Prove di durezza Knoop (HK)
Le prove di durezza Knoop sono un'alternativa ai test Vickers nel campo delle micro durezze. Questa pagina descrive in dettaglio il test di durezza Knoop e fornisce informazioni pratiche su come eseguirlo.
Il test di durezza Knoop in sintesi:
- Test di microdurezza utilizzato per materiali fragili, come la ceramica
- Adatto per piccole aree allungate, come i rivestimenti
- Standard applicabili: ASTM E384, ISO 4545, JIS Z 2251.
Il test di durezza Knoop
Il test di durezza Knoop rappresenta un’alternativa alle prove di durezza Vickers nell’ambito della microdurezza e può essere eseguito con lo stesso durometro universale o microdurometro. Viene utilizzato principalmente per evitare la formazione di cricche nei materiali fragili e per facilitare le prove su strati sottili.
Come per i test di durezza Vickers, anche per le prove Knoop si utilizza un penetratore con diamante a forma piramidale. Tuttavia, invece di essere simmetrica, la piramide è allungata. La durezza Knoop (HK) viene determinata mediante misurazione ottica della diagonale maggiore dell'impronta.
Calcolo della durezza Knoop
La durezza Knoop (HK) viene calcolata misurando otticamente la lunghezza della diagonale maggiore dell’impronta lasciata dal penetratore di diamante. L’impronta misurata viene poi convertita in un valore di durezza utilizzando una formula standardizzata o una tabella di riferimento. I moderni durometri calcolano e visualizzano automaticamente il valore HK tramite il software integrato.
HK = 1,451 F/d^2
HK: Durezza Vickers
F: Carico di test (gf)
d: Lunghezza della diagonale maggiore (mm)
- Intervallo di carichi: Da 1 gf fino a 2 kgf
Carichi Knoop
Il test di microdurezza Knoop non dev'essere utilizzato per diagonali inferiori a 20 μm, per evitare imprecisioni.
| STANDARD | INTERVALLO DI CARICHI | |
ISO 4545 |
1 gf - 2 kgf o più |
(0,0098 - 19,613 N) |
ASTM E384 |
1 gf - ≤1 kgf |
(0,0098 - 9,807 N) |
- Durata penetrazione: 10-15 secondi
- Spessore campione ASTM: Almeno 10 volte la profondità di penetrazione
- Spessore campione ISO: Almeno un terzo della diagonale lunga.
Come misurare la durezza Knoop in 6 passaggi
Utilizzare un durometro come DuraVista-40 con tavola motorizzata:
- Posizionare il campione sulla tavola.
- Fare clic e trascinare il mouse per spostare il campione in posizione.
- Premere autofocus oppure utilizzare la rotellina per mettere a fuoco.
- Selezionare il carico di test.
- Selezionare un obiettivo di misurazione.
- Avviare il test.
Spaziatura delle impronte
Un’impronta Knoop non misura soltanto la durezza, ma modifica anche la struttura del materiale nell’area circostante il punto di prova. Per evitare interferenze tra prove adiacenti e garantire valori di durezza precisi, le norme prescrivono distanze minime specifiche tra le impronte.
Distanza dal bordo: ≥ 3,5× la diagonale corta per l'orientamento parallelo oppure ≥ 1× per la diagonale lunga per l'orientamento perpendicolare.
Distanza tra le impronte: ≥ 3,5× la diagonale corta per impronte affiancate oppure ≥ 2× la diagonale lunga per impronte disposte testa a testa. Se le dimensioni differiscono, fare riferimento a quella più grande.
Dimensione delle diagonali
Come per Vickers, le norme per Knoop prescrivono una larghezza minima della diagonale di 20 µm.
Preparazione alla prova di durezza Knoop
Campione
Prima di essere posizionato sul microdurometro, il campione dev'essere preparato adeguatamente. I requisiti per la finitura superficiale dipendono dal carico di prova applicato: quanto più basso è il carico, tanto più fine dev'essere la finitura superficiale.
- La superficie di prova dev'essere lucidata meccanicamente o mediante elettrolucidatura, per garantire una misurazione precisa della piccola impronta Knoop.
Apparecchiatura
Per garantire risultati di durezza affidabili e tracciabili, il durometro Knoop dev'essere sottoposto almeno annualmente a verifica e calibrazione diretta da parte di un laboratorio accreditato. Tra una calibrazione diretta e l’altra, si raccomanda agli operatori di eseguire regolarmente verifiche indirette utilizzando blocchetti di test certificati con valori di durezza noti.
Ambiente
Tra tutti i metodi di test di durezza, il test Knoop, al pari del Vickers, è quello più sensibile a urti e vibrazioni, soprattutto quando si eseguono misurazioni di microdurezza. Per garantire risultati precisi e ripetibili, il durometro dev'essere installato su una superficie rigida e stabile. Le vibrazioni provenienti da macchinari nelle vicinanze, dal passaggio di persone o da altre fonti esterne devono essere ridotte al minimo o, ove possibile, eliminate.
Le norme ISO e ASTM specificano una temperatura di esercizio compresa tra 10 °C e 35 °C.
Operatore
L’operatore è responsabile del corretto posizionamento del campione e deve assicurarsi che rimanga stabile per l’intera durata del ciclo di prova. Per evitare errori di misurazione dovuti alla deformazione del materiale, le impronte devono essere sufficientemente distanziate tra loro e lontane dai bordi del campione.
In linea generale:
- La distanza tra i centri di due impronte adiacenti deve essere almeno pari a 3 volte la lunghezza della diagonale (3d) per gli acciai e le leghe di rame.
- Per i metalli leggeri, la distanza dev'essere almeno 6 volte la lunghezza della diagonale (6d).
- La distanza tra un’impronta e il bordo del provino deve essere compresa tra 2,5d e 3d, dove d è la lunghezza media della diagonale dell’impronta.
Per applicazioni specifiche, consultare sempre gli standard di riferimento per le prove Vickers, per verificare i requisiti relativi alla distanza tra le impronte e le condizioni di test.
Metodo Knoop e materiali ceramici
Per i materiali ceramici, il test Knoop è spesso quello preferito per la misurazione della durezza. La geometria allungata e poco profonda dell’impronta consente di eseguire misurazioni precise, riducendo al minimo il rischio di formazione di cricche, che può verificarsi con impronte più profonde come quelle dei test Vickers.
Poiché le impronte Knoop sono molto piccole, la precisione dei risultati dipende in parte da un’eccellente preparazione del campione. Una lucidatura fine è essenziale per individuare con chiarezza le estremità dell’impronta e ottenere valori di durezza affidabili. Struers ha sviluppato diversi metodi di preparazione specifici per i materiali ceramici, che contribuiscono a garantire risultati di misurazione coerenti e di alta qualità.
Prove di durezza Knoop su rivestimenti e strati superficiali
Il metodo per test di durezza Knoop è particolarmente indicato per la valutazione di rivestimenti e trattamenti superficiali innovativi.
Uno dei principali vantaggi del metodo Knoop è la geometria stretta e allungata dell’impronta. Consente di eseguire misurazioni di durezza in aree troppo ristrette per altri metodi di test, come le sezioni trasversali di campioni rivestiti o gli strati di diffusione.
Poiché l’impronta Knoop rimane relativamente stretta, spesso è possibile utilizzare carichi più elevati senza superare l’area disponibile per il test, come le sezioni trasversali dei rivestimenti. Si ottengono così impronte più grandi, più facili da valutare, per una maggiore affidabilità delle misurazioni di durezza.
Inoltre, il metodo Knoop è ampiamente utilizzato per valutare rivestimenti superficiali sottili. Grazie alla ridotta profondità dell’impronta, la deformazione plastica si concentra principalmente all’interno del rivestimento stesso, minimizzando l’influenza del substrato sottostante, più tenero. Questo rende il metodo Knoop particolarmente indicato per determinare la durezza effettiva dei rivestimenti galvanici, PVD, CVD, anodizzati e di altri rivestimenti superficiali ottenuti mediante trattamenti specifici, nei casi in cui sia necessario evitare l’influenza del substrato. Notare che, in alcuni di questi materiali, il contrasto insufficiente può rendere più difficile la misurazione dell’impronta.
Confronto tra i metodi Knoop e Vickers
Per scegliere tra il metodo di test per microdurezze Knoop e Vickers, è necessario considerare alcuni aspetti.
- Il penetratore Knoop esegue una penetrazione pari a circa la metà della profondità rispetto al Vickers, rendendolo adatto a materiali fragili, come i materiali ceramici.
- Il test Knoop è più sensibile alle condizioni della superficie, poiché il penetratore entra meno in profondità.
- La diagonale maggiore di Knoop è ~3,0 volte più lunga delle diagonali di Vickers. Ciò riduce la possibilità di errore nella lettura dell'impronta Knoop, aspetto importante per le impronte più piccole (come carichi bassi e materiali duri).
- In base alla forma del penetratore, il test Vickers è più adatto per piccole aree arrotondate; il test Knoop invece è più indicato per piccole aree allungate, come i rivestimenti.
- Entrambi i test possono essere eseguiti con gli stessi durometri per test di micro durezza.
Per saperne di più sui Test di durezza Vickers
| Knoop (HK) | Vickers (HV) | |
| Standards | ISO 4545, ASTM E384 | ISO 6507, ASTM E384 |
| Geometria del penetratore | Piramide allungata in diamante, 172º | Piramide simmetrica in diamante, 136º |
| Forma dell'impronta | A rombo, allungata e stretta | Quadrata |
| Misurazione delle diagonali | 1 diagonale | 2 diagonali |
| Profondità dell'impronta | 1/30 della lunghezza della diagonale | 1/7 della lunghezza della diagonale |
| Applicazione principale | Rivestimenti sottili e materiali fragili (ceramiche) | Metodo universale ampiamente riconosciuto, con ampio intervallo di carico. Utilizzato come standard di settore per le misurazioni CHD, NHD e SHD e per le saldature |
| Limiti | Meno frequentemente previsto dalle norme e specifiche tecniche di settore | Le diagonali più piccole, in caso di carichi ridotti, possono comportare maggiore incertezza nella misurazione. |
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