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Tecnologia meccanica - PROVA DI TRAZIONE

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tecnologia meccanica


PROVA DI TRAZIONE














INTRODUZIONE




La conoscenza delle prove dei materiali è uno degli argomenti che si ritengono indispensabili alla formazione di un tecnico destinato ad interpretare, giudicare, programmare, selezionare materiali e metodi di lavorazione.

Tra le principali prove dei materiali possiamo ricordare la prova di trazione, di resilienza , di durezza, di fatica, di usura; naturalmente le prove elencate non sono le uniche, ma rientrano tra le più conosciute. Nella seguente relazione tecnica, ci occuperemmo della prova di TRAZIONE corrispondente alla UNI EN 10002.


GENERALITA’

Ogni qual volta si debba esercitare una misurazione, una lavorazione, un controllo del materiale o quant’altro riguardi il campo della meccanica (e non solo) l’operatore o gli operatori hanno l’obbligo di rispettare le norme UNI e il loro prodotto quindi deve rispondere alle prescrizioni di tali.

Le prove dei materiali si dividono in tre categorie:


  • PRELIMINARI
  • INTERMEDIE
  • DEFINITIVE

queste prove vengono introdotte all’interno del ciclo di lavoro, per fare in modo che il prodotto finito rispetti le normative unificate.


I materiali debbono corrispondere al tipo prestabilito (composizione chimica e strutturale, proprietà fisiche e tecnologiche, rilievo di difetti e anomalie). Queste prove preliminari si eseguono su materiali nelle forme indefinite (bollite, barre, lamiere, ecc) e nelle forme definite (getti, stampati, fucinati, estrusi, sinterizzati) prima di iniziare le lavorazioni per evitare di porre in opera materiali non idonei alla formazione del manufatto, altrimenti si andrebbe incontro ad un continuo prodursi di scarti.

Debbono essere state eseguite correttamente le lavorazioni che possono o debbono alterare, sfavorevolmente o favorevolmente, le caratteristiche globali (meccaniche, tecnologiche, chimiche, ecc) del materiale. Queste prove intermedie si eseguono su materiali nelle forme gregge o semifinite ( stampati, fucinati, saldati, estrusi, fusi, normalizzati, bonificati, distesi, ecc) con finalità diverse. Tali prove conferiscono al materiale le caratteristiche funzionali definite nella progettazione, inoltre accertano la presenza o non presenza di difetti a causa di trattamenti termici o dal tipo di materiale scelto.

Il prodotto, isolato o assemblato, deve rispondere ai requisiti funzionali. Queste prove definitive si eseguono sul prodotto finito proponendosi, oltre l’accertamento della conservazione delle caratteristiche del semifinito, la verifica della rispondenza funzionale di un insieme di organi o di un manufatto rigidamente assemblato.

Tutte queste prove che siano preliminari, intermedie o definitive possono essere svolte sul materiale scelto una o più volte, a seconda della peculiarità in funzione dell’impiego o del ciclo di lavorazione più o meno complesso (es. più intervalli nel raffreddamento) o composto (es. bonifica).


Trattare l’argomento riguardante le prove dei materiali, inizialmente bisogna conoscere il significato di saggio e di provetta.


Saggio e provetta, cosa sono?

Secondo la UNI EU 18:


SAGGIO = parte del materiale prelevato per la le preparazione di una o più provette;

PROVETTA = parte del saggio di determinata forma e dimensioni per l’esecuzione di una prova;

Mentre per prelievo e preparazione del saggio e della provetta si intende l’insieme delle operazioni necessarie per portare il saggio e la provetta alle condizioni desiderate. I prelievi e i successivi trattamenti devono essere tali da non comportare apprezzabili alterazioni e non determinare differenze fra il materiale della provetta e quello del prodotto. La tipologia, le dimensioni delle provette relative ad ogni tipo di prova e le definizioni delle grandezze interessate sono riferite nella norma UNI 552.


CLASSIFICAZIONE DELLE PROVE

Le prove materiali vengono suddivise nelle classi:

prove distruttive

prove non distruttive

prove meccaniche

prove tecnologiche


queste varie classi nascono dalle diverse finalità e dai diversi concetti ai quali s’ispirano tali verifiche sui materiali.


Prove distruttive

All’interno di questa classe vanno collocate quelle prove che a causa del loro svolgersi distruggono la parte accertata; solitamente è la provetta ad essere distrutta, ma in alcuni casi particolari non solo la provetta è resa inutilizzabile, bensì tutto l’organo da cui è prelevata quest’ultima risulta inutilizzabile al termine della prova. Logicamente si può capire che il numero di scarti non è da considerare irrisorio, ma specifiche normative UNI presentano dei sistemi adeguati all’effettuarsi delle prove distruttive, garantendo l’utilizzo del pezzo accertato.

Le tipiche e principali prove distruttive sono la prova di trazione, la prova di resilienza, la prova di fatica, la prova di usura.


Prove non distruttive


Vengono eseguite sul pezzo, grezzo o finito, isolato o assemblato, senza alterare la forma, le dimensioni e le proprietà.

Queste prove sono normalmente insostituibili in ogni fase del ciclo di lavorazione e particolarmente sul pezzo finito del qual giudicano la idoneità funzionale soprattutto nei riguardi dei difetti  occulti.

Le tipiche e principali prove non distruttive sono le prove di durezza, la radiografia, la gammagrafia, la magnetoscopia, l’elastometria, i mezzi penetranti.

Prove meccaniche


Vengono considerate appartenenti a questa classe, quelle prove dei materiali rilevanti le caratteristiche di resistenza alle sollecitazioni statiche, dinamiche, di fatica. Si eseguono su provette con modalità convenzionali precisate da norme di unificazione (UNI, ISO, EURONORM, ecc.) o di modulati particolari( RINA, FS,ecc.).


Prove tecnologiche


Tali prove rilevano le proprietà riguardanti la lavorabilità a caldo o a freddo,. Sono tipiche le prove d’imbutitura, di piegamento, di col abilità, di saldatura, ecc.


PROVA DI TRAZIONE STATICA

In meccanica, forza di trazione, quella esercitata su un corpo che, fissata ad un estremo, venga tirato dall’altro estremo.

La prova consiste nel sottoporre una provetta ad uno sforzo di trazione, generalmente fino alla rottura, per determinare, di regola, il carico unitario si snervamento, il carico unitario di rottura, l’allungamento percentuale a rottura. E’ la più importante convenzionale meccanica. Si esegue su ogni materiale allo scopo di rilevare le caratteristiche di resistenza, di deformabilità e di elasticità: è pertanto fondamentalmente di collaudo, di riconoscimento, di selezione. La macchina universale per prove sui materiali, è un esempio di apparecchiatura che permette lo svolgimento di tale prova.


ura1: macchina universale per prove sui materiali

La prova di trazione statica, fornisce dati che pur essendo convenzionali risultano importanti nel porre giudizi di vario genere in riferimento al materiale accertato. Inoltre, questa prova costituisce pertanto il mezzo di controllo dei processi tecnologici (stamgio, fucinatura, saldatura, laminazione, trafilatura, trattamenti termici, ecc.) orrendo al progettista valori di riferimento per il calcolo e il dimensionamento degli organi di macchine. Normalmente le prove di collaudo prescrivono, oltre la prova di trazione, altre prove il cui numero, natura e severità è proporzionale all’importanza dell’organo cui il materiale è destinato.

Grazie alla prova di trazione, è possibile determinare gli errori commessi all’interno del ciclo di lavorazione, ad esempio l’errata composizione chimica del materiale, una permanenza troppo prolungata o troppo breve ad una determinata temperatura nello svolgersi di un trattamento termico

(es. ingrossamento del grano durante un trattamento termico di tempra a causa di una permanenza prolungata alla temperatura di austenitizzazione.).

Nella ura seguente possiamo osservare il diagramma che descrive la prova di trazione statica, all’interno del quale si possono individuare le varie fasi di resistenza, deformabilità e elasticità.



ura 2: fasi del diagramma carichi- allungamenti nella prova di trazione


All’interno dello schema si individuano vari campi, che tecnicamente parlando vengono riconosciuti regimi, cioè andremmo a parlare di regime elastico, regime elasto-plastico, regime plastico.tramite questi regimi, è possibile individuare le caratteristiche del materiale che viene sottoposto alla prova di trazione statica, è cioè come sopraccitato andremmo a parlare di parametri quali la deformabilità, la resistenza e l’elasticità.


Regime elastico


In questa fase del diagramma si parla unicamente di elasticità, quest’ultima in meccanica viene definita come la proprietà della materia in virtù della quale i corpi metallici deformati temporaneamente per effetto di un carico esterno riacquistano la forma e le dimensioni originarie al cessare di questo. In questa parte della prova, tutta l’energia che viene “scaricata” sul pezzo, affinché nasca un  allungamento di tale, rimane completamente utile per la fase di ritorno dove il pezzo, il materiale riacquista la forma e le dimensioni originarie.

Questa prima fase elastica è rafurata dal segmento 0A e in essa si parla di proporzionalità diretta tra carichi e allungamenti, viene perciò ripresa la legge di Hooke:


∆ L


Fi

Lo

E So

Dove:

∆ L = allungamento elastico;


Lo = lunghezza iniziale del pezzo;


So = sezione trasversale della provetta calibrata;


Fi = carico fornito dalla macchina che esegue la prova;


E = modulo di elasticità normale il cui valore è un parametro indicativo del comportamento di ciascun materiale in condizioni di sollecitazione normale.


Il punta A del diagramma indica il confine di elasticità, oltre il quale cessa la proporzionalità tra carichi e allungamenti; pertanto al di sotto di questo particolarità punto le deformazioni permanenti sono nulle poiché il pezzo ,che subisce la verifica delle sue caratteristiche, torna allo stato d’origine. Ciò ci fa capire che nella fase di progettazione ci sono dei limiti di carico da rispettare in base al materiale che viene utilizzato e ovviamente all’impiego che andremmo a svolgere con tale. Solitamente il progettista è tenuto a rimanere sempre in un campo inferiore al punto A, perché dopo di esso ha inizio la fase di deformazione, e quindi l’organo impiegato risulterebbe quasi sicuramente inutilizzabile.


Regime elasto - plastico


Abbiamo superato il punto A ed ora la legge di Hooke non risulta più valida, perciò in questo caso cessando la proporzionalità tra carichi e allungamenti si andrà incontro a delle deformazioni di tipo plastico. Ciò avviene perché l’energia meccanica utilizzata per effettuare l’allungamento della provetta (si dà inizio al fenomeno vibratorio degli atomi),non viene riutilizzata completamente per il riposizionamento della struttura a causa di un dissipamento termico dovuto alla trasformazione da energia meccanica in energia termica (calore) la quale viene in parte di dispersa all’esterno della struttura. Bisogna però ricordare che non avviene una deformazione completamente plastica, ma solo in parte, perché parte della struttura tende a ritornare alla posizione di origine. Qui ci troviamo ancora sotto il punto B del diagramma, oltre al quale si va incontro a delle deformazioni di tipo plastico, mentre ora sono praticamente ancora nulle.


Regime plastico


Superato il punto B, visualizzato nel diagramma, tutto ciò che riguarda l’elasticità  pian piano se ed interviene un fenomeno di deformazione plastica; tale fenomeno con l’aumentare del carico si manifesta in maniera sempre più evidente portando poi alla rottura della provetta. Questo evolversi della plasticità raggiungendo il punto C del diagramma, neutralizza ciò che riguarda l’elasticità e dopo tale confine riguarda unicamente deformazioni di tipo plastico.

Il punto C ,da poco citato, rappresenta il carico di snervamento superiore FeH, cioè il valore del carico nell’istante in cui si osserva la prima diminuzione del carico e dove si passa bruscamente dalle piccole alle grandi deformazioni permanenti.

Nel tratto CD il carico non mantiene una regolarità, e questo è dovuto  alla natura del materiale (alla sua struttura cristallina, alla forma del reticolo atomico della propria cella elementare,gli atomi interstiziali e le vacanze, ecc.), queste variazioni sono comprese tra i punti FeH e FeL; dove FeH corrisponde al carico di snervamento superiore, mentre FeL corrisponde al carico di snervamento inferiore, cioè il valore più basso raggiunto dal carico nel corso dello snervamento.

Rimodulando, osservando il grafico possiamo sintetizzare in parte, considerando il tratto 0ABC relativo al regime elastico, e il tratto CDE relativo al regime plastico.

Superata la fase di snervamento andremmo a raggiungere il punto E, dove il carico raggiunge il massimo valore sopportato dalla provetta utilizzata nel corso della prova, in E il carico massimo è rappresentato dalla sigla Fm .

Come è stato appena riportato in E troviamo il carico massimo, perciò superato tale punto ci avvicineremmo sempre più alla rottura del materiale sottoposto alla prova. Infatti il punto F, che possiamo osservare nel grafico rappresenta il carico ultimo Fu,  con il quale si manifesta la rottura.

Nell’intervallo EF è possibile notare un fenomeno di strizione localizzata, e in tale puntosi manifesterà la rottura. Questa diminuzione della sezione in punto della provetta è causata da un allungamento localizzato che avviene in maniera più evidente quanto più duttile è il materiale.

Ovviamente la prova è stata descritta in maniera generale, ma i vari fenomeni e i vari confini mutano a seconda del materiale che viene sottoposto alla prova e alla temperatura con la quale viene eseguita la prova di trazione statica. Logicamente a seconda dei vari casi d’esercizio, vi sono specifiche norme che vigilano su di essi (es. a temperature elevate, vi è la UNI 10002 – 5.).

Le prove di trazione eseguite a temperatura ambiente devono essere effettuate tra i 10° c e i 35° c, mentre in condizioni controllate vengono eseguite a temperature di 23° +/- 5° c.




Le provette per effettuare la prova, devono essere prelevate e preparate conformemente alla prescrizioni delle norme europee relative ai diversi materiali e alle sezioni dei pezzi che si andranno a testare.

Qui di seguito sono riportati due simboli relativi alle dimensioni di una provetta.

ure 3 e 4.




La sezione della provetta può essere circolare, quadrata, rettangolare, o, in particolari casi di forma qualsiasi. Le provetta normalmente sono di tipo proporzionale, soddisfano cioè la condizione


L0 = k S01/2


Dove k vale di regola 5,65. In alcuni casi si può utilizzare una lunghezza iniziale de fra i riferimenti indipendente dalla sezione della provetta (provette non proporzionali).

Osservando le ure 3 e 4 si può notare il tratto Lc, il quale deve essere raccordato alle teste delle provette; la forma e le dimensioni delle teste non vincolate, purché permettano il serraggio corretto della provetta per effettuare la verifica di trazione statica.


Durante la prova il carico deve essere applicato in modo continuo sia nel campo elastico, che in quello plastico e soprattutto deve rispettare i limiti prescritti dalle normative. Tramite tale analisi è possibile determinare :

l’allungamento percentuale dopo rottura;

il carico unitario di snervamento e di rottura.

Le provette devono essere prelevate e preparate conformemente alle prescrizioni delle norme europee relative ai diversi materiali.

Le provette possono essere suddivise in:

    • lavorate
    • non lavorate

L’area della sezione iniziale deve essere calcolata partendo da misure di dimensioni appropriate. La precisione di questa determinazione dipende dalla natura e dal tipo della provetta, ed è indicata in appositi appendici delle norme UNI.


Carichi unitari di snervamento


Per snervamento, s’intende la fase nella quale avvengono delle deformazioni plastiche senza alcun incremento del carico.

L’effetto dell’allungamento della provetta è dato dallo scorrimento dei cristalli all’interno della struttura del materiale, a causa della tensione tangenziale critica. All’interno di questo intervallo, il carico subisce variazioni aperiodiche dipendenti dal tipo di materiale; queste variazioni vengono sempre mantenute all’interno del “periodo” ReH ÷ ReL.

Bisogna anche ricordare che all’aumentare della percentuale di carbonio lo snervamento si rivela meno palese; si prendere d’esempio la ura 5:


ura 5.


Diagramma schematico carichi – allungamenti di un materiale che non palesa lo snervamento.










I due confini di snervamento sopraccitati sono determinabili tramite un diagramma carichi – allungamenti o in alcuni casi visivamente. Per ricavare ReH e ReL la velocità di allungamento (applicazione del carico) deve essere il più possibile costante.




Il carico unitario di snervamento superiore


Esso è espresso dal seguente rapporto:




Carico di snervamento superiore


ReH =

FeH

S0




Sezione trasversale iniziale


N

mm2

Tale carico e ovviamente espresso in





Il carico unitario di snervamento inferiore


Esso è espresso dal seguente rapporto:

Carico di snervamento inferiore

ReL =

FeL

S0



Sezione trasversale iniziale



N

mm2

Anche tale carico è espresso logicamente in





Come già riportato più volte, nell’effettuare la prova, la velocità d’incremento del carico e perciò dell’allungamento deve essere mantenuta il più costante possibile.

Secondo la norma UNI EN 10002/1 a seconda dei casi, quindi: rilevamento del carico unitario di snervamento superiore, rilevamento del carico unitario di snervamento inferiore o nel caso in cui si determinino contemporaneamente i due carichi di snervamento, le condizioni da rispettare sono quelle relative alla determinazione del carico unitario di snervamento inferiore, e cioè : la velocità di deformazione della parete calibrata della provetta nell’ambito dello snervamento deve essere compresa fra 0.00025/s e 0.0025/s. Se la velocità non è regolabile durante l’effettuarsi della prove, bisogna allora impostare la macchina prima della messa in funzione, e l’impostazione deve essere inserita all’interno di un indice di carico che risulti sicuro ai fini della prova.

In ogni caso, la velocità di incremento del carico in campo elastico deve essere compresa entro i limiti fissati nella tabella che segue ( tabella UNI):



Velocità di incremento del carico

Modulo di elasticità

Del materiale

N/mm2

Velocità di incremento

Del carico

N/mm2 x s-l

min.

max.

< 150 000






Tabella1.

La tabella che precede indica appunto la velocità di allontanamento delle teste della macchina .

Osservando i grafici di seguito possiamo osservare i carichi unitari di snervamento superiore e inferiore per diversi tipi di curve:


ura 6.

Carico unitario di scostamento dalla proporzionalità Rp


Per determinare il carico unitario di scostamento dalla proporzionalità (Rp) utilizzo dei diagrammi carichi/allungamenti.

Osservando la ura 7, possiamo capire che per ottenere il carico unitario della proporzionalità richiesto devo calcolare il seguente rapporto:

carico di scostamento della proporzionalità


Rp

Fpo



S0


Area della sezione iniziale del pezzo

N

mm2

L’unità di misura utilizzata:


ura 7.

Sul diagramma appena esposto il carico unitario di scostamento della proporzionalità è determinato tracciando una retta parallela alla parte rettilinea della curva e a una distanza dalla stessa pari alla percentuale di allungamento non proporzionale prescritta. L’intersezione tra la curva e la retta rappresenta Rp.

La velocità di incremento del carico in campo elastico deve essere compresa entro i limiti fissati precedentemente (tabella 1); in campo plastico e fino al raggiungimento del suddetto carico ala



∆L



L0

t

velocità di deformazione



non deve essere maggiore di 0.002 5/s.


La precisione del tracciato del diagramma carichi – allungamenti è fondamentale.

Tramite tale diagramma è stato possibile determinare il carico unitario di scostamento dalla proporzionalità Rp mediante il rilievo di Fpo.


Nel caso in cui la parte rettilinea del diagramma non è chiaramente definita e la ratte parallela non può essere tracciata con sufficiente certezza, si deve procedere nelle seguenti modalità indicate ovviamente dalle normative UNI:


una volta superato il carico unitario di scostamento dalla proporzionalità presunto, il carico viene ridotto fino a un valore uguale a circa il 10% del carico raggiunto. Il carico viene nuovamente incrementato fino al superamento del valore raggiunto in precedenza. Per la determinazione del carico unitario di scostamento dalla proporzionalità richiesto deve essere tracciata una retta attraverso il ciclo di isteresi, viene poi tracciata una retta parallela a quest’ultima, la cui distanza dall’origine della curva, sull’asse delle ascisse, corrisponde alla percentuale di allungamento non proporzionale prescritta. il punto in cui tale retta parallela interseca la curva carichi/allungamenti indica il carico corrispondente al carico unitario di scostamento dalla proporzionalità richiesto (vedi ura 8).


ura 8.


E’ doveroso ricordare che il valore di Rp può essere ottenuto mediante macchine automatiche senza l’elaborazione del diagramma carichi – allungamenti.

Carico unitario limite di allungamento totale Rt


Anch’ esso è definito dal  rapporto tra un carico limite, che in questo caso è il carico limite di allungamento Ft, e l’area della sezione iniziale S0 della provetta:


Rt

Ft

S0


Riportando quanto detto dalle tabelle UNI, per determinare tale carico, dobbiamo far riferimento al diagramma carichi/ allungamenti tracciando una retta parallela all’asse delle ordinate, a una distanza da questo pari alla percentuale di allungamento totale prescritta. il punto in cui tale retta interseca la curva indica il carico corrispondente al carico unitario limite di allungamento prescritto (vedi ura 9).


ura 9.


Il punto “X” riportato sul diagramma, rappresenta appunto il carico corrispondente al carico unitario limite di allungamento prescritto.


Il carico unitario in oggetto può essere considerato come carico unitario di snervamento inferiore, nei casi in cui ReH e/o ReL non risultino facilmente rilevabili sul diagramma, a condizione che ciò sia previsto dalla norma relativa  al materiale in esame o sia stato convenuto per accordo tra le parti interessate.

Le norme riguardanti la velocità di incremento del carico, sono le stesse che vigono per il carico unitario si scostamento dalla proporzionalità.



Carico unitario limite di allungamento permanente Rr


Tale carico unitario, è definito dal suo corrispondente carico di allungamento permanente Fr in rapporto con l’area della sezionale iniziale S0 della provetta:


Rt

Fr

S0


Fr è il carico per il quale, dopo la sua soppressione, l’allungamento permanente della lunghezza iniziale tra i riferimenti L0 non supera il valore prescritto.



ura 10.


Per verificare il carico unitario limite di allungamento permanente, la provetta è sottoposta da 10 a 12 s al carico corrispondente al carico unitario specificato e, dopo soppressione del carico, si verifica che l’allungamento permanente non sia maggiore della percentuale prescritta della lunghezza iniziale tra i riferimenti (vedi ura 10).

Le parti interessate possono anche decidere di effettuare un a prova di verifica, dove la provetta viene sottoposta al carico per 10/15s e tramite un estensimetro ad alta precisione viene controllato che, l’allungamento sia compreso all’interno degli intervalli prescritti dalle norme.

In ottemperanza alle norme di prodotto le determinazioni dei carichi sopraccitati riguardano soprattutto quei materiali che non palesano lo snervamento durante la prova di trazione statica.

Altra cosa importante da ricordare, è che tutti i simboli adottati per indicare i vari carichi( unitari o non), devono essere completati da un pedice indicante la percentuale di tale carico.



Carico unitario di rottura Rm (detto anche resistenza a trazione)


Esso è definito dal rapporto tra il carico massimo Fm detto anche carico ultimo, perché tale rappresenta il limite di carico che vi è prima che avvenga la rottura della provetta in esame, e l’area della sezione iniziale S0 della provetta:


Rm

Fm

S0


esso può essere individuato sia visivamente che graficamente.

In campo plastico la velocità di allontanamento delle teste della macchina di prova deve essere maggiore di 0.5 L0 al minuto. Tale velocità è valida anche in campo elastico se non è richiesta la determinazione di un carico di snervamento. Regola comunque generale che persiste in tutti i casi durante la prova di trazione, per quanto riguarda la velocità, è che essa deve essere il più costante possibile e i possibili cambi debbono rimanere i più uniformi possibili.



Il valore di Rm è da considerarsi convenzionale, in quanto e condizionato dal valore della sezione della provetta, la quale in corrispondenza di Fm passa da S0  a Ss, a causa del fenomeno di strizzone che può essere più o meno evidente a seconda del tipo di materiale (+/- duttile) e a seconda del diametro della provetta che posta in esame.



Allungamenti


Tanto per introdurre tale argomento, si definisce allungamento: l’aumento della lunghezza iniziale tra i riferimenti (Lo) al termine della prova.

Grazie alla rappresentazione grafica della prova di trazione statica, è possibile notare facilmente che a seconda dei vari “periodi” che nascono nello svolgersi della verifica, si riscontrano vari tipi di allungamenti della provetta fino al raggiungimento del fenomeno della rottura. Gli allungamenti che si evidenziano durante la prova sono:


  • Allungamento percentuale dopo rottura A
  • Allungamento percentuale non proporzionale sotto carico massimo Ag
  • Allungamento percentuale totale sotto carico massimo Agt
  • Allungamento percentuale totale dopo rottura At

Allungamento percentuale dopo rottura A


E’ rappresentato dall’ espressione


A =


Lu - Lo

Lo


In Lu è la lunghezza ultima tra i riferimenti dopo la rottura della provetta e dopo la sua ricostruzione, misurata dopo avere riportato a contatto, in modo accurato, i suoi due frammenti nella posizione di rottura in maniera tale che i loro  assi siano, per quanto possibile, l’uno sul prolungamento dell’altro ed Lo è la lunghezza iniziale tra i riferimenti (tratto utile) misurata prima dell’applicazione del carico. Di regola s’impiegano per la prova di trazione dei materiali ferrosi provette proporzionali che soddisfino ad un rapporto costante fra l’area della sezione iniziale della parte calibrata e la lunghezza fra i riferimenti allo scoop di ottenere, entro certi limiti, dei valori di allungamento confrontabili:

la relazione è


Lo = K S01/2


Essendo, come convenuto a livello internazionale, k = 5.65 corrispondente, per le provette a sezione circolare, ad una lunghezza iniziale tra i riferimenti pari a



∏d2



= 5d




Lo = 5.65    S01/2 = 5.65



Nel caso di provette proporzionali di lunghezza iniziali fra i riferimenti diversa da 5.365 S01/2 il simbolo A deve essere completato da un pedice indicante il coefficiente di proporzionalità utilizzato.



Esempio:

A113 = allungamento percentuale su una lunghezza Lo di 113 S01/2 corrispondente , per le provette a sezione circolare, ad una lunghezza iniziale tra i riferimenti pari a



∏d2


10d


Lo = 11.3   S01/2 = 11.3



Nel caso di provette non proporzionali, il simbolo A deve essere completato da un pedice indicante la lunghezza iniziale fra i riferimenti, in millimetri,. Esempio:

A70 = allungamento percentuale su una lunghezza iniziale fra i riferimenti Lo di 70mm.

L’allungamento dopo rottura è l’indice di maggior efficacia per esprimere la deformabilità del materiale. Dipende:


dalle proprietà intrinseche del materiale: composizione chimica, natura , dimensione dei cristalli, tipo di reticolo atomico e sue eventuali imperfezioni, trattamenti termici subiti, ecc;

dalle dimensioni della provetta: nella prima fase della prova ( fino al punto E delle g. 4.1 e 4.2) la provetta si allunga uniformemente su tutta la lunghezza, mentre nella seconda fase la deformazione si localizza nella zona di strizione in cui avviene la rottura, cosicché l’allungamento percentuale dei singoli intervalli nella zona di strizzone è costituito dalla somma di due allungamenti: il primo costante ed il secondo variabile. Pertanto, a parità di area della sezione iniziale, gli allungamenti percentuali dopo rottura misurati su provette corte, comprendenti la zona di rottura, sono proporzionalmente maggiori di quelli misurati su provette lunghe. Ne consegue che gli allungamenti sono confrontabili solo se se misurati su provette simili ed aventi costante il rapporto fra l’area della sezione iniziale S0 e la lunghezza Lo.


la ura 11 dimostra che i maggiori allungamenti parziali in percento dei singoli intervalli si hanno in prossimità della zona di rottura. Con i dati riportati nella ura 11 per la provetta lunga si ha:


A =

a1 + a2 + a3 + . an

=

16 x 20 + 2 x 40 + 2 x 60 =


n


In cui:

A = allungamenti parziali percentuali dei singoli intervalli;

n = numero degli intervalli della lunghezza utile.


ura 11.


Si giunge allo st5esso risultato applicando la nota formula:

A =


LU  - L0

L0










In modo analogo si procede per la provetta corta :

dalla posizione di rottura: la ura 11 dimostra che se la rottura non avviene centralmente l’allungamento diminuisce. Agli effetti della pratica determinazione dell’allungamento dopo rottura si procede nel rispetto delle seguenti norme:


a)             i risultati della prova sono considerati validi ( salvo accordi contrari) se la distanza della sezione di rottura rispetto al riferimento più vicino non è minore di un terzo della lunghezza iniziale tra i riferimenti L0.

b)          la misura resta valida, indipendentemente dalla posizione della sezione di rottura, se l’allungamento percentuale dopo rottura raggiunge almeno il valore specificato; quanto precede deve essere indicato sul resoconto della prova.

c)          Mediante accordi tra le parti interessate, allo scopo di evitare di dover eliminare delle provette nelle quali la posizione del punto di rottura non soddisfa le condizioni del punto a), si può ricorrere al procedimento di correzione.


Si suddivide, prima della prova, la lunghezza iniziale tra i riferimenti L0  in N parti pari ed uguali ( ad es. 5 mm di passo) mediante apposita tracciatrice.

Dopo la prova si designa : con A il riferimento del frammento dello spezzone più corto e con B quello delle divisioni segnate sullo spezzone più lungo, la cui distanza dal punto di rottura è la più prossima a quella tra il punto di rottura e il riferimento A.


Se n è il numero di intervalli fra A e B, l’allungamento dopo, rottura viene così determinato.




ura 11.




Se N – n è un numero pari, si misura la distanza fra A e b e la distanza tra B e la divisione C situata a (N – n)/2 intervalli oltre B e si calcola l’allungamento percentuale dopo rottura con la formula:


A =  100

AB + 2 BC – Lo

Lo


Se N – n è un numero dispari, si misura la distanza fra A e B e le divisioni C’ e C’’ situate rispettivamente a (N – n – 1)/2e (N – n + 1)/2 intervalli oltre B e si calcola l’allungamento percentuale dopo rottura con la formula :



A =  100

AB + BC’ + BC’’ - Lo

Lo

Coefficiente percentuale di strizzone Z


E’ il rapporto fra la variazione massima dell’area della sezione trasversale (S0 – Su) che si produce durante la prova e l’area della sezione iniziale S0 espressa in percento:


Z =


S0 – Su

S0


Se si tratta di provette cilindriche:


Z =


d2 – du2

d2


In entrambi i casi il risultato è espresso in percentuale.


Le provette a sezione circolare subiscono contrazioni circa uniformi e la sezione finale è ancora circolare: tuttavia si assume per du la media aritmetica di due diametri ortogonali misurati nella sezione di massima contrazione .

Se la provetta è a sezione rettangolare la contrazione non è uniforme: si assumono i valori minimi di

a e di bu della sezione di rottura come indicato nella ura che segue:

I macchinari utilizzati per la prova di trazione


I macchinari per la prova di trazione servono per determinare la resistenza a sollecitazioni statiche dei vari materiali metallici. Questi macchinari sono costituiti da un’incastellatura, dal dispositivo per l’applicazione del carico, dagli organi per il fissaggio del provino o dell’elemento e dagli strumenti per la misura della forza. Le macchine solitamente usate per la prova di trazione sui metalli possono applicare carichi da 1000 Kg fino a 40.000 Kg; esse sono classificate in base alla portata di carico che possono applicare al materiale:

  • Piccole da 1 kg fino a 400 kg
  • Medie da 1000 kg fino a 40000 kg
  • Pesanti campi di 100.000 kg e oltre
  • Speciali da 1 g fino a 100 o 200 g con elementi di fissaggio controbilanciati
  • Speciali da 1 kg fino a 1000 o 2000 kg, costruite con principi diversi dai precedenti sopra descritti, per consentire al macchinario un elevato campo di forza nella trazione.



Descrizione del macchinario


Un incastellatura con asse verticale sostiene l’organo di fissaggio superiore, che viene azionato tramite un dispositivo pendolare, con un braccio di leva corto, quasi orizzontale. Il piano del pendolo è situato generalmente dietro all’asse della macchina, per evitare che esso possa urtare il

provino e le teste di fissaggio. Un albero filettato è collegato ad un ingranaggio di rinvio a ruote elicoidali che permette di comandare il funzionamento della macchina. Durante la prova tale albero si sposta verso il basso, in modo tale da esercitare, tramite il provino, una forza traente sulla testa di fissaggio superiore a cui è collegata un estremità del materiale da testare, e rispettivamente sul fulcro posto nella parte superiore della macchina, il pendolo che è collegato al fulcro, si sposta in corrispondenza. Per una escursione completa del pendolo, il fulcro si abbassa da 1 mm fino ad un massimo di 2 mm. Affinché il pendolo, alla rottura del provino, ritorni indietro senza provocare danni, bisogna disporre di un elemento smorzante.

Le macchine per la prova di trazione di 2000 Kg e oltre, sono costruite prevalentemente come macchine di prova universali. Esistono delle macchine portatili che però esercitano solo forze minime (fino a 1Kg), mentre la grande maggioranza, comprese le già citate macchine di tipo leggero (da 1 kg in su) hanno l’asse verticale e quindi sopportano una maggiore portata di carico. In queste macchine il peso, a causa del basamento, è spesso circa il doppio della forza massima di trazione; soltanto nelle macchine per prove di trazione a 100kg e oltre, la forza di trazione supera di circa 20 volte il peso della macchina.

Considerati gli urti inevitabili per la rottura del provino, gli snodi e i morsetti devono essere molto robusti e tali da sopportare anche forze di attrito di valore variabile. Le macchine per la prova di trazione appartengono in generale alla prima classe e devono presentare al massimo un errore di misura del 1%. Si raggiungono limiti di errore ancora più stretti (0,5%), con macchine per la prova di trazione, munite di dinamometri a pesi scorrevoli (presente nei modelli più recenti).







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