La resistenza trazione rappresenta una misurazione fondamentale utilizzata da ricercatori, ingegneri e dipartimenti di controllo qualità per la valutazione delle proprietà meccaniche di un materiale, di un prodotto o di un componente. La resistenza trazione di un materiale è definita come lo stress (di tiro) trazione meccanico massimo che un campione è in grado di sopportare prima del guasto, sebbene la definizione di guasto differisca a seconda della tipologia e della progettazione del materiale.

Dal momento che i materiali sono soggetti a stress trazione sempre maggiori, i legami tra i rispettivi atomi risultano allungati e la rottura si verifica con l’aumentare dello stress. Quando i legami atomici risultano allungati, il materiale è ritenuto essere nella sua regione elastica, in cui la rimozione della forza causa il ritorno del materiale alla sua forma originale. Una volta rotti i legami atomici, il materiale entra nella sua regione plastica. Ciò significa che il materiale è stato alterato chimicamente e non tornerà alla sua forma originale una volta rimossa la forza. I campioni inizieranno a cambiare visibilità di frequente durante questa fase del test, restringendosi al centro con un comportamento noto come “strizione”.

A seconda del materiale valutato, la resistenza trazione può essere valutata nel punto in cui entra nella fase di deformazione plastica (punto di snervamento), oppure nel punto di rottura finale del materiale. La valutazione della resistenza trazione nel punto della deformazione plastica è denominata resistenza allo snervamento. La valutazione della resistenza trazione nel punto di rottura del campione è denominata resistenza trazione massima. 

La tipologia di materiale testata stabilirà se è la resistenza allo snervamento o la resistenza trazione massima a fornire le informazioni più utili. Ad esempio, i materiali trazione come i metalli sono generalmente valutati nel punto di snervamento, mentre i materiali fragili come i compositi sono spesso valutati nel punto di rottura. Entrami i punti, congiuntamente al modulo di elasticità, rappresentano calcoli importanti utilizzati per caratterizzare la resistenza di un materiale.

Unità per la misurazione della resistenza trazione

Nel sistema internazionale, la resistenza trazione è espressa in Pascal o Megapascal, ovvero l’equivalente in Newton per metro quadro (N/m²). Nel sistema americano è espressa in libbre per pollice quadro (lbf/in² o psi). 

In che modo viene calcolata la resistenza trazione?

La resistenza trazione è calcolata dividendo l’area della sezione trasversale del campione per la forza trazione massima ottenuta. Resistenza trazione (σ) = forza trazione massima (F) / area della sezione trasversale del campione (A):

$$\sigma =\frac{F}{A}$$

Come misurare la resistenza trazione?

La resistenza trazione si misura eseguendo un test di trazione su una macchina per test universale ed è necessario agire con cautela al fine di garantire risultati accurati e ripetibili. La valutazione di un materiale in base alla sua resistenza trazione/resistenza allo snervamento in unità di stress (Pa o psi) piuttosto che sulla forza (N o lbf) contribuisce alla ripetibilità dei risultati. Questo perché i materiali/campioni preparati hanno tolleranze di spessore e larghezza variabili e lo stress tiene conto delle misurazioni di spessore e larghezza dei calcoli di resistenza trazione di ciascun campione. Ad esempio, se un operatore testa 5 campioni dello stesso lotto e tutti presentano spessori diversi, i rispettivi valori di forza massima possono riportare una gamma più ampia, mentre i relativi valori di stress rimarranno comparabili.

Rappresentazioni delle trazione duttili

Il seguente grafico mostra gli snervamenti e le tipologie di curve di diverse tipologie di campioni di plastica:

• Il Campione 1 mostra un esempio di rottura di un campione fragile allo snervamento a bassa deformazione
• Il Campione 2 mostra un esempio di materiale con aumento di stress in seguito allo snervamento
• Il Campione 3 mostra un materiale senza aumento di stress in seguito allo snervamento
• Il Campione 4 mostra la rottura di un materiale elastomerico morbido a deformazione più ampia 

 

Questo grafico illustra esempi delle resistenze allo snervamento superiore e inferiore per diverse tipologie di curve dove R_eh rappresenta la resistenza allo snervamento superiore, R_el rappresenta la resistenza allo snervamento inferiore e a rappresenta l’effetto del transiente iniziale. Tali curve sono rappresentative del comportamento spesso rilevato durante il test dei metalli.

Trazione duttile dei materiali comuni

Materiali	Resistenza allo snervamento (MPa)	Carico di rottura (MPa)
Nylon-6	45	45-90
Lamiera in acrilico fusa (PMMA)	72	87
Alluminio	95	110
Rame	70	220
Acciaio strutturale ASTM A36	250	400-550
AISI 302 acciaio inossidabile - laminato a freddo	502	860
Lega di titanio	730	900
Diamante	1600	2800
Aramide (Kevlar o Twaron)	3620	3757
Fibra di carbonio (Toray T1100G) (le fibre più resistenti realizzate dall’uomo)	-	7000 solo fibra

Fonte: https://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html 

La resistenza trazione, congiuntamente alle altre proprietà trazione, è misurata su macchinari di test universali. Tale attrezzatura è disponibile in diverse capacità di forza, e le capacità di forza massima vanno da 0,02 N a 2.000 kN. Oltre al test di trazione, questi macchinari sono inoltre in grado di eseguire compressione, piegatura, peel, strappo, taglio, attrito, torsione, foratura e diverse altre tipologie di test per la caratterizzazione completa delle proprietà meccaniche di materiali, componenti e prodotti finiti. A seconda dei requisiti di produzione del laboratorio, sono inoltre disponibili diversi sistemi di automazione.