Prove di trazione sui metalli con provini miniaturizzati secondo ISO/TS 6892-5
Le mini prove di trazione, note anche come prove di trazione miniaturizzate o prove di trazione con provini miniaturizzati, stanno diventando sempre più importanti nelle prove sui materiali. Questo metodo offre vantaggi significativi, in particolare nella caratterizzazione di materiali ad alta e altissima resistenza con una disponibilità limitata del materiale, rimozione dei componenti o nel settore della ricerca e sviluppo.
Con la pubblicazione della norma ISO/TS 6892-5:2025 (TS=specifica tecnica), per la prima volta è stata creata una normativa internazionale che definisce i requisiti specifici e le procedure per le prove di trazione sui metalli utilizzando provini miniaturizzati; tale norma riconosce l'importanza sempre maggiore di questo tipo di prove in diversi settori industriali. ASTM E8/E8M-24Anche la norma , aggiornata a maggio 2024, riconosce questa tendenza ed è dedicata in modo specifico alle prove con provini miniaturizzate nell’Allegato A1.
Applicazioni Sfide Riproducibilità dei risultati per i provini standard Tipi e dimensioni dei provini
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Che cosa sono le mini prove di trazione e dove vengono utilizzate?
Una mini prova di trazione è una prova di trazione che viene eseguita su provini di dimensioni notevolmente ridotte. Si tratta di provini piatti o rotondi con sezioni trasversali ridotte e basi di misura più corte. Questo metodo consente di determinare le proprietà meccaniche, come la forza di trazione, il punto di snervamento e la deformazione a rottura con un utilizzo minimo di materiale.
Mentre i provini di trazione piatti standard secondo ASTM E8 e ISO 6892-1 forniscono basi di misura (L0) da 50,0 mm a 200,0 mm, la base di misura consentita dei provini di trazione piatti miniaturizzati secondo ISO 6892-5 è inferiore a 20 mm e inferiore a 15 mm per i provini rotondi.
Maggiori informazioni sulle geometrie dei provini miniaturizzati secondo ISO e ASTM
In linea di principio, le mini prove di trazione possono essere eseguite su tutti i materiali metallici, ma vengono utilizzate in particolare nelle seguenti aree:
- Ricerca & Sviluppo: Quando si sviluppano nuovi materiali, spesso sono disponibili solo quantità ridotte.
- Produzione additiva: La produzione di provini per le prove di trazione tradizionali può richiedere tempo e costi elevati.
- Materiali ad alta resistenza: Le prove su provini di piccole dimensioni riducono il carico di prova necessario e consentono misurazioni precise.
- Mega casting e altri componenti nel settore dell’automotive: Geometrie complesse nei componenti pressofusi di telaio o scocca consentono unicamente la rimozione di provini molto piccoli.
Requisiti speciali delle mini prove di trazione secondo ISO 6892-5 o ASTM E8 Allegato1
Nonostante le dimensioni ridotte, le prove miniaturizzate possono essere configurate in modo da determinare in modo affidabile e riproducibile i valori caratteristici meccanici come la forza di trazione, il punto di snervamento e la deformazione a rottura. Si noti quanto segue:
- La geometria dei provini deve essere conforme alle normative per garantire una buona riproducibilità.
- Per via delle dimensioni ridotte, è fondamentale eseguire un allineamento accurato dei provini nella configurazione di prova.
- La velocità di prova e la misurazione della deformazione devono essere caratterizzate da precisione elevata. È necessario utilizzare un estensimetro con braccetto adatto o un sistema di misura ottico.
- I risultati non sono direttamente riproducibili con provini standard, a meno che non sia stata determinata in precedenza una correlazione affidabile.
Qual è la riproducibilità dei risultati tra i provini miniaturizzati e quelli standard?
La norma ISO/TS 6892-5:2025 indica espressamente a pag. 6, sezione 4 “Principi” che i risultati di prova con provini miniaturizzati non sono direttamente riproducibili con i risultati secondo la norma ISO 6892-1.
Questo significa che: Anche se i metodi di prova sono simili, le differenze nelle geometrie dei provini e nel righello graduato (effetti dimensionali) comportano deviazioni sistematiche, in particolare nella deformazione a rottura (A, At). Durante la deformazione plastica è importante anche l’influenza del grano e lo sviluppo di calore.
D’altro canto, la resistenza alla trazione (Rm) e il punto di snervamento (Re) presentano in molti casi un buon livello di riproducibilità con geometria e implementazione adeguate.
Per dichiarazioni attendibili, eseguiamo prove riproducibili nel laboratorio della tecnica d'applicazione di ZwickRoell e vi supportiamo nella scelta e nella configurazione del vostro sistema di prova per le prove di trazione su provini miniaturizzati.
Karin Hanak - Ingegnere capo delle applicazioni e laboratori di prova presso ZwickRoell
Saremo lieti di valutare le tue esigenze.
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Soluzioni di prova ZwickRoell per mini prove di trazione secondo ISO/TS 6892-5
La normativa ISO/TS 6892-5:2025 e le prove su provini miniaturizzati in generale richiedono requisiti elevati per quanto riguarda configurazioni di prova, morse per provini, misurazione della forza, allineamento dei provini e misurazione della deformazione. Ed è proprio qui che si trova il punto di forza di ZwickRoell. Per i provini in miniatura non sono disponibili soluzioni di prova uniche che possano soddisfare tutti i requisiti di prova. I nostri esperti nella tecnica d'applicazione garantiscono la configurazione del sistema di prova corretto per voi, consentendo risultati di prova affidabili e riproducibili.
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Le seguenti soluzioni di prova sono riportate a titolo di esempio:
Macchine di prova materiali Morse per provini e allineamento Estensimetro Prove ad alte temperature Soluzioni di prova automatizzate
Macchine di prova universali in un ampio range di forza
Mentre le prove classiche sui provini in metallo richiedono ampi carichi di prova, il carico di prova massimo per i provini miniaturizzati è spesso nel range di forza più basso. La nostra macchina di prova universale zwickiLine fino a 5 kN è solitamente sufficiente. Le macchine di prova universali, come la comprovata AllroundLine con carichi di prova fino a 250 kN, sono calibrate con una precisione tale nel range di forza inferiore da consentire anche la misurazione accurata di forze inferiori a 5 kN. Questo consente di testare provini miniaturizzati nei sistemi di prova esistenti, in pieno accordo con le normative ISO 7500-1 o ASTM E4 (Classe 1 o superiore).
Soluzioni di provini flessibili, personalizzate e adattabili
Secondo la norma ISO/TS 6892-5 la forma del provino più piccola ha una base di misura di soli 5 mm. ZwickRoell offre una vasta gamma di morse per provini standard fornendo la soluzione ideale per i vostri provini in miniatura personalizzati: con serraggio meccanico, pneumatico o idraulico, regolati in base al materiale, alle dimensioni del provino, alla lunghezza della spalla e alla distanza tra gli afferraggi rimanente. I nostri esperti vi forniranno tutti i dettagli e svilupperanno una soluzione di morse per provini adatta a voi.
Allineamento perfetto, un fattore decisivo per il successo
Un allineamento assiale preciso del provino è fondamentale per la validità della prova. Oltre al dispositivo di allineamento e ai fermi di centraggio regolabili, i nostri specialisti possono controllare l’allineamento dei provini, che è un elemento fondamentale della nostra consulenza sulla tecnica d'applicazione.
Estensimetro per la massima accuratezza su scala ridotta
Una misurazione della deformazione precisa è fondamentale, in particolare per basi di misura e deformazioni ridotte. ZwickRoell fa affidamento su sistemi ottici senza contatto, come videoXtens 1-32 HP/TZ, appositamente progettato per le prove a temperature elevate, come quelle definite nella norma ISO 6892-2; è anche particolarmente adatto per le prove su provini miniaturizzati a temperatura ambiente. La risoluzione elevata, la compensazione dei movimenti laterali del provino e il tracciamento automatico dell’intervallo di misurazione garantiscono risultati affidabili per deformazione a rottura, punto di snervamento e modulo di elasticità. Inoltre, la correlazione di immagini digitale (DIC) consente un’analisi dettagliata del comportamento della frattura per tutta la lunghezza del provino, fornendo un vantaggio significativo per la ricerca e sviluppo.
Come alternativa alla misurazione della deformazione con gli estensimetri video, l’estensimetro con braccetto makroXtens è particolarmente adatto per le prove di trazione su provini miniaturizzati con sensori speciali per basi di misura L0 di 5 mm o oltre.
Prova di trazione su micro provini ad alta temperatura
ZwickRoell offre una gamma di prodotti convincente per la caratterizzazione precisa di provini mini e micro a temperature elevate.
- Con laserXtens 1‑32 HP/TZ, i provini miniaturizzati possono essere misurati con la massima accuratezza da una base di misura di 1,5 mm, a temperatura ambiente e temperature elevate fino a +2.000°C, nella classe di accuratezza 0,5 secondo la EN ISO 9513.
- I forni alta temperatura, in particolare quelli a lunghezza ridotta e 1, 2 o 3 zone di riscaldamento, sono l’ideale per le prove su provini mini e micro, garantendo una termoregolazione precisa lungo tutto il provino.
- Un dispositivo di allineamento e barre di carico rigide garantiscono condizioni di prova ottimali nonché risultati di prova affidabili e riproducibili, anche con i provini più piccoli e in condizioni di temperatura estreme.
- Come alternativa all’estensimetro laser, videoXtens 1‑32 HP/TZ, un sistema di misurazione basato su video camera senza contatto, costituisce un’opzione ideale a temperatura elevata.
Maggiori informazioni sui nostri accessori per le prove ad alta temperatura
Opzione: Mini prove di trazione automatizzate
Anche le mini prove di trazione possono essere automatizzate per risultati di prova particolarmente affidabili. Con il sistema di prova roboTest N di ZwickRoell, un robot gestisce e serra i provini in miniatura con precisione nelle relative morse. Le influenze dell’operatore, come la temperatura o l’umidità delle mani, nonché unafferraggio angolare o non corretto dei provini di piccole dimensioni nelle morse possono essere completamente eliminate con l’uso del robot. Un dispositivo di misurazione laser della sezione trasversale può anche determinare con precisione lo spessore e la larghezza dei provini miniaturizzati, aumentando ulteriormente la riproducibilità dei risultati di prova.
L’uso di sistemi di prova automatizzati non solo aumenta l’efficienza ma anche la sicurezza dell’operatore: l’inserimento dei provini da parte del robot protegge in modo efficace il personale di laboratorio dagli infortuni, come l’incastro delle dita, che si possono verificare durante il serraggio dei provini.
Per una maggiore tracciabilità e controllo dei risultati di prova, dopo la prova i residui dei provini possono essere impacchettati in sacchetti. Questo garantisce che i risultati di prova vengano assegnati in modo facile e affidabile in caso di test di follow-up.
Provini di trazione miniaturizzati, tipi e dimensioni
La norma ISO/TS 6892-5 specifica quattro diverse dimensioni dei provini (da A a D) per i provini miniaturizzati piatti. Per i provini rotondi sono specificate tre diverse forme (da P a R). Il tipo D e P soddisfano i requisiti della norma ISO 6892-1 relativamente alla base di misura.
La norma ASTM E8/E8M indica esplicitamente nell’Allegato A1 tre diverse forme di provini per provini miniaturizzati piatti. Inoltre, la norma ASTM E8/E8M alla sezione 6 cita ulteriori“provini sottodimensionati” e “provini rotondi di piccole dimensioni” per diversi prodotti metallici, come lamiera, piastre pesanti tubazioni di grande diametro.
Provini miniaturizzati piatti
| in mm (pollici) | Base di misura L0 | Larghezza nell’intervallo di misurazione b | Lunghezza nell’area parallela del provino Lc | Lunghezza totale L | Larghezza nell’intervallo di serraggio B |
|---|---|---|---|---|---|
| ISO/TS 6892-5 | |||||
| Tipo A | 5 | 1,25 | 7,5 | 23 | 4 |
| Tipo B | 10 | 2 | 12 | 32 | 6 |
| Tipo C | 10 | 2,5 | 15 | 35 | 6,5 |
| Tipo D* | 20,5 | 5 | 28 | 70 | 12 |
| ASTM E8/E8M “Allegato A1” | |||||
| Provino miniaturizzato 3 (6) | 2+0,1 (0,1+0,01) | 1±0,02 (0,04+0,001) | 2,6±0,1 (0,13±0,01) | 8 (0,3) | 4 (0,2) |
| Provino in miniatura 2 (5) | 4+0,2 (0,16+0,01) | 1±0,02 (0,04+0,001) | 4,5±0,2 (0,17±0,01) | 15 (0,6) | 3 (0,1) |
| Provino in miniatura 1 (4) | 8,5+0,5 (0,34+0,02) | 1,5±0,02 (0,06+0,001) | 10±0,2 (0,39±0,01) | 25 (1) | 4 (0,2) |
| ASTM E8 "Provini sottodimensionati" | 25 (1,0) | 6 (0,25) | 32 (1,25) | 100 (4) | 10 (0,375) |
Provini miniaturizzati rotondi
| in mm (pollici) | Base di misura L0 | Diametro nell’intervallo di misurazione b | Lunghezza nell’area parallela del provino Lc | Lunghezza totale L |
|---|---|---|---|---|
| ISO/TS 6892-5 | ||||
| Tipo P* | 15 | 3 | 18 | 32 |
| Tipo Q | 12,5 | 2,5 | 15 | 29 |
| Tipo R | 10,5 | 2 | 12 | 26 |
| Provini di piccole dimensioni secondo ASTM E8** | ||||
| Provino 3 | 24 ± 0,1 (1 ± 0,005) | 6 ± 0,1 (0,25 ± 0,005) | 30 (1,25) | |
| Provino 4 | 16 ± 0,1 (0,64 ± 0,005) | 4 ± 0,1 (0,16 ± 0,003) | 20 (0,75) | |
| Provino 5 | 10 ± 0,1 (0,45 ± 0,005) | 2,5 ± 0,1 (0,113 ± 0,002) | 16 (0625) | |
| Provini di piccole dimensioni secondo ASTM E8M*** | ||||
| Provino 4 | 20 ± 0,1 (0,8 ± 0,005) | 4 ± 0,1 (0,16 ± 0,003) | 24 (1) | |
| Provino 5 | 12,5 ± 0,1 (0,565 ± 0,005) | 2,5 ± 0,1 (0,113 ± 0,002) | 20 (0,75) | |
* soddisfa i requisiti della norma ISO 6892-1 relativamente alla base di misura
** proporzionale ai provini standard (diametro L0 4x)
*** proporzionale ai provini standard (diametro L0 5x)
SULL’AUTORE:
Dr. Harald Schmid
Global Industry Manager Metals | ZwickRoell GmbH & Co. KG
In qualità di Global Industry Manager, è responsabile della strategia industriale nel settore metallurgico, con particolare attenzione all'osservazione del mercato, all'ulteriore sviluppo di soluzioni di collaudo e al supporto alle vendite in ambito internazionale.
Vanta una notevole esperienza nel processo di standardizzazione ed è attivamente coinvolto in vari comitati, tra cui il comitato internazionale ISO ISO/TC 164 Mechanical Testing of Metals e gruppi di lavoro DIN nazionali quali NA 062-01-42 AA Prove di trazione e duttilità per metalli e NA 062-01-47 AA Prova di impatto per metalli e prove meccanico-tecnologiche su tubi metallici.
La sua carriera accademica è iniziata con una laurea in ingegneria meccanica (B.Sc. & M.Sc.) presso il Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Dopo aver ricoperto incarichi internazionali nel settore dell'ingegneria meccanica, ha lavorato come assistente di ricerca presso l'Università Friedrich-Alexander di Erlangen-Norimberga, concentrandosi sulla caratterizzazione dei materiali e sulla formatura della lamiera. Ha dedicato il suo dottorato al tema dei processi di imbutitura profonda con bordi di imbutitura.
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