Test di durezza È un metodo utilizzato per verificare la resistenza di un materiale alla deformazione. La prova di durezza Knoop utilizza un penetratore che penetra per circa metà della profondità della prova di durezza Vickers, rendendola adatta a materiali fragili come ceramiche, lamiere sottili e rivestimenti.
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Che cos'è il test di durezza Knoop?
Il test di durezza Knoop, chiamato anche test di microdurezza, è una tecnica di microindentazione utilizzata per misurare la durezza dei materialiQuesto processo si esegue premendo un piccolo e lungo penetratore diamantato sulla superficie di un campione, applicando un carico leggero. La tecnica fu sviluppata nel 1939 da Frederick Knoop e dal suo team presso il National Bureau of Standards, da cui il nome. Viene utilizzata al posto di altri metodi perché consente di trattare materiali molto piccoli senza causare gravi danni.
Il principio di funzionamento
Il principio del test di durezza Knoop è diretto e preciso. Il penetratore viene premuto nel materiale con un carico controllato. Questo forma un'impronta che viene misurata per calcolare la durezza del materiale.
Che cosa è il penetratore Knoop?
L'indentatore Knoop ha la forma di un diamante piramidale con le seguenti caratteristiche:
- Le diagonali lunga e corta hanno un rapporto di differenza di lunghezza di 7 a 1.
- Tra i lati corti si forma un angolo di 130° e tra i lati lunghi un angolo di 172.5°.
Questa forma allungata è ciò che la rende perfetta per misurare piccole caratteristiche e rivestimenti sottili, perché riduce la profondità di penetrazione sfruttando al contempo la lunghezza dell'impronta.
Relazione tra indentazione e durezza
Una volta eseguito il test, si utilizza un microscopio per misurare la lunghezza della diagonale maggiore dell'impronta. Il valore di durezza Knoop (KHN) viene quindi calcolato utilizzando una formula specifica, in cui la durezza è inversamente proporzionale all'area dell'impronta. Vedrete un esempio man mano che procederemo.
Procedura del test di durezza Knoop
Questa procedura inizia con la preparazione del campione, la scelta degli strumenti giusti e poi prosegue con l'indentatura, la misurazione e il calcolo.
Prepara il tuo campione
Pulisci bene il campione, assicurati che sia liscio e posizionalo in modo che non tremi durante la prova, per evitare errori nelle misurazioni.
Scegli l'attrezzatura necessaria
L'attrezzatura necessaria per questa procedura è: una macchina per la microdurezza, un penetratore Knoop graduato, un microscopio e un sistema che consenta di controllare il carico applicato per evitare risultati imprecisi.
Avvia il processo di indentazione
Il carico applicato durante l'indentazione pesa normalmente tra 10 e 1,000 grammi-forza (gf), a seconda del materiale e dello spessore del campione.
Successivamente, utilizza il penetratore Knoop per caricare il campione per circa 10-15 secondi con il carico scelto. Una volta trascorso il tempo di permanenza, rilascia il carico e controlla l'indentatura con il microscopio di precisione.
Prendi le misure e calcola la durezza
Osservando l'impronta al microscopio, misura la diagonale lunga e annota il valore corretto in millimetri. Inserisci questi valori nella formula di Knoop e calcola la durezza del materiale.
Applicazioni del test di durezza Knoop
Il test di Knoop viene utilizzato principalmente per misurare quanto segue:
Rivestimenti sottili: viene utilizzato per testare superfici sottili come strati di ossido e placcature metalliche, come zincatura, cromatura.
Materiali fragili: adatto per ceramica, vetro, carburi e minerali duri in cui gli indentatori tradizionali potrebbero causare crepe.
Parti di microdimensioni – Il test di durezza Knoop è noto per la sua specializzazione nel trattamento di materiali di dimensioni molto ridotte. Per questo motivo, è applicabile in settori come l'ingegneria biomedica, la produzione di semiconduttori e lo sviluppo di strumenti ad alta precisione.
Vantaggi e limiti
Vantaggi
- Rispetto ad altri metodi, provoca danni minimi al campione testato.
- È ideale per misurare pellicole e rivestimenti a strato sottile utilizzati su substrati senza necessariamente perforare il substrato.
- Le misurazioni possono essere ripetute senza problemi, purché vengano seguite tutte le procedure correttamente.
Limiti
- Il procedimento dipende dalla natura della superficie: per ottenere letture precise, la superficie del campione deve essere liscia e lucidata.
- Questo metodo richiede più tempo per essere eseguito, a differenza dei test di macrodurezza.
- L'indentazione viene misurata utilizzando solo la lunghezza della diagonale lunga; ciò potrebbe influire sulla correttezza della lettura quando si testano materiali anisotropi come il legno.
- Sebbene sia ideale per materiali delicati, questo metodo non può essere utilizzato per testare campioni morbidi come la gomma.
Differenza tra i test di durezza Knoop e Vickers
Di seguito è riportato un confronto dettagliato tra knoop e prove di durezza Vickers.
| caratteristica | Nodo | Vickers |
|---|---|---|
| Forma dell'indentatore | Una piramide a forma di diamante allungata | Una forma di diamante ben proporzionata |
| Profondità di indentazione | Una penetrazione superficiale (circa la metà del Vickers) | Una penetrazione più profonda |
| Materiali più adatti per l'uso su | Piccole parti, strati sottili e materiali fragili | Materiali voluminosi con forma e dimensione uniformi in tutto il corpo |
| Misure prese | Utilizza solo la diagonale lunga | Utilizza sia diagonali lunghe che corte |
FAQ
1. Lo spessore del campione è importante?
Sì, secondo l'ASTM, lo spessore del campione dovrebbe essere almeno dieci volte la profondità dell'impronta, mentre l'ISO indica che dovrebbe essere un terzo della lunghezza diagonale misurata. Se questa condizione non viene soddisfatta, le letture saranno errate.
2. L'uso del metodo Knoop dipende dalla lunghezza della diagonale?
Sì, se la lunghezza della diagonale lunga è inferiore a 20 micrometri (20 μm), non è possibile procedere con il test di durezza Knoop. Le letture e i calcoli saranno imprecisi.
3. Esiste un intervallo di carico per il test di durezza Knoop?
Sì, esiste un intervallo di carico per questo metodo. ASTM e ISO indicano che varia da 1 grammo-forza (1 gf) a 2 chilogrammi-forza (2 kgf). Ciò significa che viene utilizzato solo per testare carichi bassi.