TESTARE A FATICA

TESTARE A FATICA

Cosa sono le prove di fatica? Come sono strutturate all'interno dei laboratori TEC Eurolab?

Di cosa parliamo quando vengono citati i termini fatica e meccanica della frattura? 

La normativa ASTME 1829 afferma che “La fatica è un processo permanente, progressivo e localizzato di cambiamento strutturale in un materiale soggetto a condizioni di tensione e deformazione variabile nel tempo, che può portare alla formazione di cricche e/o alla frattura dopo un numero sufficiente di cicli”. In fase di progettazione, è utile conoscere il comportamento a fatica di un materiale, considerando che un componente meccanico sottoposto a carico variabile nel tempo, può presentare cedimento anche se il livello medio di tensione è inferiore a quello corrispondente alla rottura statica. Con i test di fatica, quindi, si è in grado di determinare quanto il materiale riduce le sue proprietà di resistenza se sottoposto a carichi variabili nel tempo. Viene in aiuto al progettista la determinazione della curva di Wöhler, diagrammi GoodmanSmith e il valore numerico del limite di fatica. Altro aspetto da non sottovalutare durante la fase di progettazione è la consapevolezza di quanto un difetto all’interno del materiale possa essere critico. In prossimità di un difetto, porosità o elemento esogeno, si generano microcricche che sotto l’azione di tensioni variabili nel tempo si propagano rapidamente portando ad un cedimento improvviso del componente. Ci viene in aiuto la meccanica della frattura, che permette di studiare il materiale facendo riferimento alla velocità di propagazione della cricca da/dN e il fattore di intensificazione degli sforzi critico KIC.  

Quante sono le strumentazioni dedicate a questa tipologia di prove e quali sono le loro caratteristiche principali?  

L'esecuzione delle prove ad alto numero di cicli (HCF) su materiali metallici possono essere realizzate su due vibrofori da ±100kN, una macchina a flessione rotante da 35Nm e una servoidraulica da ±100kN. I vibrofori e la servoidraulica sono dotati di fornace per prove che possono raggiungere i 1000°C. Entrambe le servoidrauliche vengono anche impiegate nei test a basso numero di cicli (LCF) e per la determinazione della velocità di propagazione della cricca da/dN e il fattore di intensificazione degli sforzi critico KIC. Test dinamici su materiali polimerici vengono eseguiti su due macchine elettromeccaniche da 5kNe 15kN. È possibile realizzare questi test da -40°C a +180°C inserendo all’interno delle macchine una camera climatica. Vi è la possibilità di realizzare test statici e dinamici su una servoidraulica da ±500kN. Solitamente essa viene utilizzata per l’esecuzione di test custom su componenti.  

Quali sviluppi ci sono stati sviluppi per questa tipologia di prove? 

Le prove HCF (High cycle fatigue) dove viene sottoposto il materiale ad un numero massimo di cicli di 10^7, sono all’ordine del giorno. Negli ultimi anni la necessità di comprendere quali sono i fenomeni che si innescano anche dopo poche migliaia di cicli ha portato un continuo sviluppo dei test LCF (Low cycle fatigue) e dello studio dei fenomeni inerenti alla meccanica della frattura.  

Che tipo di richieste arrivano dal mercato?  

Oramai tutti i diversi settori sono interessati anche all’esecuzione dei test dinamici, dall’aerospace all’automotive, dal biomedicale all’oil & gas. La rivoluzione dell’additive manufacturing ha portato la necessità di determinare le proprietà resistenziali dei materiali realizzati con la nuova tecnologia.  

Come si interfaccia la "Fatica" con gli altri reparti tecnici? 

La nostra officina interna, seguendo i disegni realizzati tramite un software di modellazione CAD 3D, è in grado di realizzare provini normati per l’esecuzione del test. Grazie all’impiego di torni a controllo numerico, fresatrici ed elettroerosione a filo vi è la possibilità di realizzare gli accessori necessari per supportare il cliente nei test custom seguendo determinate normative. Anche il reparto metallurgico svolge un compito importante nella caratterizzazione del materiale. Dopo l’esecuzione del test si ha per esempio la possibilità di verificare se vi sono difettosità, oppure la presenza di elementi esogeni tali da compromettere la resistenza del materiale. 
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