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DIN EN ISO 6892-1, ASTM E8 – Prove di trazione a temperatura ambiente sui metalli

La normativa DIN EN ISO 6892-1, pubblicata nel Febbraio 2017, relativa alle prove di trazione a temperatura ambiente sui materiali metallici, ne definisce le proprietà meccaniche.

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Descrizione dei task e dei metodi di prova

Con la prova di trazione, ad oggi il test meccanico tecnologico più utilizzato a livello mondiale, vengono determinati i valori caratteristici di resistenza e deformazione dei materiali metallici, importanti nella progettazione e costruzione di componenti, macchinari, veicoli ed edifici. 

La prova ha come compito quello di determinare i valori caratteristici in modo affidabile e riproducibile e di ottenere la comparabilità internazionale.  

Il test di trazione uniassiale si utilizza per determinare i valori caratteristici del punto di snervamento o il carico di snervamento, della resistenza alla trazione e della deformazione a rottura, così come il punto di snervamento inferiore, l’allungamento al punto di snervamento e la deformazione a forza massima. 

Prove di trazione sui metalli, ISO 6892 e ASTM E8 – differenziazione in base al range di temperatura

Nelle prove di trazione sui metalli, la normativa crea una distinzione basata sulla temperatura in cui si esegue il test: temperatura ambiente, alta temperatura, bassa temperatura e temperatura dell’elio liquido. Le diverse temperature e l’elio liquido impongono requisiti altrettanto diversi ai sistemi e ai metodi di prova, compresa la preparazione dei provini. Per questo, la normativa internazionale ISO è divisa in quattro parti distinte, ognuna delle quali si occupa di uno dei suddetti intervalli di temperatura:

  • ISO 6892-1 metodo di prova a temperatura ambiente
  • ISO 6892-2 metodo di prova ad alta temperatura
  • ISO 6892-3 metodo di prova a bassa temperatura
  • ISO 6892-4 metodo di prova dell’elio liquido

Altre normative nazionali come l’americana ASTM, l’europea EN, la giapponese JIS e la cinese GB/T vengono applicate a livello internazionale. Per applicazioni specifiche, come l’aeronautica, potrebbero essere indispensabili normative particolari.

DIN EN ISO 6892-1, ASTM E8 prove di trazione a temperatura ambiente sui metalli

Le prove di trazione sui metalli o sui materiali metallici, si basano principalmente sulle normative DIN EN ISO 6892-1 e ASTM E8. Entrambe specificano le forme dei campioni e i relativi test, descrivono e indicano la procedura di prova da seguire, così, anche se vengono utilizzati sistemi di prova diversi, i valori caratteristici da determinare rimangono riproducibili e corretti. Ciò significa anche che i criteri degli standard affrontano fattori di influenza importanti e formulano i requisiti in termini generali, lasciando sufficiente margine per l'implementazione tecnica e l'innovazione.

Caratteristiche importanti delle prove di trazione sui metalli:

  • Il punto di snervamento; più precisamente il punto di snervamento superiore e quello inferiore (ReH and ReL).
  • Il carico di snervamento; generalmente determinato come sostituzione del punto di snervamento allo 0.2% dell’allungamento plastico (Rp0.2).
  • L’allungamento al punto di snervamento; nello specifico può essere determinato con l’uso di un estensimetro (Ae).
  • La resistenza alla trazione (Rm).
  • L’allungamento uniforme (Ag).
  • La deformazione a rottura (A), per cui le specifiche normative relative alla lunghezza di riferimento sono di notevole importanza.

La resistenza alla trazione con diversi livelli di incrudimento del materiale

Per i materiali metallici caratterizzati da un punto di snervamentohttps://www.zwickroell.com/de-de/materialpruefung-werkstoffpruefung/zugversuch/streckgrenze evidente, la forza massima di trazione viene definita come la forza più alta raggiunta dopo il punto di snervamento superiorehttps://www.zwickroell.com/de-de/materialpruefung-werkstoffpruefung/zugversuch/streckgrenze. Nei materiali con un basso livello di incrudimento, la forza di trazione massima dopo il superamento del punto di snervamento può trovarsi anche al di sotto di quest’ultimo. Quindi, in questo caso, la forza di trazione è inferiore al valore del punto di snervamento superiore.

L’immagine qui raffigurata mostra la curva sforzo/deformazione con un alto livello di incrudimento (1) e un bassissimo livello di incrudimento (2) dopo il carico di snervamento.

Invece, per le materie plastiche con punto di snervamento e conseguente sforzo, la resistenza alla trazione corrisponde allo sforzo al punto di snervamento.

Punto di snervamento (ReH and ReL), carico di snervamento (Rp e Rt) e resistenza alla trazione (Rm)

Per la determinazione del punto di snervamento e della resistenza alla trazione, è necessaria una sola misurazione precisa della forza, mentre per tutte le altre caratteristiche è necessario eseguire, durante il test, una misurazione (automatica) della deformazione con un estensimetro, oppure è possibile l’analisi manuale dopo aver rimosso il campione o i suoi resti.

Requisito per la misurazione della forza e della deformazione

I requisiti più importanti e chiaramente definibili si riferiscono anche alla misurazione della forza e dell'estensione del provino sotto l'applicazione della forza.

  • Per la misurazione della forza la serie ISO 6892 fa riferimento alla ISO 7500-1 - Taratura e verifica del sistema di misurazione della forza per le macchine di prova di trazione e compressione, Classe 1 come requisito minimo.
  • Per la misurazione della deformazione, la serie ISO 6892 si riferisce alla ISO 9513 - Taratura degli estensimetri usati nei test uniassiali, Classe 1 come requisiti minimo per la determinazione del carico di snervamento; per la misurazione degli altri valori caratteristici (con deformazioni maggiori del 5%) può essere applicata la Classe 2.

I processi di taratura, ed in particolare i risultati e le definizioni delle classificazioni, sono descritti nelle norme per la misurazione della forza e della deformazione, quest'ultima considerata decisiva per l’applicazione della pratica di prova. Le deviazioni e le risoluzioni massime consentite, usate per la determinazione dell'incertezza di misura del sistema di misurazione, possono essere ricavate dalla classe di appartenenza del sistema di misura tarato.

  • ASTM E8 si riferisce a ASTM E74 per la misurazione della forza e
  • a ASTM E83 per la misurazione della deformazione.
  • Le normative applicate a livello internazionale sono spesso diverse per quanto riguarda la struttura del contenuto, in ogni caso le loro definizioni e requisiti sono coordinati in modo che i valori caratteristici rilevanti della prova di trazione non differiscano in modo significativo.

Fa eccezione la valutazione e quindi la classificazione degli estensimetri. Mentre la ISO 9513 si riferisce al valore target da raggiungere in termini di deviazione, la ASTM E83 considera anche il rapporto con la base di misura iniziale. Un estensimetro destinato a basi di misura iniziali ridotte deve soddisfare requisiti di misurazione più elevati rispetto ad un estensimetro per basi di misura iniziali più grandi. 

I valori caratteristici nelle prove di trazione sui metalli, per i quali è richiesto l'uso di un estensimetro che soddisfi i requisiti della Classe 1 o superiore secondo la ISO 9513, sono: 

  • Gradiente iniziale della curva sforzo/deformazione mE
  • Carico di snervamento

I valori caratteristici nelle prove di trazione sui metalli, per i quali è richiesto l'uso di un estensimetro che soddisfi i requisiti della Classe 2 o superiore secondo la ISO 9513, sono: 

  • Allungamento al punto di snervamento Ae
  • Allungamento uniforme Ag e Agt
  • Plateau intorno allo sforzo massimo di trazione Rm o al carico massimo di trazione Fm
  • Allungamento a rottura A e At

Influenza della velocità di prova sui punti di snervamento (ReH and ReL) e carico di snervamento (Rp and Rt)

Per la corretta determinazione dei punti di snervamento (ReH e ReL) oltre all'accurata misurazione della forza e della deformazione, sono significative anche le velocità di prova utilizzate:

  • I materiali metallici cambiano i loro valori caratteristici quando cambiano le velocità di deformazione con le quali si eseguono i test.
  • Come regola generale, a velocità di deformazione più elevate corrispondono valori di resistenza più alti.
  • A seconda della lega e della qualità del metallo, la dipendenza dalla velocità di deformazione può essere molto significativa, e al di fuori dei limiti di specifica per la qualità corrispondente.
  • Ciò ha portato all’introduzione di un metodo aggiuntivo nella normativa internazionale, al fine di adeguare la velocità di prova, dove è richiesto il mantenimento di una specifica velocità di deformazione, con tolleranze molto restrittive.

Dal 2009 le organizzazioni ISO e ASTM hanno adattato il cosiddetto controllo della deformazione all’interno delle loro normative per le prove di trazione sui metalli, al fine di migliorare l'affidabilità dei risultati nella determinazione dei punti di snervamento e dei carichi di snervamento.

Entrambe le normative, insieme ad altre normative nazionali come JIS Z2241 e GB/T 228, hanno suggerito due tipi di implementazione di questo controllo della deformazione:

  • In primo luogo, controllo automatico attraverso l’utilizzo del segnale dell'estensimetro (closed loop) e
  • In secondo luogo, la regolazione manuale tramite preselezione della velocità della traversa con la quale si ottiene la corretta velocità di deformazione per la determinazione dei valori caratteristici (open loop).

Per mantenere automaticamente la velocità della traversa all’interno delle tolleranze specificate dalla normativa alla velocità di deformazione, il primo metodo utilizza le possibilità fornite dai moderni sistemi di controllo (drive controllers). Questo metodo richiede un sistema di prova dotato di tecnologia di controllo, tuttavia semplifica notevolmente le operazioni di prova ed elimina gli errori nell'impostazione della velocità della traversa. Pertanto, questo metodo è raccomandato.

Range della velocità di prova secondo la ISO 6892-1 e EN 10002-1:2001 durante le varie fasi

Deformazione a rottura A e At

La deformazione a rottura A o At è una misura della duttilità, così come delle proprietà di flusso di un materiale.

La deformazione a rottura At può essere determinata solo con estensimetri, che rimangono fissati al provino fino al momento della rottura, e ne misurano la deformazione. 

La deformazione a rottura A veniva solitamente misurata manualmente, mentre oggi si utilizzano estensimetri. Per le misurazioni automatiche, la corretta determinazione del punto di rottura del provino (point of break) è quindi di importanza cruciale.

I moderni algoritmi, che analizzano automaticamente la curva sforzo-deformazione, garantiscono la determinazione affidabile del punto di rottura e l'accurata determinazione della deformazione a rottura. Anche la posizione di rottura lungo il provino, più specificamente lungo la lunghezza parallela del provino, è importante per una determinazione affidabile ed accurata della deformazione a rottura. Se la rottura o il punto di cedimento non rientra nella base di misura dell’estensimetro a contatto, non è possibile determinare correttamente la deformazione plastica ed il punto di cedimento che si verificano durante la strizione. I moderni algoritmi di valutazione stimano il punto di cedimento, o di rottura, rispetto ai punti di misura dell'estensimetro e segnalano una deformazione inaffidabile al valore di rottura.

Mentre con estensimetri ottici, non a contatto, che acquisiscono la deformazione dell’intero tratto parallelo del provino, il punto di rottura o cedimento può essere determinato. Se la rottura avviene al di fuori della base di misura iniziale, in accordo alla ISO 6892-1:2017 Appendix I, l’allungamento a rottura può essere comunque determinato se un numero di marcatori appropriato è stato previsto ed analizzato durante la prova. L’estensimetro laserXtens Array così come l’estensimetro videoXtens Array, prevedono una soluzione opzionale per questa attività. Con il loro uso, l’allungamento a rottura è automaticamente determinato con affidabilità e accuratezza sul 100% dei provini.

La JIS Z2241 prevede una classificazione del punto di rottura. Questa è normalmente effettuata manualmente tramite controllo visivo o tramite una misura non a contatto separata. Entrambi i metodi richiedono personale e tempo. Con i moderni estensimetri ottici, non a contatto questo è automaticamente gestito per le prove di trazione: l’indicazione della classe (in relazione al punto di rottura A, B o C) è quindi parte dei risultati determinati e registrati.

Video: Prove di trazione sui metalli ISO 6892-1/ASTM E8

Prove di trazione in accordo alla ISO 6892-1, Metodo A1 e A2

testXpert III: Prove di trazione sui metalli in accordo alla ISO, ISO 6892-1

I vari metodi nella ISO 6892 e nella ASTM E8 sono disponibili nel programma di prova standard, di tutto il resto si occupa il testXpert, tutte le impostazioni principali sono opportunamente preimpostate. Non ci credi? Prova e vedrai!

Prove di trazione su metalli in accordo alla ISO 6892 e ASTM E8

Le prove di trazione sui metalli in accordo alla ISO 6892 e ASTM E8 sono state aggiornate per includere il controllo delle deformazioni “closed loop”. testXpert III fornisce anche programmi di prova standard appositamente per questo metodo di prova.

Validazione software TENSTAND

Risultati di prova affidabili al 100% in accordo alla normativa ISO 6892-1 / TENSTAND. 

I risultati di prova determinati con il software secondo la ISO 6892-1 possono essere verificati e validati con un set di dati riconosciuti a livello internazionale. In un progetto di ricerca europeo denominato con l’acronimo TENSTAND, sono stati generati e qualificati i dati grezzi ricavati dai test sui metalli. Questi dati venivano usati per determinare e qualificare i risultati di prova e i range dei risultati. Con il set di dati e di risultati TENSTAND, il software di prova può essere verificato velocemente e affidabilmente mediante comparazione dei risultati. Il National Physical Laboratory (NPL), Istituto di Misurazione Nazionale di Londra possiede questi set di dati e risultati.

  • Il National Physical Laboratory (NPL), versione inglese dell’istituto di misurazione nazionale tedesco Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), definisce le normative nazionali applicabili nel campo della fisica e della tecnologia. 
  • Tra le sue responsabilità sono comprese: la determinazione delle costanti fondamentali e naturali, la rappresentazione, la conservazione e il trasferimento delle unità legali del Sistema Internazionale delle unità di misura (SI), integrate da servizi quali i servizi di taratura UKAS (United Kingdom Accreditation Service) per il settore legalmente regolamentato.

Risultati di prova affidabili e riproducibili con TENSTAND e testXpert III

Verifica i tuoi risultati di prova con la validazione software TENSTAND

  • Carica nel testXpert III i set di dati grezzi TENSTAND ASCII da NPL.
  • Determina i risultati di prova da questi set di dati grezzi usando testXpert III.
  • Confronta i tuoi risultati con quelli TENSTAND.

Cambiamenti significativi nella DIN EN ISO 6892-1:2017

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Prodotti relativi alle prove di trazione sui metalli in accordo alle ISO 6892-1, ASTM E8

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