Le sfide del controllo della deformazione
Perché il controllo della deformazione?
Alcune delle proprietà meccaniche dei metalli sono influenzate dalla velocità del test e sono quindi “sensibili alla velocità di deformazione”. Nel 2009, uno dei principali standard per i test sui metalli, l'ASTM E8, è stato aggiornato per includere un metodo basato sul controllo della velocità di deformazione sul provino. Prima di questo cambiamento, i test potevano essere eseguiti solo in controllo dello sforzo o in controllo della velocità della traversa, dove la rigidità complessiva della macchina può influenzare la velocità sul provino e causare differenze nei risultati. Quando si testano materiali sensibili alla deformazione con il controllo della velocità della traversa, le velocità di test consentite possono causare una differenza superiore al 10% nei risultati della tensione di snervamento rispetto ai test eseguiti alla velocità minima e massima consentite in ASTM E8/E8M e ISO 6892-1.
Eseguire un test in controllo della deformazione, tuttavia, consente al test di procedere a velocità diverse durante la prova per compensare la cedevolezza della macchina e mantenere una velocità di deformazione costante sul provino. Questo metodo aumenta la produttività riducendo il tempo totale di test richiesto. Può anche far risparmiare tempo ed evitare lo spreco di provini per la messa a punto del test perché, a differenza del metodo di controllo dello sforzo, il controllo della deformazione a circuito chiuso non richiede molteplici regolazioni per tentativi della velocità della traversa per garantire che la velocità di deformazione sia conforme agli standard di prova.
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Requisiti per ottenere il controllo della deformazione a circuito chiuso
Affinché un sistema di prova possa ottenere il controllo della deformazione a circuito chiuso, è necessario soddisfare determinati requisiti. In tutti i casi, è importante che la macchina di prova e l'estensimetro siano isolati da vibrazioni o urti improvvisi o ripetitivi, poiché ciò potrebbe causare interferenze nei test.
Un estensimetro è un dispositivo ad alta precisione utilizzato per misurare la deformazione di un provino. Gli estensimetri eliminano la cedevolezza del sistema dal calcolo della misura della deformazione, ma è importante che l'estensimetro scelto sia appropriato per la corsa del provino e abbia un rapporto adeguato tra tratto parallelo e tratto utile.
Gli afferraggi devono bloccare saldamente il provino durante il test, preferibilmente con un'elevata rigidità e una cedevolezza minima. Il grafico mostra come i diversi tipi di dispositivi di afferraggio possano influenzare la rigidità del sistema e come una macchina in controllo della deformazione dovrebbe compensare.
Il telaio di carico del sistema di prova necessita di un sistema di azionamento preciso e stabile con un'elevata rigidità. A destra è mostrata una curva sforzo-deformazione su materiali nominalmente simili: uno testato su un telaio ad alta rigidità e l'altro su un telaio a bassa rigidità. Utilizzando un calcolo del metodo della deformazione stimata, entrambi i test vengono eseguiti a una velocità costante della traversa di 2,25 mm/min. È stata riscontrata una differenza del 21% nella “velocità del provino” (espressa in mm/min), che ha portato a una differenza del 5% nel risultato dello snervamento.
Questo grafico mostra la differenza di velocità del provino tra un sistema “rigido” e uno meno rigido. All'inizio del test si nota che il movimento della traversa si trasferisce molto rapidamente in deformazione sul provino, mentre sul sistema più debole richiede più tempo. Ciò è dovuto alla deflessione della macchina/cella di carico/afferraggi, che impedisce il trasferimento di tale movimento al provino. Se entrambe le macchine utilizzassero il controllo della deformazione, i risultati sarebbero molto più comparabili, ma il controllo sarà probabilmente più impegnativo sul sistema più debole.
Le macchine in grado di controllare la velocità di deformazione richiedono un controller reattivo e un sistema di azionamento preciso e stabile per mantenere le tolleranze richieste dallo standard di prova. Alcune macchine vengono pubblicizzate come capaci di raggiungere questo metodo, ma richiedono che l'utente regoli manualmente le impostazioni di guadagno del controller, il che può essere difficile anche per l'operatore di sistema più esperto.
Provino
Un provino proporzionale e un estensimetro a tratto utile proporzionale sono l'ideale. In realtà, un provino con un buon rapporto tra tratto utile e tratto parallelo è molto adatto per ridurre al minimo la deformazione osservata al di fuori del tratto utile, consentendo al controllo di essere più stabile. Se i tuoi provini variano dallo snervamento discontinuo allo snervamento continuo, è importante cambiare i metodi di controllo per ogni tipo. Poiché lo snervamento locale può verificarsi al di fuori del tratto utile su materiali a snervamento discontinuo, è impossibile controllare dal feedback della deformazione e si dovrebbe utilizzare il controllo della velocità della traversa durante l'allungamento al punto di snervamento [YPE/Ae].
Vantaggi del controllo della deformazione a circuito chiuso
✓ Risultati più ripetibili e comparabili: i risultati dei test sono affidabili da macchina a macchina
✓ Maggiore efficienza: il tempo per ogni test è ridotto al minimo e i tempi di configurazione sono ridotti
✓ Non è necessario effettuare la messa a punto con un provino quando si utilizza un sistema di prova con l'elettronica del controller della serie 6800
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