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ASTM E21 – prove di trazione a temperature elevate su metalli

La norma ASTM E21 descrive la prova di trazione a temperatura elevata a singolo asse sui materiali metallici. La prova viene utilizzata per determinare i valori caratteristici, tra cui la resistenza alla trazione, il punto di snervamento, l’offset del limite elastico, la deformazione a rottura e la riduzione della sezione.

Queste proprietà meccaniche dei materiali caratterizzano il comportamento dei metalli in termini di resistenza e duttilità. Inoltre, è importante determinare la dipendenza dalla temperatura dei metalli nelle loro diverse applicazioni. Per studiare questa dipendenza tra metalli e temperature elevate, è necessario eseguire varie prove di trazione a diversi livelli di temperatura a caldo.

Valori caratteristici Macchina di prova Temperatura Misurazione della deformazione Provini Velocità di prova Deformazione a rottura e riduzione della sezione Prodotti correlati per le prove di trazione a caldo

ASTM E21: Requisiti macchina di prova

ASTM E21 richiede un allineamento ottimale e preciso della macchina di prova quando si applica il carico sul provino afferrato. La macchina di prova e gli afferraggi devono esercitare il carico su un provino lavorato con precisione in modo tale che la deformazione massima a flessione non superi il 10% della deformazione assiale. Va sottolineato che la verifica di queste condizioni a temperatura elevata non è possibile nella pratica e può quindi essere eseguita a temperatura ambiente. In questo contesto, si fa riferimento alla norma ASTM E1012.

Video: prove di trazione a caldo su metalli secondo ASTM E21

Prova di trazione ad alta temperatura su metalli secondo ASTM E21 con quantità di provini elevate.

ASTM E21: Requisiti delle prove di temperatura

La prova di trazione a caldo secondo la norma ASTM E21 viene eseguita a temperature elevate. A differenza della ASTM E8/E8M, per temperatura elevata si intende una temperatura superiore alla temperatura ambiente, cioè superiore a 38 °C o 100 °F. La temperatura viene misurata utilizzando termocoppie con sensibilità e affidabilità sufficienti.

Quando si misura la temperatura secondo la norma ASTM E21, è necessario rispettare i seguenti limiti:

  • Temperature specificate inferiori o uguali a 980 °C: ±3 °C, (< 1800 °F: ±5 °F)
  • Temperature specificate superiori a 980 °C: ±6 °C, (> 1800 °F: ±10 °F).

Le termocoppie utilizzate per misurare la temperatura devono essere controllate annualmente e, se necessario, devono essere tarate nuovamente secondo ASTM E220.

Misurazione della deformazione secondo ASTM E21

Quando si sceglie un estensimetro, si raccomanda di utilizzare lo standard ASTM E83 per soddisfare i requisiti di sensibilità e accuratezza. Per determinare l’offset del limite elastico (Rp0,1 e oltre), è necessario un estensimetro di Classe B-2. È importante ricordare che la conformità ai requisiti deve essere verificata in condizioni di temperatura elevata. Una di queste prove può essere la determinazione della pendenza della curva sforzo-deformazione, che deve essere entro il 10% del modulo di elasticità (valore nominale) del materiale testato.

Per la misurazione della deformazione, ASTM E21 si riferisce esplicitamente al posizionamento delle marcature del provino, ai bordi dei coltelli dell'estensimetro e ai sensori di temperatura. Se per queste specifiche è necessario discostarsi dallo standard, occorre segnalarlo e, nel caso di prove di accettazione, concordarlo in anticipo.

Lo standard ASTM E21 richiede che l'estensimetro selezionato sia in grado di determinare le velocità di deformazione. Inoltre, è importante ricordare che la determinazione del modulo elastico non è inclusa in questo standard e che le condizioni di prova in presenza di riscaldamento rapido o di elevata velocità di deformazione non vengono considerate. Tuttavia, i valori caratteristici indicati in unità di pollici e libbre sono conformi alla norma.

ASTM E12: Forma provino

Le forme dei provini utilizzate per l'ASTM E21 sono specificate negli standard ASTM E8 e ASTM E8M; questi provini sono inoltre fondamentalmente adatti per le prove di trazione a temperature elevate.

Le forme tipiche dei provini per i test di trazione a caldo secondo ISO E21 sono:

  • Provini tondi con estremità filettate
  • Provini tondi con estremità spallata
  • Provini piatti con perni di bloccaggio.

Velocità di prova secondo ASTM E21

Quando si determinano i valori di punto di snervamento e di offset del limite elastico, ASTM E21 dichiara che è necessario mantenere una velocità di deformazione di 0,005 ± 0,002 in./in./min o mm/min (corrispondente a 0,000083 ± 0,000033 /sec) all'interno della sezione parallela ridotta.

Dopo aver determinato il punto di snervamento e l’offset del limite elastico, la velocità di prova può essere aumentata a 0,05 ± 0,01 in./in./min o mm/min (corrispondenti a 0,00083 ± 0,00017 /sec). La velocità di prova (indice di deformazione o velocità della traversa) deve essere registrata.

Dopo la determinazione del punto di snervamento e dell’offset del limite elastico, e quando è stato confermato che la velocità della traversa è stabile entro le tolleranze di cui sopra, la velocità della traversa in in./min o mm/min può anche essere calcolata dalla sezione parallela ridotta (pollici o mm) moltiplicando per 0,05. Questo si applica a tutte le forme di provino descritte in ASTM E8/E8M.

Ad esempio: se la sezione parallela ridotta (precedentemente indicata anche come lunghezza di prova) è lunga 4 pollici, è necessario impostare una velocità della traversa pari a 0,2 in./min. e per una sezione parallela ridotta con una lunghezza di 100 mm, è necessario impostare una velocità della traversa pari a 5 mm/min.

Se si vuole registrare una curva completa di sollecitazione-deformazione, è possibile mantenere una velocità di 0,005 ± 0,002 in./in./min. o mm/mm/min. per tutta la durata della prova di trazione.
Se non è richiesta la determinazione del punto di snervamento e dell’offset del limite elastico, anche l'uso di un estensimetro non è assolutamente necessario. La velocità della traversa deve quindi essere impostata in modo da ottenere una velocità di deformazione di 0,05 ± 0,01 in./in./min o mm/mm/min durante la prova di trazione.

Per tenere conto del comportamento della configurazione di prova nella parte iniziale della curva sforzo-deformazione per la determinazione del punto di snervamento e dell’offset del limite elastico, il valore impostato per la velocità di deformazione può essere corretto lievemente verso l'alto. Un riferimento specifico è fornito dalla norma ASTM E21. Oltre i limiti del punto di snervamento e dell’offset del limite elastico, si applica nuovamente il valore nominale non corretto.

Deformazione a rottura e riduzione della sezione

La misurazione manuale della deformazione a rottura viene effettuata a temperatura ambiente. La misurazione della distanza tra le marcature applicate in precedenza deve essere effettuata con un'approssimazione di 0,01 pollici o 0,3 mm.

Anche la misurazione manuale per determinare la riduzione della sezione viene eseguita a temperatura ambiente. Le estremità del campione rotondo fratturato devono essere accostate con cura e il diametro minimo viene misurato con un'approssimazione di 0,01 pollici o 0,3 mm. Se la sezione trasversale della frattura non è rotonda, è necessario effettuare misure sufficienti per stabilire la riduzione dell'area.

I contenuti del report di prova sono elencati e descritti in dettaglio. È importante che il documento rifletta il più accuratamente possibile le condizioni di prova e di misurazione. Nel caso della deformazione a rottura, si fa esplicito accenno alla necessità di specificare la misura a rottura e la misura dopo la rottura. Ciò vale anche per la lunghezza di misurazione iniziale utilizzata, sia per i campioni rettangolari (ad es. 2 pollici o 50 mm) che per quelli rotondi (diametro 4x o 5x).

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