Prova di trazione su metalli secondo ISO 6892-1 e ASTM E8/E8M: Comprendere le differenze e trarne vantaggio
I produttori di acciaio e di alluminio, i costruttori OEM e i laboratori di prova effettuano solitamente prove di trazione sui metalli nell'ambito delle attività di garanzia della qualità. Vengono testate le proprietà dei materiali che sono fondamentali per la resistenza, la sicurezza e l'affidabilità dei componenti. Allo stesso tempo, occorre garantire che la prova in questione venga eseguita in conformità alle normative – a seconda delle esigenze del cliente o dei requisiti di accesso al mercato – secondo ISO 6892-1, ASTM E8/E8M o entrambe. Questo perché entrambi gli standard rivestono importanza a livello mondiale e vengono quindi utilizzati in parallelo in molti laboratori.
L'obiettivo è lo stesso in tutti i casi: la prova di trazione deve fornire risultati coerenti e affidabili, tracciabili e riproducibili. Tuttavia, è proprio qui che inizia la sfida, soprattutto per i laboratori che effettuano regolarmente prove secondo entrambe le normative. Questo solleva la questione: È possibile confrontare tra loro i risultati ottenuti secondo ISO 6892-1 e ASTM E8/E8M? E, in caso affermativo, a quali condizioni?
Due normative, un unico obiettivo di prova – ma non sempre i risultati sono gli stessi
Alcuni laboratori che effettuano analisi secondo entrambe le normative sfruttano deliberatamente le somiglianze tra di esse: definiscono i parametri in modo identico laddove entrambe le normative lo consentono, creando così una base migliore per ottenere risultati riproducibili e processi più efficienti.
Perché chi conosce le differenze fondamentali può trarne vantaggi concreti nel lavoro quotidiano in laboratorio. I risultati possono essere classificati in modo più accurato, eventuali deviazioni diventano più comprensibili e le sequenze di prova possono essere progettate in modo più mirato. Soprattutto, però, risulta chiaro in quali casi i parametri possano essere definiti allo stesso modo per migliorare la riproducibilità – e in quali casi sia invece necessaria cautela, poiché le normative utilizzano procedure o definizioni diverse.
Due sistemi di standardizzazione Differenze Soluzioni di prova
Le due normative in sintesi
Il presente articolo verte sulle prove di trazione dei metalli a temperatura ambiente secondo due normative fondamentali:
- ISO 6892-1: Materiali metallici - Prove di trazione Parte 1: Metodo di prova a temperatura ambiente
- ASTM E8/E8M: Metodi di prova standard per le prove di trazione sui materiali metallici
I componenti standard per temperature elevate o basse non vengono presi in considerazione in questa sede.
I nostri esperti fanno parte dei rispettivi comitati di standardizzazione ISO e ASTM.
Perché esistono le normative ISO e ASTM?
Le differenze tra la normativa ISO 6892-1 e la normativa ASTM E8/E8M sono legate anche alle organizzazioni da cui esse hanno avuto origine. ISO è un'organizzazione internazionale con sede in Svizzera, in cui sono rappresentate le organizzazioni di standardizzazione nazionali dei paesi membri. ASTM ha sede negli Stati Uniti e, sebbene in origine fosse fortemente influenzata da questo Paese, oggi è utilizzata a livello globale e riunisce membri provenienti dal mondo dell'industria, della scienza e delle autorità pubbliche.
Per ragioni storiche, le due organizzazioni presentano differenze in termini di struttura, metodi di lavoro, processi di aggiornamento e priorità. Ciò trova riscontro anche nelle normative: entrambe definiscono uno standard per la prova di trazione sui metalli, ma talvolta pongono l'accento su aspetti diversi e presentano livelli di dettaglio differenti.
Data l'importanza globale di entrambe le normative, la spinta verso l'armonizzazione era, e rimane, evidente. Ci sono già numerose somiglianze: Il procedimento di base della prova di trazione sui metalli è lo stesso secondo entrambe le normative; entrambe prevedono l'uso di sistemi e attrezzature di prova riproducibili, quali le morse per provini, e con ASTM E8M è stata introdotta la variante metrica con unità SI. Anche la geometria standard dei provini piatti è frutto di tale armonizzazione.
Il processo di prova segue la stessa logica in entrambe le normative: Partendo dal semilavorato, si prepara un provino, se ne misura la geometria, si esegue la prova di trazione e si registrano e valutano i dati. È proprio questa struttura di base comune a costituire un buon punto di partenza per compiere ulteriori passi verso l'armonizzazione.
Una panoramica delle principali differenze
Sebbene il processo di prova di base sia simile, ISO 6892-1 e ASTM E8/E8M presentano alcune differenze rilevanti per l'attività quotidiana di laboratorio. Tra questi figurano, in particolare, le geometrie dei provini, la misurazione delle dimensioni dei provini o la determinazione della sezione trasversale iniziale, i requisiti del sistema di prova, le definizioni dei risultati, nonché le velocità di prova e i metodi di controllo.
Queste differenze non sono tutte ugualmente critiche. Alcune riguardano principalmente la designazione, altre hanno un'influenza diretta sui valori determinati. Pertanto, non è solo determinante il fatto che esista una differenza, ma anche ciò che tale differenza comporta per il risultato.
Geometrie dei provini Misurazione della sezione trasversale Requisiti del sistema di prova Risultati della prova Velocità di prova
1. Geometria del provino
Per il provino piatto è prevista una geometria predefinita conforme alle normative ISO 6892-1 e ASTM E8/E8M. Questa geometria comune rientrava nel processo di armonizzazione e consente di confrontare meglio le prove in determinate condizioni.
| Parametro | ISO 6892-1 | ASTM E8/E8M |
|---|---|---|
| Tipo di provino | B1 | Provino piatto (tipo lamiera) |
| Larghezza | 12,5 mm | 12,5 mm |
| Base di misura | 50 mm | 50 mm |
| Spessore | fino a 3 mm | da 0,13 a 5 mm |
L'intervallo di sovrapposizione riguarda quindi spessori di lamiera compresi tra 0,13 mm e 3 mm. In questo range è possibile utilizzare la geometria standard delle lamiere per rendere le condizioni di prova più simili possibile. Tuttavia, ciò non significa automaticamente che tutti i risultati siano direttamente riproducibili, ma riduce un importante fattore di influenza.
La situazione è diversa per i provini rotondi. Entrambe le normative definiscono provini cilindrici di forma rotonda e, in entrambi i casi, la lunghezza di riferimento è definita in relazione al diametro. Tuttavia, la normativa ASTM E8 opera una distinzione in base ai diametri, mentre la normativa ISO 6892-1 tiene conto delle classi di materiale. Non esiste una geometria standard predefinita per i provini rotondi. Per garantire condizioni comparabili, la lunghezza di riferimento e il diametro devono essere coordinati in modo mirato tra loro.
Per prodotti speciali quali viti, tubi o prodotti simili, talvolta è opportuno prevedere sezioni o allegati separati, che devono essere presi in considerazione.
Non appena si utilizzano geometrie dei provini diverse, i risultati non sono riproducibili, nemmeno se i valori sono riferiti alla sezione trasversale. Pertanto, per ottenere un comportamento tensione-deformazione riproducibile, la lunghezza di misura e la sezione trasversale devono essere identiche.
2. Misurazione delle dimensioni del provino / determinazione della sezione trasversale iniziale
Nella pratica, l'importanza di una misurazione della sezione trasversale viene spesso sottovalutata. La sezione trasversale iniziale influisce direttamente su tutti i valori di sollecitazione calcolati. Se la sezione trasversale viene determinata in modo diverso, anche i risultati possono variare, anche se la prova vera e propria è stata eseguita correttamente.
Per ISO 6892-1, le misurazioni vengono effettuate in vari punti lungo la lunghezza del tratto parallelo del provino per determinare la sezione trasversale. I valori delle sezioni trasversali vengono quindi mediati. Per la misurazione dello spessore è richiesta una precisione del ±2%.
La normativa ASTM E8/E8M adotta in questo caso un approccio diverso. La misura viene effettuata nel punto più stretto della lunghezza del provino parallelo. Inoltre, vengono specificati valori assoluti relativi alla precisione della misurazione dello spessore: 2 µm per spessori inferiori a 2,5 mm, 10 µm per spessori compresi tra 2,5 mm e 5 mm e 20 µm per spessori superiori a 5 mm.
| ISO 6892-1 | ASTM E8/E8M | |
|---|---|---|
| Determinazione | Misurazione in diversi punti della lunghezza del provino parallelo e calcolo della media dei valori della sezione trasversale | La misura nel punto più stretto della lunghezza del provino parallelo |
| Accuratezza della misurazione dello spessore | ±2% | In base allo spessore della lamiera (2,5 mm, 2,5 - 5 mm / > 5 mm): 2 µm / 10 µm / 20 µm |
La differenza tra il requisito percentuale e quello assoluto per la misurazione dello spessore può essere significativa a seconda dello spessore della lamiera. Esempio: Per uno spessore della lamiera di 3 mm, secondo la normativa ISO 6892-1 è ammessa una tolleranza fino a 60 µm, mentre la normativa ASTM E8M ne consente solo 10 µm. Tali differenze possono assumere rilevanza in occasione delle verifiche, in caso di richieste da parte dei clienti o qualora i risultati si avvicinino ai valori limite.
3. Requisiti del sistema di prova
La configurazione di base della prova è riproducibile secondo le normative ISO 6892-1 e ASTM E8/E8M: È necessario disporre di un telaio di carico adeguato, comprendente l'elettronica di misura e controllo, le morse per i provini, la cella di carico, l'estensimetro e il software per la valutazione, l'archiviazione e l'analisi dei dati. Ciò significa che le basi tecniche delle prove previste da entrambe le normative sono sostanzialmente simili e non è necessario utilizzare in laboratorio due sistemi di prova completamente diversi.
Tuttavia, esistono delle differenze nelle classi di accuratezza per celle di carico ed estensimetri. Inoltre, le classi di accuratezza sono definite in modo diverso, poiché si basano su standard diversi: Per le normative ISO 6892-1, ISO 7500-1 (misurazione della forza) o ISO 9513 (estensimetri), nonché per le normative ASTM E8, ASTM E4 (misurazione della forza) e ASTM E83 (estensimetri).
Nel corso delle nostre consulenze, prendiamo in esame le applicazioni specifiche e verifichiamo quali requisiti delle normative ISO 6892-1 e ASTM E8/E8M siano più rigorosi in ciascun caso. Su questa base, l'apparecchiatura di prova è progettata in modo tale che un sistema di prova soddisfi in modo affidabile entrambe le normative, per quanto possibile.
4. Risultati di prova
Esistono differenze nella terminologia e nel metodo di determinazione dei risultati delle prove. Molti valori sono molto simili e differiscono solo nella denominazione.
Si raccomanda tuttavia di prestare attenzione all'allungamento alla forza massima e all'allungamento a rottura. La determinazione di questi valori caratteristici è diversa.
| ISO 6892-1 | ASTM E8 | |
|---|---|---|
| Gradiente della parte elastica | mE | - |
| Punto di snervamento (allungamento) all'allungamento plastico di 0,2% | Rp0.2 | Punto di snervamento (offset = 0,2%) |
| Punto di snervamento superiore | ReH | UYS |
| Punto di snervamento inferiore | ReL | LYS |
| Allungamento al punto di snervamento | AL | YPE |
| Resistenza alla trazione | Rm | TS |
| Percentuale dell'estensione plastica alla forza massima | Ag | - |
| Percentuale dell'estensione totale alla forza massima | Agt | Elu - allungamento uniforme |
| Deformazione a rottura | A - manuale e con software | Deformazione a frattura (manuale) |
| Percentuale dell'allungamento totale a rottura | At | Deformazione a rottura |
Allungamento uniforme o allungamento alla massima forza
Il nome è quasi identico, anche il valore caratteristico è lo stesso, eppure i risultati non sono direttamente riproducibili. Ciò è dovuto al fatto che la determinazione dell'allungamento alla forza massima, noto anche come allungamento uniforme, varia a seconda delle normative ISO e ASTM.
Secondo la normativa ISO 6892-1, la percentuale di estensione totale alla forza massima Agtviene determinata nel punto in cui si raggiunge la forza massima.
Con la normativa ASTM E8, l'allungamento totale alla forza massima Elu viene determinato in modo diverso: Si traccia una linea orizzontale allo 0,5% al di sotto della forza massima e si rileva l'allungamento al centro di tale linea.
A seconda del materiale, ciò può comportare differenze significative nel risultato.
Un'altra differenza: ISO 6892-1 definisce anche la percentuale dell'estensione plastica alla forza massima (Ag), dal cui valore totale viene sottratto l'allungamento elastico. ASTM non fa uso di questo valore caratteristico.
Deformazione a rottura
L'allungamento totale al momento della frattura viene determinato nell'ultimo punto di misura prima della riduzione in forza, poiché è proprio questo il momento in cui si verifica la frattura. In ISO 6892-1, il valore caratteristico è denominato percentuale allungamento totale a rottura At, mentre ASTM E8 lo indica come allungamento a rottura.
Per l'allungamento a rottura A secondo ISO 6892-1, viene sottratto l'allungamento elastico, in modo che venga visualizzato solo l'allungamento residuo. In questo caso ASTM E8 presenta una differenza fondamentale, poiché l'allungamento dopo la rottura viene determinato manualmente, ricomponendo e misurando le due metà del provino dopo la rottura. A tal fine, prima della prova vengono applicati dei marcatori sul provino.
Poiché i risultati ottenuti con la misurazione manuale e quella automatica variano solitamente in misura notevole, si potrebbe ricorrere al calcolo manuale anche ai fini della comparabilità con ISO. Ciò è possibile anche secondo ISO 6892-1, ma viene utilizzato sempre meno a causa del maggiore impegno richiesto e della maggiore dispersione dei valori.
C'è un altro aspetto da considerare quando si confrontano i valori di deformazione a rottura: La velocità di prova nell'intervallo di deformazione plastica è definita in modo diverso nelle due normative e può variare in questo caso. Tuttavia, le velocità di prova influenzano in modo significativo i risultati, come risulterà ancora più evidente nella sezione successiva.
5. Velocità di prova e metodi di controllo
Entrambe le normative definiscono tre diversi metodi di controllo della velocità di prova fino al raggiungimento del punto di snervamento. I metodi sono funzionalmente comparabili, ma le denominazioni differiscono, ed è proprio questo che spesso crea confusione nel lavoro quotidiano di laboratorio.
I risultati ottenuti utilizzando diversi metodi di controllo non sono riproducibili: si tratta di un punto critico.
| ISO 6892-1:2020 | Descrizione del metodo di prova | ASTM E8/E8M-22 | |
|---|---|---|---|
| Metodo A1 | Controllo della velocità di deformazione a circuito chiuso, ad esempio 0,00025 s-1 ±20% | Metodo B | Controllo della velocità di deformazione a circuito chiuso, ad esempio 0,00025 s-1 ±40% |
| Metodo A2 | Controllo della velocità di deformazione a circuito aperto, ad esempio 0,00025 s-1 ±20% | Metodo C | Velocità della traversa ad esempio 0,00025 s-1 ±20% |
| Metodo B | Velocità di stress, ad esempio 6/60 MPa/s per l'acciaio o 2/20 MPa/s per l'alluminio | Metodo A | Velocità di stress 1,15 … 11,5 MPa/s |
| Velocità di prova (dopo il superamento del punto di snervamento), ad esempio per determinare la resistenza alla trazione | ad esempio 0,0067 s-1 ±20% (o 0,00025 s-1 o 0,002 s-1) | Velocità di prova (dopo il superamento del punto di snervamento), ad esempio per determinare la resistenza alla trazione | ad esempio 0,00083 … 0,0083 s-1 |
Le specifiche relative al controllo della velocità di stress variano. Mentre in ISO 6892-1 la velocità di stress dipende dal modulo di elasticità del materiale, in ASTM E8 è indipendente da esso.
D'altra parte, i metodi che prevedono il controllo della velocità di deformazione fino al raggiungimento del punto di snervamento sono riproducibili. In questo caso, in entrambe le normative sono state definite le stesse velocità di prova. Solo nella variante a circuito chiuso la normativa ASTM E8 ammette una tolleranza maggiore.
I materiali metallici sono sensibili alle velocità di deformazione. Una maggiore velocità di prova comporta, ad esempio, punti di snervamento più elevati e influisce quindi in modo significativo sui risultati della prova.
La migliore riproducibilità dei valori di prova si ottiene con il metodo a circuito chiuso. Ciò garantisce velocità di deformazione identiche nella determinazione del punto di snervamento. Questo metodo richiede attrezzature più sofisticate, ma può rivelarsi vantaggioso in termini di risultati più affidabili e minore variabilità.
In conclusione: conoscere le differenze, sfruttare le somiglianze in modo efficiente
ISO 6892-1 e ASTM E8/E8M sono entrambe riconosciute a livello mondiale e ampiamente adottate nella pratica. Chi comprende le differenze è in grado di classificare correttamente i risultati, evitare interpretazioni errate e lavorare in modo più efficiente. Poiché i due standard sono armonizzati in alcuni ambiti, è possibile sfruttare in modo mirato le loro analogie: ad esempio, ricorrendo alle stesse forme dei provini, alle stesse configurazioni, alle stesse procedure e a condizioni di prova complessivamente riproducibili.
Nel lavoro quotidiano di laboratorio, un sistema di analisi in grado di soddisfare entrambi gli standard senza richiedere modifiche complesse semplifica notevolmente il passaggio dalla normativa ISO 6892-1 alla normativa ASTM E8/E8M. Oltre alle apparecchiature di prova adeguate, anche il software svolge un ruolo determinante: I programmi di prova standard da testXpert contengono già tutti i requisiti normativi pertinenti e garantiscono che la prova sia conforme alle normative.
Le impostazioni della macchina possono anche essere salvate nel software di prova e riprodotte automaticamente. Ciò consente di passare da una prova all'altra, conformi alle normative ISO 6892-1 e ASTM E8/E8M, in modo sicuro, riproducibile e con il minimo sforzo.
