ASTM A370 Guida definitiva

Test di trazione dei metalli

Scritto da Michael Boyd

L’ASTM A370 è una delle norme più ampiamente riconosciute e inclusive volte a misurare la resistenza alla trazione dei metalli. È impiegata in molti settori quali l'edilizia e la produzione automobilistica dove la sicurezza dipende dalla qualità dei materiali. Oltre ai test di tensione, lo standard delinea anche l'impatto Charpy, la piegatura e i test di durezza Brinell e Rockwell sui metalli che vengono trattati anche dalle norme ASTM E-23, ASTM E190, ASTM E10 e ASTM E18.

Questa guida è studiata per introdurvi agli elementi di base di un test di trazione ASTM A370 e fornire una panoramica delle attrezzature per test, del software e dei campioni necessari. Questa guida non è considerata un sostituto adeguato per leggere e seguire la norma completa.


Differenze tra ASTM A370 e ASTM E8

L’ASTM A370 condivide le stesse attrezzature e metodi di test di un’altra norma importante relativa a test dei metalli, l’ASTM E8. L’A370 differisce dalla E8 in quanto definisce ulteriormente le caratteristiche dei campioni degli acciai specifici per diversi tipi di prodotto. Questi prodotti trattano i test su barre, tubi, elementi di fissaggio e filo rotondo e sono inclusi negli allegati di ASTM A370 insieme ad alcuni chiarimenti procedurali. È importante notare che anche se le sezioni allegate sono complementari alla sezione generale della norma, la norma di prodotto spesso prevale in caso di conflitto.

Cosa misura?

Anche se l’ASTM A370 fa riferimento a diversi tipi di test, i test di trazione sono l'obiettivo principale. Le proprietà più comunemente misurate sono le seguenti:

Sistema di test dei materiali

Poiché i test ASTM A370 sono condotti su una grande varietà di prodotti in acciaio e geometrie di campioni, i requisiti di forza del sistema possono differire notevolmente. La  serie industriale di Instron offre telai di test adatti a testare barre tonde in acciaio inossidabile lavorate (300 kN) fino a prodotti tubolari a parete spessa (2000 kN). I telai di carico della serie industriale includono viti a sfera e colonne ad alta rigidità, misurazione del carico tramite estensimetro ed eliminazione del gioco per una maggiore durata. Queste caratteristiche contribuiscono a migliorare le prestazioni producendo risultati più accurati e minimizzando l'energia immagazzinata durante un test, il che è particolarmente evidente qualora si testino materiali ad alta resistenza come filo per molle ed elementi di fissaggio di grande diametro.

Impostazione del test con ASTM A370

Opzioni del sistema ASTM A370

1. Serie Instron DX

2. Instron 5980

3. Serie Instron KPX

4. Serie Instron HDX

 

Campioni di trazione

Le geometrie dei campioni ASTM A370 possono variare da rotonde fresate, piatte o come fabbricate. Lo standard definisce le dimensioni per molti tipi di campioni comuni tra cui barre, tubi, elementi di fissaggio, filo e campioni rotondi.

Campioni ASTM A370
Metodi di test

Come per le norme relative a test dei metalli più comuni, l’ASTM A370 descrive tre tipi di controlli del test: Controllo della velocità di stress, controllo della velocità di deformazione e controllo dello spostamento della traversa. Per ASTM E8 / E8M, questi tipi di controlli sono indicati come Metodi A, B e C. In ASTM A370, il controllo dei test di trazione fa riferimento ai metodi di ASTM E8/E8M con l'aggiunta di alcuni calcoli specifici per i diversi materiali e applicazioni all'interno della norma ASTM A370. I produttori comunemente eseguono i test utilizzando lo spostamento della traversa per l'intera durata del test, o si affidano al controllo della velocità di stress mediante il calcolo del modulo elastico e poi passano al controllo dello spostamento della traversa per il resto del test. Il video qui sotto presenta il metodo di controllo della velocità di deformazione in modo più dettagliato.


Prese ed estensimetri

Anche se ci sono molte tecnologie di presa diverse adatte a testare materiali rotondi e piatti, le prese idrauliche a cuneo o ad azione laterale sono opzioni diffuse e versatili, sebbene alcuni dei materiali previsti dall’ASTM A370 (tubi ed elementi di fissaggio, per esempio) richiedano soluzioni più specifiche. 

Allegato 1 - Barra

Questo allegato riguarda le dimensioni del campione e i requisiti di lunghezza calibrata dell'estensimetro per materiale in barre laminato a caldo e finito a freddo per campioni piatti, rotondi, quadrati, esagonali e ottagonali. Le preseproporzionali a cuneo sono generalmente raccomandate quando si testa il materiale della barra. Tuttavia, a causa della sua resistenza alla trazione estremamente elevata, alcuni materiali per barre (in particolare il tipo usato per fabbricare le molle) possono causare seri danni alle facce delle ganasce di una presa a cuneo standard quando incontrano uno slittamento durante un test di trazione. In questi casi raccomandiamo una presa non proporzionale ad azione laterale per tenere il materiale più saldamente durante il test e a rottura del campione.

Tutti i campioni di barre laminate a caldo richiedono uno strumento con base di misura 8" per la misurazione della deformazione, poiché sono a sezione piena e non lavorati. Le opzioni adatte per l'estensimetria sono sia un AUTOX750 di Instron con base di misura regolabile, sia un dispositivo manuale a clip con una base di misura apposita di 8" come la serie E di Instron W-6280-8 e W-6280-200. Il materiale laminato a caldo, purtroppo, non può essere testato utilizzando un estensimetro senza contatto come l'AVE2 di Instron, poiché i detriti prodotti durante il test causeranno la perdita dal campione delle marcature del calibro o faranno perdere allo strumento la posizione delle marcature del calibro.

I campioni di materiale finito a freddo hanno una sezione ridotta dalla lavorazione e pertanto utilizzano un estensimetro appropriato con base di misura 2" come l'AUTOX750, AVE2, o un dispositivo manuale a clip. L'estensimetria di classe B2 è adatta per un limite di elasticità dello 0,2%, ma si raccomanda un dispositivo di classe B1 nel caso in cui sia richiesto un calcolo di snervamento in percentuale inferiore.

L'allegato 1 riguarda anche i requisiti dei test di piegatura sia per le barre laminate a caldo, sia per quelle finite a freddo. I test vengono eseguiti su materiale a sezione intera quando le dimensioni del materiale lo permettono e l'allegato specifica le dimensioni per i campioni lavorati quando necessario. I test di piegatura sono eseguiti con lo scopo di ispezionare visivamente il materiale per le incrinature superficiali e richiedono le attrezzature per test di piegatura W-6810 e W-6812 di Instron. 

Impostazione del test con ASTM A370

Impostazione del test della barra A370

1. Instron 600DX

2. W-5197 Facce delle ganasce

3. AUTOX750 Estensimetro automatico

 

Allegato 2: tubi e tubature

Quando si testano prodotti tubolari come tubi a sezione piena o campioni a dogbone tagliati da tubi, una presa a cuneo proporzionale è una soluzione adeguata ed economica. Se non si desidera appiattire le estremità dei campioni a dogbone, si raccomanda l'uso di set di ganasce curve che sono particolarmente utili per testare i campioni con pareti spesse e una maggiore resistenza alla trazione, perché eliminano lo slittamento e aumentano la precisione della deformazione all'inizio del test.

Le soluzioni di misura della deformazione per tubi possono essere estensimetri a contatto automatico come l’ AUTOX750 o un dispositivo manuale a clip come la serie W-6280di Instron. Per testare prodotti tubolari a sezione piena, l'AUTOX750 può accettare un diametro massimo del campione di 100 mm con una base di misura di 2". L'estensimetria di classe B2 è adatta per un limite di elasticità dello 0,2%, ma si raccomanda un dispositivo di classe B1 nel caso in cui sia richiesto un calcolo di snervamento in percentuale inferiore.

L'allegato 2 descrive anche diversi test di compressione per testre la duttilità di alcuni prodotti tubolari, tra cui test di appiattimento, appiattimento inverso, schiacciamento, flangia, svasatura, piegatura e piegatura trasversale guidata. Le incudini e gli stampi di compressione di base possono facilmente soddisfare molti di questi test con l'eccezione del test di piegatura guidata, per la quale Instron offre l’attrezzatura W-6810. 

Allegato 3: elementi di fissaggio 

I test sugli elementi di fissaggio richiedono accessori di presa specializzati che sostengano la testa dell'elemento di fissaggio e concentrino lo stress di trazione sulla parte filettata del campione. Sono costituiti da portabulloni e rondelle di vario diametro, angolo, filettatura e passo per rispondere a ogni specifica misura di fissaggio. Nel caso in cui un elemento di fissaggio sia troppo grande per essere testato su un determinato sistema di test, è consentito lavorare un campione tradizionale di 0,505" con base di misura standard di 2" per il test. Oltre ai test assiali, sono importanti anche due tipi di test di taglio (doppio e singolo) e quanto richiesto dall’ASTM F-606 e MIL-STD 1312, insieme al test di prova dei dadi con un mandrino a prova di dado.

L'estensimetria non è generalmente richiesta qualora si testino gli elementi di fissaggio, anche se può essere utile qualora si intenda verificare se il materiale mostra qualche deformazione. Una scelta appropriata è la W-E439 di Instron.

Impostazione del test degli elementi di fissaggio A370

Impostazione del test sugli elementi di fissaggio A370

1. Instron 300 LX

2. W-5155-B Portabulloni

 

Allegato 4: filo rotondo

A370 Soluzione a filo rotondo

1. 2714-107 Presa a corda per pneumatici

 

L'allegato 4 si concentra principalmente su due tipi di presa per i prodotti in filo rotondo: una presa secondaria a cuneo e una presa a camme di tipo snubbing. Entrambe queste soluzioni sono considerate appropriate per testare un filo di capacità inferiore che sia anche di natura malleabile. La base di misura per testare i campioni di filo rotondo a sezione intera è di 10". Le rotture delle ganasce possono rivelarsi una problematica comune quando si testa questo tipo di campione, poiché quando il cedimento del campione avviene vicino alle prese, i risultati del test non sono considerati segnalabili. Per questo motivo, l'allineamento della presa è importante. Se è richiesta la misurazione della deformazione, un dispositivo a clip con base di misura di 10” è appropriato, così come una soluzione automatica come l'AUTOX750.

attrezzatura a filo rotondo
Allegato A5: impatto Charpy

Il test di impatto Charpy per l'energia totale assorbita è trattato a lungo sia nella sezione generale della A370, sia nell'allegato A5. Si tratta di un test richiesto nella produzione della maggior parte degli acciai descritti nella norma. Le dimensioni dei campioni sono ben definite e sono inclusi pittogrammi d’esempio dei diversi tipi di rottura. Per maggiori dettagli, l’ASTM A370 fa riferimento alla norma di impatto Charpy ASTM E-23. Instron offre soluzioni adatte da 300 joule a 900 joule come il sistema MPX con il software Bluehill Impact .

Allegati precedenti

Nel più recente aggiornamento dell’ASTM A370, l'allegato A7 (trefolo multifilo) e l'allegato A9 (ferro per armatura in acciaio) sono stati rinviati alle rispettive norme di prodotto ASTM A1061/A1061M e ASTM A615. A causa della loro lunga inclusione nelle versioni precedenti dell’ASTM A370, tratteremo ancora quelle applicazioni in questa guida. 

Trefolo: precedente allegato A7

Nella produzione di calcestruzzo precompresso sono normalmente utilizzati 7 trefoli. È difficile testare i trefoli senza la giusta attrezzatura e, anche se una presa a cuneo proporzionale è accettabile, una presa non proporzionale ad azione laterale è una scelta molto migliore sia per la coerenza, sia per i risultati. Secondo la norma ASTM A1061/A1061M, le basi di misura dei campioni sono di 48 pollici e richiedono un dispositivo di deformazione della base di misura di 24” per una corretta misurazione della variazione di lunghezza.

Ferro per armatura - Precedente allegato A9

Il ferro per armatura, o “ferro per cemento armato” è un altro materiale in cui i campioni non includono una sezione ridotta e quindi richiedono un estensimetro con base di misura 8”200 mm. Una presa proporzionale a cuneo è appropriata per questo test. In Nord America la convenzione di calibratura si basa sul fatto che il ferro per cemento armato n. 8 è un 1 nominale”, o 8/8 ths. Il materiale di diametro più grande incluso nella norma di prodotto negli ultimi anni è la barra filettata n. 20 che include anche una resistenza alla trazione di 100 ksi. Il test del prodotto più grande produce carichi di test di picco di 720.000 libbre. Un test aggiuntivo in base alla norma AC133 è un test di accoppiamento di ferro per cemento armato che viene eseguito in modo passante ciclico zero usando una doppia presa laterale o una singola presa non proporzionale.

Calcoli e risultati

Tutti i calcoli richiesti nei test ASTM A370 sono già preconfigurati in Bluehill Universal. Per coloro che preferiscono partire da zero e costruire il proprio metodo, i calcoli inseriti manualmente possono anche essere facilmente configurati per testare secondo la norma ASTM A370. Il pacchetto dei metodi dei metalli fornisce anche metodi precostruiti per tutte le seguenti norme: ASTM E8 / E8M, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 & ISO 1027.


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