ASTM E345 & DIN 50154 – Prove di trazione su fogli metallici

La norma DIN 50154 in origine è stata sviluppata per i fogli di alluminio usati nel settore industriale del packaging. Questo settore rimane ancora oggi un punto chiave, poiché i film per imballaggio richiedono qualità costante, elevata duttilità e stabilità meccanica.
Tuttavia, la norma è ora utilizzata in combinazione con ASTM E345 in applicazioni significativamente più ampie – per tutti i film metallici tecnici, da alluminio e rame a titanio e litio metallico. Ciò rende le prove di trazione secondo queste normative rilevanti non solo per le applicazioni tradizionali, ma anche per tecnologie chiave nei settori di mobilità elettrica e idrogeno:

• Settore industriale del packaging: fogli di alluminio per imballaggi alimentari e farmaceutici
• Ricerca e produzione di batterie: le batterie agli ioni di litio utilizzano fogli metallici estremamente sottili – fogli di rame sul lato anodico (circa 4,5–12 µm) e fogli di alluminio sul lato catodico (circa 8–20 µm). Questi fungono da collettori di corrente e materiale di supporto per gli strati attivi nelle batterie agli ioni di litio. La prova di trazione garantisce che i materiali siano in grado di sopportare i carichi del processo di produzione e la durata a fatica della batteria. Anche gli elettrodi rivestiti possono essere testati per verificarne la conformità alle normative.
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• Tecnologia dell'energia all'idrogeno e green: fogli di titanio nelle piastre bipolari per celle a combustibile – la resistenza alla trazione è il fattore chiave che determina la durata a fatica e la sicurezza di questi componenti.
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• Prove per il settore automotive: prove delle nervature nei radiatori dei veicoli, dove film e strisce sottili devono resistere in modo affidabile ai carichi meccanici.

A livello europeo sono attualmente in corso lavori per sviluppare ulteriormente la standardizzazione (CEN, EN) al fine di adeguare meglio i metodi di prova ai nuovi materiali e alle nuove applicazioni del futuro. Partecipando attivamente allo sviluppo delle normative, in particolare per i materiali delle batterie e le prove sulle celle a combustibile, ZwickRoell garantisce che le sue soluzioni di prova continueranno a soddisfare tutti i requisiti anche in futuro.

I sottili fogli metallici sono sensibili e richiedono attrezzature di prova sempre più sofisticate. Si inizia con la lavorazione a macchina dei provini, fino al serraggio e al test dei provini:

• Macchina di prova: a causa delle basse forze di prova che si verificano durante la prova dei film, la macchina di prova universale a colonna singola zwickiLine con carichi di prova fino a 1 kN è la soluzione ideale. Grazie alla taratura altamente accurata delle nostre celle di carico, anche le macchine di prova esistenti con capacità di carico superiori possono essere utilizzate in piena conformità con le norme ISO 7500-1 o ASTM E4 (classe 1 o superiore).
• Preparazione dei provini: i fogli metallici sottili sono estremamente sensibili a piegature, intaccature e ammaccature. Per una lavorazione pulita e senza intaccature dei provini, ZwickRoell raccomanda, tra le altre cose, l'uso della taglierina per strisce che garantisce una qualità di taglio ottimale e riproducibile e dimensioni dei provini con un solo taglio.
• Manipolazione e inserimento del provino: per ridurre al minimo l'influenza dell'operatore e il danneggiamento del provino e garantire l'allineamento verticale, lo strumento di inserimento facile è in grado di supportare l'utente nell'inserimento preciso e senza sforzo del provino, in particolare per provini con spessore inferiore a 0,1 mm. Una piastra di allineamento garantisce il corretto posizionamento prima che il provino venga inserito nel supporto tramite una guida.
• Serraggio del provino e trasmissione della forza: è possibile un fissaggio sicuro senza danneggiare o far scivolare i film sensibili, ad esempio con morse pneumatiche e inserto dell'afferraggio gommato, che assicurano una pressione di chiusura costante. Inoltre, forniamo un'ampia gamma di inserti e morsetti per provini per una configurazione perfetta della macchina per ogni applicazione.
  Il controllo dell'azzeramento automatico della forza tramite il software testXpert fornisce ulteriore protezione al provino contro un precarico indesiderato durante il serraggio. Lo scivolamento o la deformazione plastica del provino nelle guancette comporterebbe valori errati della deformazione a rottura misurata.
• Misurazione della deformazione: se, in aggiunta alla forza di trazione R_m e alla deformazione a rottura A₅₀ o A₁₀₀, deve essere determinato anche il carico di snervamento R_p0.2 è necessaria la misurazione della deformazione tramite un estensimetro. Per risultati di alta precisione e per misurazioni complesse del modulo di elasticità, consigliamo l'estensimetro video videoXtens biax, che lavora senza contatto e non richiede la marcatura provini. Oltre al risparmio di tempo dovuto all'eliminazione della marcatura dei provini, gli estensimetri senza contatto offrono chiari vantaggi rispetto agli estensimetri clip-on/estensimetri con braccetto poiché sono esclusi possibili danni al provino sottile causati dal coltello e l'influenza della forza di trascinamento del coltello sui risultati di prova.
• Eseguire un test: le norme ASTM E345 e DIN 50154 derivano dalla standardizzazione delle prove di trazione sui metalli secondo ASTM E8 e ISO 6892-1 e sono state adattate alla prova di film sottili, pertanto si fa riferimento a tali norme per quanto riguarda lo svolgimento di una prova, i parametri di prova e i valori caratteristici.
• Acquisizione e valutazione dei dati: il software di prova testXpert guida l'utente attraverso l'intera sequenza di prova in conformità con le normative. I programma di prova standard contengono già le specifiche delle norme rilevanti ASTM E345 e DIN 50154. In aggiunta, l'integrazione dell'estensimetro videoXtens consente un'analisi 2D DIC: possono essere configurate basi di misura virtuali, è possibile controllare la qualità di allineamento e quantificare le disomogeneità, senza hardware supplementare.