Prove di trazione a caldo

Nel settore dei materiali metallici, una prova di trazione a temperatura elevata è definita come qualsiasi test condotto a una temperatura superiore ai 35°C. La prova di trazione a caldo è fondamentale per determinare le proprietà meccaniche dei metalli, simulando le condizioni operative in ambienti ad alto stress termico per misurare parametri chiave come il limite di snervamento e la resistenza alla trazione.

Normative internazionali per le prove di trazione a caldo: UNI EN ISO 6892-2 e ASTM E21

Gli standard di riferimento a livello globale per l’esecuzione di queste prove sono la ISO 6892-2 e la ASTM E21. L’influenza della velocità di prova sulle proprietà meccaniche del materiale risulta molto più marcata ad alte temperature rispetto ai test a temperatura ambiente. Per compensare questa sensibilità, entrambe le direttive prescrivono l’esecuzione della prova in controllo di deformazione.

I metodi previsti per la gestione della velocità di deformazione sono di due tipologie:

La macchina sfrutta la lettura dell’estensimetro per adeguare costantemente lo spostamento della traversa e mantenere fissa la velocità di deformazione imposta.

Noto anche come velocità di deformazione stimata, si imposta una velocità media basata sulla lunghezza del tratto calibrato regolata tramite lo spostamento della traversa mobile.

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Tolleranze termiche e misurazione delle deformazioni

Oltre alla velocità, la temperatura influisce in modo critico sul comportamento meccanico del campione. Per garantire risultati accurati le normative impongono limiti severi sulla stabilità termica lungo il tratto calibrato.
La misurazione delle deformazioni richiede poi l’impiego di un estensimetro conforme a requisiti normativi specifici.

Tolleranze termiche nelle prove di trazione a caldo

Secondo la UNI EN ISO 6892-2:

per temperature di prova fino a 600°C la tolleranza consentita è di ±3°C, mentre la differenza di temperatura sul provino è di massimo 3°C
per temperature di prova tra 600°C e 800°C la tolleranza consentita è di ±4°C, mentre la differenza di temperatura sul provino è di massimo 4°C
per temperature di prova tra 800°C e 1000°C la tolleranza consentita è di ±5°C, mentre la differenza di temperatura sul provino è di massimo 5°C
per temperature di prova tra 1000°C e 1100°C la tolleranza consentita è di ±6°C, mentre la differenza di temperatura sul provino è di massimo 6°C

Secondo invece la norma ASTM E21 per temperature di prova fino a 980°C la tolleranza consentita è di ±3°C, mentre per valori superiori a 980°C il limite si espande a ±6°C.
L’uniformità termica viene assicurata impiegando tre termocoppie a diretto contatto con il provino, le quali comandano in modo indipendente tre zone separate del forno.

Misurazione delle deformazioni

L’estensimetro per la misurazione delle deformazioni deve essere conforme ai requisiti normativi specifici: classe 1 secondo lo standard ISO 9513 per le prove ISO 6892-2 e classe B-2 secondo lo standard ASTM E83 per i test ASTM E21. L’estensimetro deve registrare almeno la prima porzione della curva di trazione fino al raggiungimento dello snervamento. Superato il limite elastico, la misurazione può teoricamente proseguire acquisendo lo spostamento della traversa, un metodo che introduce tuttavia errori legati alle deformazioni dell’intero sistema di prova. Per ottenere curve complete e precise fino alla rottura risulta ottimale l’impiego di tecnologie ottiche senza contatto, come i sistemi laser basati sul principio del contrasto di immagine. Un fascio laser proietta un pattern sulla superficie del metallo e un set di telecamere acquisisce le immagini a partire dal precarico, seguendo la deformazione reale senza alcuna interferenza meccanica.

Configurazione del sistema di afferraggio

La corretta tenuta del provino all’interno della fornace ad alta temperatura richiede attrezzature progettate ad hoc. Il sistema di afferraggio comprende una serie di elementi dedicati: prolunghe, inserti per provini filettati, inserti per provini piatti con spine di centraggio e giunti sferici atti a garantire l’allineamento ottimale prescritto dalla norma ASTM E1012. Tutti i componenti del treno di carico sono costruiti in superleghe a base nichel, come il Mar-M 246, selezionate per le eccellenti proprietà di resistenza allo scorrimento viscoso a temperature estreme.

Le prove di trazione a caldo con TEC Eurolab

Il laboratorio prove meccaniche di TEC Eurolab esegue test di trazione a caldo accreditati NADCAP, coprendo un range di temperatura fino a 1200°C con celle di carico fino a 100 kN. Per garantire la massima fedeltà del dato, soprattutto nella fase plastica oltre lo snervamento, le prove vengono condotte impiegando estensimetria ottica senza contatto (sistema laserXtens), eliminando le influenze meccaniche tipiche dei tastatori fisici ad alte temperature. Il setup è configurabile per diverse geometrie di provino, inclusi campioni cilindrici filettati e piatti, supportando i settori Aerospace, Automotive ed Energy nella qualifica di superleghe e materiali strutturali secondo i metodi A e B delle normative vigenti.

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