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Tutto quello che devi sapere sulla durezza dei materiali

Esplora gli elementi essenziali della durezza dei materiali, inclusi i tipi, i metodi di prova e i fattori che la influenzano, nella produzione e nell'ingegneria.
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È una regola pratica considerare l'ambiente funzionale in cui verrà utilizzata o installata una particolare parte. Scegliere i materiali da utilizzare per la produzione di un prodotto può sicuramente essere complicato, ma l'utilizzo finale è la guida migliore in caso di tale confusione.

Uno degli aspetti più importanti che sono al centro dell’attenzione quando si prendono decisioni di produzione rivoluzionarie è la durezza del materiale. 

La durezza del materiale, a prima vista, può sembrare un concetto scontato, ma il sottofondo di questo aspetto è profondo. In questo articolo scopriremo e analizzeremo l'importanza e i tipi di durezza dei materiali, quindi preparati a essere illuminato!

Cos'è la durezza del materiale?

Come sapete, è importante disporre di materiale in grado di resistere a deformazioni, ammaccature, graffi, ecc. In parole semplici, la durezza del materiale è la misura della resistenza che un materiale ha nei confronti delle forze esterne. Fondamentalmente è come parlare della tenacità di metalli, minerali, plastica, ecc.

Durezza dei materiali

Ad esempio, fai scorrere le dita sulla superficie di un diamante e poi su un pezzo di gesso. Osserverai che il diamante è liscio e il gesso è friabile e irregolare. La differenza nella loro risposta alle forze esterne dice tutto sulla durezza del materiale.

Durezza dell'acciaio nella produzione di stampi

La durezza dell'acciaio è un fattore essenziale fabbricazione di stampi. Il motivo è che influisce sulle prestazioni, sulla durata e sulla durata dello stampo. Ora, devi capire che la durezza è un fattore essenziale da considerare quando si sceglie l'acciaio perfetto per lo stampaggio. 

Nella produzione di stampi, è possibile misurare la durezza utilizzando scale come Rockwell (HRC), Brinell (HB) o Vickers (HV). Per l'acciaio, una durezza più elevata garantisce una migliore resistenza all'usura e una maggiore durata dell'utensile.

Ecco alcuni dei più comuni acciaio per stampi e gamme di durezza. Innanzitutto ci sono gli acciai pretemprati (HRC 30-40), adatti a volumi di produzione medio-bassi. Successivamente, ci sono gli acciai temprati (HRC 40-50), che vengono utilizzati per applicazioni di stampaggio generiche. Successivamente troverai un acciaio altamente temprato (HRC 50-60+), utilizzato per la produzione in grandi volumi. 

Puoi scegliere una qualsiasi delle categorie sopra menzionate. Tuttavia, ricorda che se vuoi procedere con lo stampaggio a iniezione e lo stampaggio a compressione, scegli rispettivamente acciaio ad alta tempra e acciaio temprato. L'acciaio a tempra media è adatto per il soffiaggio. 

Alla fine, i trattamenti superficiali possono sempre migliorare la durezza e la qualità dell'usura dello stampo.

Tipi di durezza del materiale

Pertanto, non è sbagliato affermare che la durezza del materiale dipende da fattori come flessibilità, resistenza, deformazione, plasticità, viscosità, ecc. E poiché ogni materiale si comporta in modo diverso, questi sono i diversi tipi di durezza:

Durezza ai graffi

I graffi sono linee nette che si formano quando il materiale duro sfiora un materiale più morbido. Ciò può causare la comparsa di graffi. Diciamo che stai per scartare il tuo telefono nuovo di zecca e sei preoccupato per gli inevitabili graffi. Ora, se il materiale ha una buona proprietà antigraffio, il tuo telefono sarà al sicuro. Tuttavia, il contrario può essere dannoso.

Tipi di durezza del materiale

Esistono molti modi per verificare la resistenza ai graffi del materiale, come la scala di durezza Mohs. Puoi usarlo per minerali o ceramica. Quindi, un materiale con elevata durezza ai graffi può resistere a ogni graffio esposto al sole.

Il vantaggio di avere una resistenza ai graffi è che non dovrai più spendere soldi per le riparazioni. Puoi acquistare un prodotto dall’aspetto nuovo per il resto della tua vita. Se hai ancora dei dubbi puoi sempre fare un test di durezza ai graffi e non perdere la superficie liscia.

Durezza di rimbalzo

Il prossimo è la durezza di rimbalzo. Immagina di dribblare un pallone da basket e questo rimbalza. Ora, questo è possibile grazie alla proprietà di durezza di rimbalzo del materiale. Quindi, la durezza del rimbalzo è un po’ come la qualità del rimbalzo, ma per i materiali. 

Fondamentalmente un materiale può assorbire energia quando viene colpito e poi ritornare alla sua forma originale. Ad esempio, la gomma si comprime quando la stringi e poi ritorna alla sua forma originale quando la rilasci. 

Puoi utilizzare i test Charpy e Izod per verificare la durezza di rimbalzo di un materiale. In questo modo puoi verificare quanto bene il materiale può sopportare il colpo e tornare forte. In parole semplici, basta far cadere un martello da una certa altezza e vedere se ritorna allo stesso livello. In caso contrario, probabilmente ha una bassa durezza di rimbalzo. 

Durezza della rientranza

L'esempio perfetto è provare a premere un pollice in un pezzo di pasta. Quindi l'impronta che lascia sull'impasto dà l'idea di quanto l'impasto sia morbido o sodo. Proprio così, la durezza dell'indentazione misura la resistenza del materiale alle forze esterne.

Esistono alcuni test per questo, come i test Brinell e Vickers. Devi solo premere l'oggetto abbastanza forte nel materiale e misurare la rientranza. Di conseguenza, avrai in mano del materiale che non cede sotto pressione, soprattutto in caso di impatto improvviso. 

Fattori che influenzano la durezza del materiale

È sempre importante tenere presente alcuni fattori che possono influenzare la durezza di un materiale e sono:

Struttura di cristallo

Immagina che i materiali siano costituiti da minuscoli mattoncini. Alcuni materiali organizzano questi blocchi in modo pulito e ordinato, come una pila di mattoni ben disposta (struttura cristallina). 

Altri sono un po' più casuali, come un mucchio di Lego sparsi (struttura amorfa). Ora, quando si parla di durezza, il modo in cui questi blocchi sono organizzati è importante. I materiali con piano cristallino tendono ad avere caratteristiche di durezza diverse rispetto a quelli con struttura più casuale.

Granulometria

Pensa ai materiali come se fossero costituiti da tanti piccoli granelli, come una pallina di sabbia. Ora, se questi grani sono grandi, ci saranno meno ostacoli sul loro cammino. Ma se sono piccoli, ci saranno molti piccoli ostacoli. 

Granulometrie più piccole generalmente significano più ostacoli che possono intralciarsi. Ciò significa semplicemente che possono esserci piccoli difetti o irregolarità che possono influenzare il modo in cui i materiali si piegano. Pertanto, più ostacoli spesso comportano una maggiore durezza.

Temperatura

Ora parliamo della temperatura. Immagina il tuo materiale come un gruppo di persone a una festa. A temperature più elevate, è simile a quegli ospiti che si mescolano liberamente e si muovono con facilità, il che aumenta il movimento degli atomi. 

Ma quando le cose si saranno calmate, gli ospiti inizieranno a congelarsi sul posto. Nei materiali, la ridotta mobilità atomica alle basse temperature può renderli più duri. Si può dire che sono diventati più resistenti ai cambiamenti perché gli atomi non possono muoversi così tanto.

Come testare la durezza del materiale?

Anche se hai familiarità con le teorie sulla durezza dei materiali, è importante capire come eseguire i test. Parliamo ora di questi test:

Prova di durezza Rockwell

Prova di durezza Rockwell

Il principio alla base di questo test consiste nel verificare la resistenza del materiale misurando quanto può resistere quando viene pressato con forza. Per questo, puoi utilizzare lo strumento chiamato penetratore. Questo strumento viene utilizzato per verificare fino a che punto può spingere un carico pesante nel materiale.

Per cominciare, utilizzare solo un carico più leggero per garantire che il penetratore sia nel punto giusto. Poi arriva l'evento principale, dove puoi sfruttare il carico pesante. Si prega di osservare la profondità con cui il penetratore penetra nel materiale. 

Tuttavia, esistono diverse scale per analizzare i risultati. Per i materiali duri è possibile utilizzare la scala HRC e per i materiali teneri la scala HRB. Questo test funziona benissimo per metalli e leghe. Ad esempio, puoi assicurarti che il metallo del motore della tua auto o la lega della tua bicicletta siano all'altezza della sfida. 

Prova di durezza Brinell

Il test di durezza Brinell è come dare una stretta amichevole a un materiale e vedere come risponde. Si tratta di verificare la “dentabilità” di un materiale misurando la dimensione dell'ammaccatura. Per questo lavoro è possibile utilizzare uno strumento speciale chiamato penetratore sferico. 

La procedura è semplice; inizia semplicemente premendo una pallina rotonda in un pezzo di materiale. In questo test puoi applicare una quantità nota di pressione al penetratore sferico. Dopo la stampa, dai un'occhiata all'ammaccatura lasciata indietro. È come guardare le conseguenze di un pollice che preme su un impasto. La dimensione di questa ammaccatura è cruciale e viene sempre utilizzata una formula per trasformare questa dimensione in un numero. 

Questo test è come il supereroe dei test di durezza per i metalli. È comunemente usato per verificare quanto sono duri e resistenti i metalli quando subiscono una leggera compressione. Puoi assicurarti che la lega della tua pentola preferita sia in grado di sopportare le pressioni quotidiane a cui potrebbe essere sottoposta.

Prova di durezza Vickers

In questo test è possibile verificare la resistenza di un materiale alla minuscola punta di diamante. Immagina un minuscolo diamante a forma di piramide. Ora, immagina di premere questo diamante in un materiale per vedere come risponde.

Immagina un minuscolo diamante a forma di piramide. Ora, immagina di premere questo diamante in un materiale per vedere come risponde. In parole più semplici, si tratta di misurare la dimensione dell'ammaccatura lasciata da questo piccolo diamante quando incontra un materiale sotto carico.

Innanzitutto, devi applicare un carico a questo minuscolo diamante, un po' come spingerlo delicatamente nel materiale. Pensatelo come il diamante che dà una piccola spinta al materiale. Quando hai finito, dai un'occhiata all'ammaccatura creata. Ora, ecco la parte interessante: misurare le diagonali dell'ammaccatura, un po' come controllare quanto è larga e lunga.

Test di durezza Knoop

Test di durezza Knoop

Questo è un cugino stretto del test Vickers, il test di durezza Knoop. È come un fratello ma con uno strumento dalla forma diversa. Immagina un diamante, ma questa volta ha la forma di un piccolo rombo, non di una piramide. Questo è il penetratore Knoop. Ora premi delicatamente questo diamante unico nel materiale per vedere come reagisce.

Il test Knoop consiste nel misurare l'ammaccatura lasciata da questo diamante romboedrico quando si applica un carico. In questo test, dovresti misurare le diagonali lunga e corta dell'ammaccatura. Inoltre, puoi controllare l'ammaccatura da due diverse angolazioni.

Prova di durezza Shore

Se sei curioso di sapere quanto sia morbida o resistente la custodia in gomma del tuo telefono, allora Shore Hardness Test è la soluzione che fa per te. Questo test è come un leggero colpo per vedere quanto un materiale, specialmente quegli elastomeri e polimeri morbidi (si pensi alla gomma e alla plastica), può sopportare prima di mostrare segni di rientranza.

È come controllare quanto schiaccia il tuo materasso in memory foam quando lo premi. Invece di diamanti o piramidi, qui devi usare uno strumento speciale chiamato durometro. È una sonda amichevole che preme delicatamente nel materiale. 

Il durometro misura quanto il materiale rientra. In questo modo puoi vedere quanto in profondità il tuo dito preme su un pezzo di argilla. A seconda di ciò che stai testando, che si tratti di gomma morbida o plastica resistente, vengono utilizzati righelli o scale diversi. Per i materiali più morbidi c'è la scala Shore A, mentre per quelli più duri c'è la scala Shore D. 

Prova di microdurezza

Immagina quei test, ma ciò che conta è ingrandire i dettagli più piccoli Test di microdurezza È tutto basato su. A differenza di altri test, puoi avere parti piccole e a grana fine invece di trattare pezzi di grandi dimensioni. È identico all'uso di una lente d'ingrandimento per scrutare il mondo microscopico dei materiali.

Invece di un penetratore di dimensioni normali, utilizzane uno piccolo per questo test. È semplicemente come premere un mini diamante o uno strumento romboedrico nel materiale. Dopo la stampa, devi misurare la dimensione della rientranza, ma su una scala molto più piccola. Tutto quello che devi fare è osservare da vicino le piccole impronte lasciate dal minuscolo penetratore.

Ecco la parte interessante: usa le misurazioni per calcolare il numero di durezza Vickers o Knoop. Ti dà un'idea di quanto bene il materiale resiste alla pressione quando hai a che fare con le sue piccole caratteristiche.

Prova di durezza ai graffi

Prendi una chiave o una moneta e grattala contro una superficie. Troverai dei graffi o vedrai che non succede nulla alla superficie. Alla fine, questo test consiste nel capire quanto bene un materiale può resistere ai graffi quando entra in contatto con qualcosa di più duro. 

È come testare lo schermo del telefono contro la chiave dell'auto per vedere se lascia segni. Ad esempio, prendi un materiale più resistente, una specie di epitome con uno scudo inscalfibile. Puoi utilizzare questo materiale più resistente per graffiare il campione che stai testando.

Mentre si gratta, osserva attentamente gli oggetti. Qualsiasi graffio o segno che appare sul campione ti dirà quanto ha resistito alla sfida.

Qual è l'unità di misura della durezza del materiale?

È abbastanza facile confondere le unità di misura di durezza e pressione. L'unità SI della durezza del materiale è Megapascal (MPa). Tuttavia, c’è una differenza: alcuni test sono qualitativi e non hanno unità SI specifiche. Ora, ogni tipo di durezza di cui hai letto prima ha diverse scale di misurazione. Ecco un riepilogo:

Prova di durezzaUnità di misura SI
Scala di durezza MohsQuesto test è qualitativo
Durezza BrinellMegapascal (MPa)
Durezza VickersMegapascal (MPa)
Durezza RockwellNessuno (senza dimensioni)
Test di microdurezzaMegapascal (MPa)
Durezza ShoreNessuno (senza dimensioni)

Parole d'addio!

La conclusione è che comprendere la durezza di un materiale è importante per scegliere il materiale giusto, design del prodotto, ecc. In questo modo puoi avere il controllo su ciò che stai facendo. I recenti progressi stanno migliorando la capacità di essere più precisi con questi test e, se desideri eseguirne uno sotto la guida adeguata, Contattaci!

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