Prova di tenacità alla frattura secondo ASTM E399/ISO 12135: come ridurre i costi e la complessità
Due tipi di prove, un unico sistema: il percorso più intelligente per la determinazione di KIC
Quando si parla di sicurezza dei materiali, conoscere la resistenza alla trazione massima non è sufficiente. Ciò che conta veramente è come risponde un materiale quando viene esposto a un difetto, ad esempio piccole cricche causate da carichi di produzione o meccanici. È proprio qui che si delinea la meccanica della frattura. Una delle normative più importanti in questo campo è la ASTM E399, che disciplina il cosiddetto fattore di intensificazione critico KIC.
Questo valore descrive la resistenza di un materiale alla propagazione di una cricca instabile, ovvero l’intensità del campo di sollecitazione accanto alla punta della cricca prima che questa ceda improvvisamente. Questo dato è fondamentale, in particolare nelle applicazioni critiche per la sicurezza come in quella aerospaziale, nella progettazione dei veicoli o nella tecnologia energetica.
Che cosa fa esattamente la prova conforme a ASTM E399?
L’ASTM E399 definisce le condizioni di prova per determinare il valore di resistenza alla frattura KIC in condizioni di elasticità lineare. La sua particolarità: Vengono utilizzati provini standardizzati, solitamente CT (compact tension) o SEB (single edge bending), che contengono cricche predefinite. Queste vengono portate a frattura sotto un carico quasi statico e contemporaneamente viene valutata l’intensità della sollecitazione alla cricca.
I prerequisiti per ottenere risultati validi sono:
- Un comportamento del materiale elastico lineare
- Una cricca “naturale” con determinate caratteristiche (ad es. affilata con una determinata lunghezza della cricca e un campo di sollecitazione precedentemente definito)
- Una procedura di prova controllata in modo preciso
- Un’accurata valutazione della conformità alle specifiche della normativa
E qui diventa particolarmente chiaro che la prova secondo la normativa ASTM E399 è tutto fuorché una prova standard. I requisiti di macchina, software e utente sono elevati e il tempo necessario per testare molti provini può essere significativo.
Il vibroforo: l’efficienza incontra la precisione
ZwickRoell offre una soluzione con il vibroforo, originariamente sviluppato per le prove di fatica (ad es. le curve SN secondo DIN 50100), ma con un ulteriore intelligente vantaggio: bloccando meccanicamente il risuonatore, il vibroforo può essere utilizzato anche per le prove quasi-statiche, il che lo rende lo strumento ideale per la ASTM E399.
I vantaggi parlano da sé:
- Due metodi di prova, un unico sistema: prove di fatica e prove di tenacità alla frattura in un’unica macchina
- Efficienza energetica: in modalità risonanza, il vibroforo richiede solo circa il 2% dell’energia di una macchina servoidraulica equiparabile
- Bassa manutenzione: nessun sistema idraulico, niente olio, nessuna unità di raffreddamento
- Silenzioso e pulito: ideale per gli ambienti di laboratorio senza rumori disturbanti o nebbia d’olio
- Valutazione automatizzata: con il software di prova testXpert, i risultati conformi a ASTM E399 possono essere documentati e archiviati direttamente
Un esempio pratico
In molti laboratori di prova, ad esempio nelle aziende metallurgiche o aeronautiche, vengono eseguite regolarmente sia prove di fatica che di meccanica della frattura. Anziché mantenere due sistemi, il vibroforo può essere utilizzato come soluzione multi-tasking: durante il giorno possono essere eseguite prove quasi-statiche KIC secondo ASTM E399, mentre di notte curve SN a ciclo continuo. Il passaggio tra le modalità di funzionamento avviene senza strumenti, non potrebbe essere più efficiente.
In particolare con quantità elevate e programmazione serrata, questa flessibilità ha un effetto positivo sull’utilizzo e sui costi operativi. Anche la formazione necessaria è inferiore, poiché il personale deve acquisire familiarità con un solo sistema.
Progettato con attenzione. Intelligente e vantaggioso.
I costi operativi totali del vibroforo sono particolarmente contenuti. Mentre i sistemi servoidraulici tradizionali non sono solo costosi, ma richiedono anche una manutenzione regolare (ad es. cambio olio, filtri, valvole) e un raffreddamento complesso, il vibroforo è caratterizzato da:
- manutenzione ridotta (nessun componente sottoposto a sollecitazione meccanica)
- ingombro ridotto (nessuna centralina aggiuntiva)
- e vantaggio economico nel lungo periodo
In conclusione: ASTM E399 con il vibroforo – prove più intelligenti
La meccanica della frattura costituisce una sfida, dal punto di vista tecnico, normativo e organizzativo. Se si desidera lavorare in modo efficiente e a prova di futuro, il vibroforo non può essere ignorato. La possibilità di eseguire prove sia dinamiche che quasi statiche su un’unica macchina riduce i costi di investimento e operativi e allo stesso tempo aumenta la flessibilità nel laboratorio di prova.
Con ZwickRoell e il vibroforo, sarete attrezzati in modo ottimale per tutte le sfide riguardanti la meccanica della frattura, dall’ASTM E399 a ISO 12106 alle prove di fatica.
