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Categoria: Test di graffiatura | Durezza del graffio

 

Durezza al graffio ad alta temperatura con un tribometro

DUREZZA AI GRAFFI AD ALTA TEMPERATURA

UTILIZZANDO UN TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE, PhD

INTRODUZIONE

La durezza misura la resistenza dei materiali alla deformazione permanente o plastica. Originariamente sviluppato dal mineralogista tedesco Friedrich Mohs nel 1820, il test di durezza al graffio determina la durezza di un materiale ai graffi e all'abrasione dovuti all'attrito di un oggetto appuntito.1. La scala di Mohs è un indice comparativo piuttosto che una scala lineare, pertanto è stata sviluppata una misurazione della durezza da graffio più accurata e qualitativa, descritta nella norma ASTM G171-03.2. Misura la larghezza media del graffio creato da uno stilo di diamante e calcola il numero di durezza del graffio (HSP).

IMPORTANZA DELLA MISURAZIONE DELLA DUREZZA DEI GRAFFI ALLE ALTE TEMPERATURE

I materiali vengono selezionati in base ai requisiti di servizio. Per le applicazioni che comportano variazioni significative di temperatura e gradienti termici, è fondamentale studiare le proprietà meccaniche dei materiali alle alte temperature per essere pienamente consapevoli dei limiti meccanici. I materiali, soprattutto i polimeri, di solito si ammorbidiscono alle alte temperature. Molti guasti meccanici sono causati da deformazioni per scorrimento e fatica termica che avvengono solo a temperature elevate. Pertanto, è necessario disporre di una tecnica affidabile per la misurazione della durezza alle alte temperature, al fine di garantire una corretta selezione dei materiali per le applicazioni ad alta temperatura.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, il tribometro NANOVEA T50 misura la durezza al graffio di un campione di Teflon a diverse temperature, dalla temperatura ambiente a 300ºC. La capacità di eseguire misurazioni della durezza ai graffi ad alta temperatura rende NANOVEA Tribometro un sistema versatile per valutazioni tribologiche e meccaniche di materiali per applicazioni ad alta temperatura.

NANOVEA

T50

SAPERNE DI PIÙ

CONDIZIONI DI PROVA

Il tribometro standard a peso libero NANOVEA T50 è stato utilizzato per eseguire i test di durezza da graffio su un campione di Teflon a temperature comprese tra la temperatura ambiente (RT) e i 300°C. Il teflon ha un punto di fusione di 326,8°C. È stato utilizzato uno stilo conico in diamante con angolo di apice di 120° e raggio di punta di 200 µm. Il campione di teflon è stato fissato sullo stadio rotante con una distanza di 10 mm dal centro dello stadio. Il campione è stato riscaldato da un forno e testato alle temperature di RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C e 300°C.

PARAMETRI DEL TEST

della misurazione della durezza da graffio ad alta temperatura

FORZA NORMALE 2 N
VELOCITÀ DI SCORRIMENTO 1 mm/s
DISTANZA DI SCORRIMENTO 8 mm per temperatura
ATMOSFERA Aria
TEMPERATURA RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

RISULTATI E DISCUSSIONE

I profili delle tracce di graffio del campione di teflon a diverse temperature sono mostrati nella FIGURA 1, per confrontare la durezza del graffio a diverse temperature elevate. L'accumulo di materiale sui bordi della traccia di graffio si forma quando lo stilo viaggia con un carico costante di 2 N e colpisce il campione di Teflon, spingendo e deformando lateralmente il materiale nella traccia di graffio.

Le larghezze delle tracce di graffio misurate e i numeri di durezza di graffio calcolati (HSP) sono riassunti e confrontati nella FIGURA 3. L'ampiezza della traccia di graffio misurata al microscopio è in accordo con quella misurata con il profilatore NANOVEA - il campione di Teflon mostra un'ampiezza di graffio maggiore a temperature più elevate. La larghezza della traccia del graffio aumenta da 281 a 539 µm quando la temperatura passa da RT a 300oC, con una conseguente diminuzione dell'HSP da 65 a 18 MPa.

La durezza da graffio a temperature elevate può essere misurata con elevata precisione e ripetibilità utilizzando il tribometro NANOVEA T50. Questa soluzione rappresenta un'alternativa alle altre misure di durezza e rende i tribometri NANOVEA un sistema più completo per le valutazioni tribomeccaniche ad alta temperatura.

FIGURA 1: Profili delle tracce di graffio dopo i test di durezza a diverse temperature.

FIGURA 2: Tracce di graffi al microscopio dopo le misurazioni a diverse temperature.

FIGURA 3: Evoluzione della larghezza della traccia del graffio e della durezza del graffio in funzione della temperatura.

CONCLUSIONE

In questo studio, mostriamo come il tribometro NANOVEA misura la durezza da graffio a temperature elevate, in conformità con la norma ASTM G171-03. Il test di durezza da graffio a carico costante fornisce una soluzione alternativa e semplice per confrontare la durezza dei materiali utilizzando il tribometro. La capacità di eseguire misure di durezza da graffio a temperature elevate rende il tribometro NANOVEA uno strumento ideale per valutare le proprietà tribomeccaniche ad alta temperatura dei materiali.

Il tribometro NANOVEA offre anche test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. È disponibile un profilatore 3D senza contatto opzionale per l'acquisizione di immagini 3D ad alta risoluzione delle tracce di usura, oltre ad altre misure di superficie come la rugosità.

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Test di graffiatura di metalli e polimeri: Esperimenti e calcoli numerici". Wear 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Metodo di prova standard per la durezza al graffio dei materiali utilizzando uno stilo diamantato".

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Misurazione della durezza dei graffi mediante tester meccanico

MISURA DELLA DUREZZA DEI GRAFFI

CON UN TESTER MECCANICO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

In generale, le prove di durezza misurano la resistenza dei materiali alla deformazione permanente o plastica. Esistono tre tipi di misure di durezza: la durezza da graffio, la durezza da indentazione e la durezza da rimbalzo. La prova di durezza al graffio misura la resistenza di un materiale ai graffi e all'abrasione dovuti all'attrito di un oggetto appuntito1. È stato originariamente sviluppato dal mineralogista tedesco Friedrich Mohs nel 1820 ed è ancora ampiamente utilizzato per classificare le proprietà fisiche dei minerali2. Questo metodo di prova è applicabile anche a metalli, ceramiche, polimeri e superfici rivestite.

Durante la misurazione della durezza da graffio, uno stilo diamantato di geometria specifica graffia la superficie di un materiale lungo un percorso lineare sotto una forza normale costante e a velocità costante. La larghezza media del graffio viene misurata e utilizzata per calcolare il numero di durezza del graffio (HSP). Questa tecnica fornisce una soluzione semplice per scalare la durezza di diversi materiali.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, il tester meccanico NANOVEA PB1000 è stato utilizzato per misurare la durezza da graffio di diversi metalli in conformità con la norma ASTM G171-03.

Allo stesso tempo, questo studio mette in mostra la capacità del NANOVEA Collaudatore meccanico nell'eseguire misurazioni della durezza ai graffi con elevata precisione e riproducibilità.

NANOVEA

PB1000

SAPERNE DI PIÙ
nanoindentatore e tester per graffi Nanovea PB1000

CONDIZIONI DI PROVA

Il tester meccanico NANOVEA PB1000 ha eseguito prove di durezza al graffio su tre metalli lucidati (Cu110, Al6061 e SS304). È stato utilizzato uno stilo conico in diamante con angolo di apice di 120° e raggio di punta di 200 µm. Ogni campione è stato graffiato tre volte con gli stessi parametri di prova per garantire la riproducibilità dei risultati. I parametri di prova sono riassunti di seguito. È stata eseguita una scansione del profilo a un basso carico normale di 10 mN prima e dopo la test di graffiatura per misurare la variazione del profilo superficiale del graffio.

PARAMETRI DEL TEST

FORZA NORMALE

10 N

TEMPERATURA

24°C (RT)

VELOCITÀ DI SCORRIMENTO

20 mm/min

DISTANZA DI SCORRIMENTO

10 mm

ATMOSFERA

Aria

RISULTATI E DISCUSSIONE

Le immagini delle tracce dei graffi di tre metalli (Cu110, Al6061 e SS304) dopo i test sono mostrate nella FIGURA 1, al fine di confrontare la durezza dei graffi dei diversi materiali. La funzione di mappatura del software NANOVEA Mechanical è stata utilizzata per creare tre graffi paralleli testati nelle stesse condizioni in un protocollo automatizzato. La larghezza della traccia di graffio misurata e il numero di durezza di graffio calcolato (HSP) sono riassunti e confrontati nella TABELLA 1. I metalli mostrano una diversa larghezza della traccia di usura. I metalli mostrano larghezze della traccia di usura diverse, pari a 174, 220 e 89 µm per Al6061, Cu110 e SS304, rispettivamente, con un HSP calcolato di 0,84, 0,52 e 3,2 GPa.

Oltre alla durezza del graffio calcolata in base alla larghezza della traccia del graffio, l'evoluzione del coefficiente di attrito (COF), della profondità reale e dell'emissione acustica sono state registrate in situ durante la prova di durezza del graffio. In questo caso, la profondità reale è la differenza di profondità tra la profondità di penetrazione dello stilo durante il test di graffiatura e il profilo della superficie misurato nel pre-scan. La FIGURA 2 mostra a titolo di esempio la COF, la profondità reale e l'emissione acustica di Cu110. Queste informazioni forniscono informazioni sui guasti meccanici che si verificano durante il graffio, consentendo agli utenti di rilevare i difetti meccanici e di indagare ulteriormente sul comportamento del graffio del materiale testato.

I test di durezza al graffio possono essere eseguiti in un paio di minuti con elevata precisione e ripetibilità. Rispetto alle procedure di indentazione convenzionali, il test di durezza al graffio di questo studio fornisce una soluzione alternativa per la misurazione della durezza, utile per il controllo di qualità e lo sviluppo di nuovi materiali.

Al6061

Cu110

SS304

FIGURA 1: Immagine al microscopio delle tracce di graffio dopo il test (ingrandimento 100x).

 Larghezza della traccia del graffio (μm)HSp (GPa)
Al6061174±110.84
Cu110220±10.52
SS30489±53.20

TABELLA 1: Riepilogo della larghezza della traccia del graffio e del numero di durezza del graffio.

FIGURA 2: Evoluzione del coefficiente di attrito, della profondità reale e delle emissioni acustiche durante la prova di durezza del graffio su Cu110.

CONCLUSIONE

In questo studio abbiamo dimostrato la capacità del NANOVEA Mechanical Tester di eseguire prove di durezza da graffio in conformità alla norma ASTM G171-03. Oltre all'adesione del rivestimento e alla resistenza ai graffi, il test di graffiatura a carico costante fornisce una soluzione alternativa e semplice per confrontare la durezza dei materiali. A differenza dei tradizionali tester di durezza a graffio, i tester meccanici NANOVEA offrono moduli opzionali per il monitoraggio dell'evoluzione del coefficiente di attrito, dell'emissione acustica e della profondità reale in situ.

I moduli Nano e Micro di un tester meccanico NANOVEA includono modalità di indentazione, graffio e usura conformi agli standard ISO e ASTM, fornendo la più ampia e semplice gamma di test disponibili in un unico sistema. La gamma impareggiabile di NANOVEA è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà meccaniche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri, tra cui durezza, modulo di Young, tenacità alla frattura, adesione, resistenza all'usura e molte altre.

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Uno sguardo migliore alle lenti in policarbonato

Uno sguardo migliore alle lenti in policarbonato Per saperne di più
 
Le lenti in policarbonato sono comunemente utilizzate in molte applicazioni ottiche. L'elevata resistenza agli urti, il peso ridotto e il costo contenuto della produzione in grandi volumi le rendono più pratiche del vetro tradizionale in diverse applicazioni [1]. Alcune di queste applicazioni richiedono criteri di sicurezza (ad esempio, occhiali di sicurezza), complessità (ad esempio, lenti Fresnel) o durata (ad esempio, lenti per semafori) che sono difficili da soddisfare senza l'uso della plastica. La capacità di soddisfare in modo economico molti requisiti, mantenendo allo stesso tempo qualità ottiche sufficienti, fa sì che le lenti in plastica si distinguano nel loro campo. Anche le lenti in policarbonato hanno dei limiti. La principale preoccupazione dei consumatori è la facilità con cui si possono graffiare. Per ovviare a questo inconveniente, si possono eseguire processi aggiuntivi per applicare un rivestimento antigraffio. Nanovea analizza alcune importanti proprietà delle lenti in plastica utilizzando i nostri tre strumenti metrologici: Profilometro, Tribometro, e Collaudatore meccanico.   Clicca per saperne di più!
Tribologia ad alta temperatura

Durezza del graffio ad alta temperatura con il tribometro

I materiali vengono selezionati in base ai requisiti di servizio. Per le applicazioni che comportano variazioni significative di temperatura e gradienti termici, è fondamentale studiare le proprietà meccaniche dei materiali alle alte temperature per essere pienamente consapevoli dei limiti meccanici. I materiali, soprattutto i polimeri, di solito si ammorbidiscono alle alte temperature. Molti guasti meccanici sono causati da deformazioni per scorrimento e fatica termica che avvengono solo a temperature elevate. Per questo motivo, è necessario disporre di una tecnica affidabile per misurare la durezza da graffio ad alta temperatura, al fine di garantire una corretta selezione dei materiali per le applicazioni ad alta temperatura.

Durezza del graffio ad alta temperatura con il tribometro

 

Misura della durezza del graffio con il tribometro

In questo studio, la Nanovea Tribometro viene utilizzato per misurare la durezza dei graffi di diversi metalli. Il
La capacità di eseguire la misurazione della durezza da graffio con elevata precisione e riproducibilità rende
Nanovea Tribometer è un sistema più completo per le valutazioni tribologiche e meccaniche.

Misura della durezza del graffio con il tribometro

Proprietà meccaniche e tribologiche della fibra di carbonio

In combinazione con il test di usura di Tribometro e l'analisi della superficie mediante profilometro ottico 3D, abbiamo
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con proprietà meccaniche direzionali.

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In questa applicazione il Nanovea ST400 Profilometer è utilizzato per misurazione della profondità di una fila di micrograffi creati utilizzando Nanovea Collaudatore meccanico in modalità graffio. In pochi secondi il Profilometro, con un solo passaggio di linea in modalità 2D, fornisce la misurazione di area e profondità.

Misura della profondità dei micrograffi con la profilometria 3D

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