condizioni di idealità della Brinell perché è precisa.

vantaggi:
· il campo di applicazione è vasto rispetto alla Brinell che è condizionata dai dati della sfera, penetratore, carico, ..
· l’impronta è sempre ideale
· il carico F può avere, in teoria, qualsiasi valore perché la Vickers risulta sempre uguale
· il carico della prova è basso quindi è possibile sottoporre qualsiasi materiale

svantaggi:
· per fare la prova bisogna che la superficie del pezzo abbia una buona finitura, non deve essere rugosa
· l’impronta essendo piccola, c’è il rischio che il ritorno elastico (recupero) sai significativo (diminuisce misura dell’impronta). nella Brinell non c’è questo problema.

Penetratore:
il penetratore non è a sfera perché altrimenti ci sarebbe lo stesso problema della Brinell, quindi è a forma di piramide a base quadrata

disegno penetratore

impronta a forma piramidale angolo 136° sempre rispettato perché è uguale del penetratore, per fare ciò si applica un carico di 294,2 [N] per un tempo di 10 ¸ 15 [s] (dipende dal materiale). Poi il pezzo o meglio l’impronta viene “analizzata” sul proiettore di profili misurando le due diagonali e facendo la media per ridurre l’errore. L’impronta è piccola perché la forza è bassa. L’angolo tra le due facce è 136°.

Operazione:


inserire formule per calcolare la durezza



Distanza bordo e interasse:
B, I > 4d (diagonale)

La superficie non deve essere rugosa e non ossidata, per eseguire materiali particolari il pezzo non deve essere riscaldato perché l’impronta si può dilatare date le dimensioni. Con la Vickers è possibile eseguire impronte su curve perchè l’impronta è piccola e il tratto su cui la si esegue è quasi rettilineo.

Isotropo e Anisotropo:
Nel primo caso è la proprietà di un materiale che quando viene allungato con forza F, si allunga egualmente in tutte le parti (l’impronta è un quadrato) ; invece nel secondo caso è la proprietà di un materiale che si allunga differentemente in verticale rispetto che in orizzontale, si dice che è funzione della direzione (l’impronta è un rombo).
PROVA ROCKWELLL

E’ differente dalle 2 prove. Infatti lo scopo è quello di misurare la profondità dell’ impronta, la macchina è già impostata per questa misura ma in realtà, nel display, modificando la scala degli indicatori e mettendoci la formula possiamo leggere direttamente la durezza rockwell.

Vantaggi:.
* nel display possiamo leggere direttamente il valore della durezza.
* L’ indicatore che indica il valore della durezza, esegue i calcolo correttamente
* Velocità della prova: in 15-20 secondi possiamo conoscere il risultato della durezza
* La prova è adattabile a situazioni diverse


Modalità prova:
Penetratore: può essere un penetratore a cono con angolo al vertice 120°, la durezza è espressa con il simbolo HRC ( HR: durezza Rockwell, C: scala della durezza Rockwell), il carico è diviso in precarico Fo=98N e carico F1=882 N; il penetratore è un cono a punta perfetta ma è arrotondata perché si spacca.
Il penetratore può essere a forma di sfera con d1=1.58 mm oppure d2= 3.175 mm, la sfera è acciaio duro con HV 850, la durezza è espressa con il simbolo HRB, il carico in precarico Fo= 98N e carico F1=1471 N .

Prova: è suddivisa in 4 fasi:
Disegno quattro fasi 1 applica il precarico di 98N (10kg) come 1° penetrazione con lo scopo
di eliminare il ritorno elastico. Importante per misura h.
2 applica il carico F1 → Fo + F1 per 2-8 secondi con una deformazione
plastica. Il carico va da Fo a F1 ( valore massimo )
* permanenza carico per 4-2 secondi
* elimina F1 e resta Fo, il recupero non è uguale a 1.



Ora bisogna calcolare h che è la differenza tra lo posizione iniziale 1 ( quota dopo la deformazione elastica ) la posizione finale 4 ( dopo recupero elastico). Il valore h deve essere preciso, errore massimo consentito è +/- 0.001 mm, cioè un micron ma per il soggetto non è un problema perché la macchina è già impostata.
Formule:

HRB= 130- ( h / 0.02 ) HRC= 100- ( h / 0.02 )

La profondità del provino deve essere:
s>10h ( cono ) s>15h ( sfera )
La superficie del provino dev’ essere liscia ( non grezza ):
B>2.5d e >1 mm I>4d e > 2 mm

Durezza Vickers

la durezza Vickers rispetta le condizioni di idealità della Brinell perché è precisa.

vantaggi:
· il campo di applicazione è vasto rispetto alla Brinell che è condizionata dai dati della sfera, penetratore, carico, ..
· l’impronta è sempre ideale
· il carico F può avere, in teoria, qualsiasi valore perché la Vickers risulta sempre uguale
· il carico della prova è basso quindi è possibile sottoporre qualsiasi materiale

svantaggi:
· per fare la prova bisogna che la superficie del pezzo abbia una buona finitura, non deve essere rugosa
· l’impronta essendo piccola, c’è il rischio che il ritorno elastico (recupero) sai significativo (diminuisce misura dell’impronta). nella Brinell non c’è questo problema.

Penetratore:
il penetratore non è a sfera perché altrimenti ci sarebbe lo stesso problema della Brinell, quindi è a forma di piramide a base quadrata

disegno penetratore

impronta a forma piramidale angolo 136° sempre rispettato perché è uguale del penetratore, per fare ciò si applica un carico di 294,2 [N] per un tempo di 10 ¸ 15 [s] (dipende dal materiale). Poi il pezzo o meglio l’impronta viene “analizzata” sul proiettore di profili misurando le due diagonali e facendo la media per ridurre l’errore. L’impronta è piccola perché la forza è bassa. L’angolo tra le due facce è 136°.

Operazione:


inserire formule per calcolare la durezza



Distanza bordo e interasse:

B, I > 4d (diagonale)

La superficie non deve essere rugosa e non ossidata, per eseguire materiali particolari il pezzo non deve essere riscaldato perché l’impronta si può dilatare date le dimensioni. Con la Vickers è possibile eseguire impronte su curve perchè l’impronta è piccola e il tratto su cui la si esegue è quasi rettilineo.

Isotropo e Anisotropo:
Nel primo caso è la proprietà di un materiale che quando viene allungato con forza F, si allunga egualmente in tutte le parti (l’impronta è un quadrato) ; invece nel secondo caso è la proprietà di un materiale che si allunga differentemente in verticale rispetto che in orizzontale, si dice che è funzione della direzione (l’impronta è un rombo).

PROVA ROCKWELLL

E’ differente dalle 2 prove. Infatti lo scopo è quello di misurare la profondità dell’ impronta, la macchina è già impostata per questa misura ma in realtà, nel display, modificando la scala degli indicatori e mettendoci la formula possiamo leggere direttamente la durezza rockwell.

Vantaggi:.

nel display possiamo leggere direttamente il valore della durezza.
L’ indicatore che indica il valore della durezza, esegue i calcolo correttamente
Velocità della prova: in 15-20 secondi possiamo conoscere il risultato della durezza
La prova è adattabile a situazioni diverse

Modalità prova:
Penetratore: può essere un penetratore a cono con angolo al vertice 120°, la durezza è espressa con il simbolo HRC ( HR: durezza Rockwell, C: scala della durezza Rockwell), il carico è diviso in precarico Fo=98N e carico F1=882 N; il penetratore è un cono a punta perfetta ma è arrotondata perché si spacca.
Il penetratore può essere a forma di sfera con d1=1.58 mm oppure d2= 3.175 mm, la sfera è acciaio duro con HV 850, la durezza è espressa con il simbolo HRB, il carico in precarico Fo= 98N e carico F1=1471 N .

Prova: è suddivisa in 4 fasi:
Disegno quattro fasi 1 applica il precarico di 98N (10kg) come 1° penetrazione con lo scopo
di eliminare il ritorno elastico. Importante per misura h.
2 applica il carico F1 → Fo + F1 per 2-8 secondi con una deformazione
plastica. Il carico va da Fo a F1 ( valore massimo )

permanenza carico per 4-2 secondi
elimina F1 e resta Fo, il recupero non è uguale a 1.


Ora bisogna calcolare h che è la differenza tra lo posizione iniziale 1 ( quota dopo la deformazione elastica ) la posizione finale 4 ( dopo recupero elastico). Il valore h deve essere preciso, errore massimo consentito è +/- 0.001 mm, cioè un micron ma per il soggetto non è un problema perché la macchina è già impostata.
Formule:

HRB= 130- ( h / 0.02 ) HRC= 100- ( h / 0.02 )

La profondità del provino deve essere:
s>10h ( cono ) s>15h ( sfera )
La superficie del provino dev’ essere liscia ( non grezza ):
B>2.5d e >1 mm I>4d e > 2 mm









PROVE
Vengono classificate in base alla modalità per eseguire la prova.
Tipologia di prova:

reale: si effettua un test su una macchina che è in funzione ( gli strumenti, es. sensori vengono portati sul luogo del test e si analizzano le vere convenzioni ma la prova è costosa anche se è la migliore. Dipende dalle condizioni meteorologiche.
Simulata : in laboratorio si possono riprodurre le condizioni uguali della prova reale ma in realtà è solo una simulazione ma non è equivalente alla prova reale.
Convenzionale: questo tipo di prova segue delle modalità descritte dalle convenzioni es: norme UNI.La prova è la più utilizzata e meno costosa perchè non occorre spostare strumenti e non serve fare la simulazione. E’ inoltre veloce e semplice da eseguire inoltre è confrontabile da tutti. Oltre alla UNI ( norme Italiane ) – EN ( norma che riprende l’unificazione europea e associata alla UNI anche se non sono proprio uguali ) usate in italia perché tutte le persone la usano, esistono altre norme come la ISO ( standard internazionale ma usata anche in america ), la OIN ( norme tedesche usate perché coprono molti settori ) e la ANSI ( ente normativa in america ). In generale con una di queste norme si coprono i settori interessati.

Variazione carico ( cioè come varia il carico nel tempo in un oggetto di prova )

statica: il valore è costante e varia lentamente nel tempo ( minuti ), es: prova di trazione
dinamica: il carico varia velocemente nel tempo ( secondi o frazioni di secondi ), es: urto
periodica: il carico varia nel tempo ma ritorna in condizione di prima con la stessa frequenza secondo una legge che si ripete all’ infinito
viscosa ( scorrimento ): viscoso: porzione di liquido dotata di attrito interno che trascina ciò che circonda cioè particelle con attrito che si spostano una dietro l’altra. E’ un fenomeno istantaneo. Anche nei solidi esiste ciò ma è un fenomeno lungo e non visibile. Le particelle scorrono per effetto del carico.

Sollecitazioni ( cioè come posso sollecitare l’ oggetto ossia quali forze applico ) :

trazione: preso un oggetto applico due forze uguali e contrarie
flessione: curvatura dell’ oggetto di poco, cioè l’ asse dell’ oggetto si incurva nel piano, applicando due momenti abbiamo una rotazione nel piano dell’ asse.
Torsione: applicate due rotazioni uguali e contrarie, l’ oggetto ruota attorno al proprio asse,generando momenti flettenti.

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