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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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