ASTM A370: Prove meccaniche dei prodotti in acciaio
Prove di trazione dei metalli
L'ASTM A370 è uno degli standard più ampiamente riconosciuti e completi per misurare la resistenza alla trazione dei metalli. Viene utilizzato da molti settori, come l'edilizia e la produzione automobilistica, dove la sicurezza dipende dalla qualità dei materiali. Oltre alle prove di trazione, lo standard delinea anche le prove di impatto Charpy, di piegatura e di durezza Brinell e Rockwell sui metalli, che sono ulteriormente discusse dagli standard ASTM E-23, ASTM E190, ASTM E10 e ASTM E18.
Questa guida è progettata per introdurti agli elementi di base di una prova di trazione ASTM A370 e fornire una panoramica delle attrezzature di prova, del software e dei provini necessari. Questa guida non è considerata un sostituto adeguato alla lettura e al rispetto dello standard completo.
Differenze tra ASTM A370 e ASTM E8
L'ASTM A370 condivide le stesse attrezzature e gli stessi metodi di prova di un altro importante standard per le prove sui metalli, l'ASTM E8. L'A370 differisce dall'E8 in quanto definisce ulteriormente le caratteristiche dei provini di acciaio specifiche per diversi tipi di prodotto. Questi prodotti riguardano le prove su barre, tubi, elementi di fissaggio e fili a sezione circolare, e sono inclusi negli allegati dell'ASTM A370 insieme ad alcuni chiarimenti procedurali. È importante notare che, sebbene le sezioni allegate siano supplementari alla sezione generale dello standard, lo standard di prodotto prevale spesso in caso di conflitto.
Cosa misura?
Sebbene l'ASTM A370 faccia riferimento a diversi tipi di test, la prova di trazione è il fulcro principale. Le proprietà misurate più comunemente sono le seguenti:
- Modulo di elasticità – Una misura della resistenza di un materiale alla deformazione elastica
- Limite di snervamento - La sollecitazione alla quale un materiale si deforma permanentemente
- Resistenza alla trazione - La forza o sollecitazione massima che un materiale è in grado di sopportare
- Riduzione dell'area - Una misura della duttilità di un materiale
- Allungamento totale – Una misura dell'aumento percentuale della lunghezza dopo la rottura
Sistema di prova materiali
Poiché le prove ASTM A370 sono condotte su una così ampia varietà di prodotti in acciaio e geometrie di provini, i requisiti di forza del sistema possono differire notevolmente. La Serie Industriale di Instron offre telai di prova adatti per testare tondi in acciaio inossidabile lavorati (300 kN) fino a prodotti tubolari a parete spessa (2000 kN). I telai di carico della Serie Industriale includono viti a ricircolo di sfere e colonne ad alta rigidità, misurazione del carico tramite estensimetro e l'eliminazione del gioco per una maggiore durata. Queste caratteristiche contribuiscono a prestazioni migliori producendo risultati più accurati e riducendo al minimo l'energia immagazzinata durante un test, il che è particolarmente evidente quando si testano materiali ad alta resistenza come il filo per molle e gli elementi di fissaggio di grande diametro.
Metodi di prova
Come per i più comuni standard di prova dei metalli, l'ASTM A370 descrive tre tipi di controlli di prova: controllo della velocità di sollecitazione, controllo della velocità di deformazione e controllo dello spostamento della traversa. Per l'ASTM E8 / E8M, questi tipi di controlli sono indicati come Metodi A, B e C. Nell'ASTM A370, il controllo della prova di trazione rimanda ai metodi dell'ASTM E8/E8M con l'aggiunta di alcuni calcoli specifici per i diversi materiali e applicazioni all'interno dello standard ASTM A370. I produttori eseguono comunemente i test utilizzando lo spostamento della traversa per l'intera durata della prova, oppure si affidano al controllo della velocità di sollecitazione attraverso il calcolo del modulo elastico per poi passare al controllo dello spostamento della traversa per il resto del test. Il video qui sotto discute il metodo di controllo della velocità di deformazione in maggiore dettaglio.
Afferraggi ed estensimetri
Sebbene esistano molte tecnologie di afferraggio diverse adatte per testare materiali tondi e piatti, gli afferraggi idraulici a cuneo o ad azione laterale sono opzioni popolari e versatili, sebbene alcuni dei materiali all'interno dell'ASTM A370 (tubi ed elementi di fissaggio, ad esempio) richiedano soluzioni più specifiche.
Allegato 1 - Barre
Questo allegato copre le dimensioni dei provini e i requisiti della lunghezza della base dell'estensimetro per materiale in barre laminate a caldo e finite a freddo per forme di provini piatti, tondi, quadrati, esagonali e ottagonali. Gli afferraggi a cuneo proporzionali sono generalmente raccomandati quando si testano materiali in barre. Tuttavia, a causa della sua resistenza alla trazione estremamente elevata, alcuni materiali in barre (in particolare il tipo utilizzato per produrre molle) possono causare gravi danni alle facce delle ganasce di un afferraggio a cuneo standard in caso di scivolamento durante una prova di trazione. In questi casi raccomandiamo un afferraggio non proporzionale ad azione laterale per trattenere il materiale in modo più sicuro durante il test e al momento della rottura del provino.
Tutti i provini di barre laminate a caldo richiedono uno strumento con lunghezza della base di 8" per la misurazione della deformazione, poiché sono a sezione intera e non lavorati. Le opzioni adatte per l'estensometria sono un Instron AUTOX750 con lunghezza della base regolabile, o un dispositivo manuale clip-on con una lunghezza della base dedicata di 8" come i modelli Instron serie E W-6280-8 e W-6280-200. Purtroppo il materiale laminato a caldo non può essere testato utilizzando un estensimetro senza contatto come l'Instron AVE3, poiché i detriti di scaglie durante il test faranno cadere i segni di riferimento dal provino o faranno perdere allo strumento la visuale dei segni stessi.
I provini di materiale finito a freddo hanno una sezione ridotta tramite lavorazione meccanica e, come tali, utilizzano un estensimetro con lunghezza della base di 2" appropriato come l'AUTOX750, l'AVE2 o un dispositivo manuale clip-on. L'estensometria di Classe B2 è adatta per uno scostamento dello snervamento dello 0,2%, ma si raccomanda un dispositivo di classe B1 qualora fosse richiesto un calcolo dello snervamento a una percentuale inferiore.
L'Allegato 1 copre anche i requisiti per le prove di piegatura per barre sia laminate a caldo che finite a freddo. I test vengono eseguiti su materiale a sezione intera quando le dimensioni del materiale lo consentono, e l'allegato specifica le dimensioni per i provini lavorati quando necessario. Le prove di piegatura vengono eseguite allo scopo di ispezionare visivamente il materiale per individuare eventuali crepe superficiali e richiedono i dispositivi di prova di piegatura Instron W-6810 e W-6812.
Allegato 2 - Tubi e condutture
Quando si testano prodotti tubolari come tubi a sezione intera o provini a osso di cane ricavati da tubi o condutture, un afferraggio a cuneo proporzionale è una soluzione adeguata ed economica. Se non si desidera l'appiattimento delle estremità dei provini a osso di cane, raccomandiamo l'uso di set di ganasce curve, particolarmente utili per testare provini con pareti spesse e maggiore resistenza alla trazione perché eliminano lo scivolamento e aumentano l'accuratezza della deformazione all'inizio del test.
Le soluzioni per la misurazione della deformazione per tubi e condutture possono essere estensimetri a contatto automatici come l'AUTOX750 o un dispositivo manuale clip-on come la serie W-6280 di Instron. Per testare prodotti tubolari a sezione intera, l'AUTOX750 può accettare un diametro massimo del provino di 100 mm con una lunghezza della base di 2". L'estensometria di Classe B2 è adatta per uno scostamento dello snervamento dello 0,2%, ma si raccomanda un dispositivo di classe B1 qualora fosse richiesto un calcolo dello snervamento a una percentuale inferiore.
L'Allegato 2 descrive anche diverse prove di compressione per dimostrare la duttilità di alcuni prodotti tubolari, tra cui prove di appiattimento, appiattimento inverso, schiacciamento, flangiatura, svasatura, piegatura e piegatura guidata trasversale. Incudini e matrici di compressione di base possono facilmente soddisfare molti di questi test, ad eccezione della prova di piegatura guidata, per la quale Instron offre il dispositivo W-6810.
Allegato 3 - Elementi di fissaggio
Le prove sugli elementi di fissaggio richiedono accessori di afferraggio specializzati che sostengano la testa dell'elemento di fissaggio e concentrino la sollecitazione di trazione sulla parte filettata del provino. Questi consistono in portabulloni e rondelle di vari diametri, angoli, filettature e passi per adattarsi a ogni dimensione specifica di elemento di fissaggio. Nel caso in cui un elemento di fissaggio sia troppo grande per essere testato su un determinato sistema di prova, è consentito lavorare un provino tradizionale da 0,505" con lunghezza della base standard di 2" per il test. Oltre ai test assiali, sono importanti e richiesti dagli standard ASTM F-606 e MIL-STD 1312 anche due tipi di prove di taglio (doppio e singolo), insieme alla prova di carico di prova dei dadi con un mandrino per il carico di prova dei dadi.
L'estensometria generalmente non è richiesta quando si testano elementi di fissaggio, sebbene possa essere utile per determinare se il materiale mostra una qualche deformazione. Una scelta appropriata è l'Instron W-E439.
Allegato 4 - Filo a sezione circolare
L'Allegato 4 si concentra principalmente su due tipi di afferraggio per prodotti in filo a sezione circolare: un afferraggio a cuneo secondario e un afferraggio a camma (snubbing). Entrambe queste soluzioni sono considerate appropriate per testare fili a bassa capacità che sono anche di natura malleabile. La lunghezza della base per testare provini di filo a sezione circolare intera è di 10". Le rotture in corrispondenza delle ganasce possono essere una sfida comune quando si testa questo tipo di provino, poiché quando la rottura del provino avviene vicino agli afferraggi, i risultati del test non sono considerati validi per il report. Per questo motivo, l'allineamento degli afferraggi è importante. Qualora fosse richiesta la misurazione della deformazione, è appropriato un dispositivo clip-on con lunghezza della base di 10", così come una soluzione automatica come l'AUTOX750.
| Dispositivo per filo a sezione circolare ASTM A370 | |
|---|---|
| Afferraggio per cordicelle per pneumatici 2714-107 | |
Allegato A5 - Impatto Charpy
La prova di impatto Charpy per l'energia totale assorbita è discussa ampiamente sia nella sezione generale dell'A370 che nell'allegato A5. Questo è un test richiesto nella produzione della maggior parte degli acciai descritti nello standard. Le dimensioni dei provini sono ben definite e sono inclusi esempi illustrati dei diversi tipi di rottura. Per maggiori dettagli, l'ASTM A370 fa riferimento allo standard per l'impatto Charpy ASTM E-23. Instron offre soluzioni adatte da 300 joule a 900 joule come il sistema MPX con il software Bluehill Impact.
Ex Allegati
Nell'ultimo aggiornamento dell'ASTM A370, l'allegato A7 (trefolo multifilare) e l'allegato A9 (barra d'armatura in acciaio) sono stati spostati nei rispettivi standard di prodotto ASTM A1061/A1061M e ASTM A615. A causa della loro lunga inclusione nelle versioni passate dell'ASTM A370, accenneremo comunque a tali applicazioni in questa guida.
Il trefolo a 7 fili viene normalmente utilizzato nella produzione di calcestruzzo precompresso. È difficile testare il filo a trefoli senza l'attrezzatura giusta e, sebbene un afferraggio a cuneo proporzionale sia accettabile, un afferraggio non proporzionale ad azione laterale è una scelta molto migliore sia per la coerenza che per i risultati. Secondo lo standard ASTM A1061/A1061M, le lunghezze dei provini sono di 48 pollici e richiedono un dispositivo di deformazione con lunghezza della base di 24" per una corretta misurazione della variazione di lunghezza.
La barra d'armatura, o "rebar", è un altro materiale in cui i provini non includono una sezione ridotta e richiedono quindi un estensimetro con lunghezza della base di 8"/200 mm. Un afferraggio a cuneo proporzionale è appropriato per questo test. In Nord America la convenzione sulle dimensioni si basa sulla barra d'armatura n. 8 che è nominalmente da 1", o 8/8. Il materiale di diametro maggiore incluso nello standard 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 prova di picco di 720.000 libbre. Un test aggiuntivo secondo lo standard AC133 è una prova di accoppiamento delle barre d'armatura che viene eseguita in modo ciclico attraverso lo zero utilizzando un afferraggio non proporzionale a doppio effetto laterale o a effetto laterale singolo.
Calcoli e risultati
Tutti i calcoli richiesti nelle prove ASTM A370 sono già preconfigurati in Bluehill Universal. Per coloro che preferiscono iniziare da zero e costruire il proprio metodo, i calcoli inseriti manualmente possono anche essere facilmente configurati per testare secondo l'ASTM A370. Il pacchetto di metodi per i metalli fornisce anche metodi predefiniti per tutti i seguenti standard: ASTM E8 / E8M, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 e ISO 1027.
Brochure Macchine di Prova Universali ad Alta Forza
I sistemi ad alta forza di Instron includono sistemi di prova elettromeccanici e idraulici ad alta capacità per applicazioni di trazione e compressione. Le capacità di forza vanno da 100 kN a 2000 kN.
Brochure sui sistemi di test Premier serie 6800
I sistemi di prova universali Instron serie 6800 offrono precisione e affidabilità senza pari. Basati su un’architettura brevettata Operator Protect con un nuovissimo kit pneumatico Smart-Close e funzionalità di mitigazione delle collisioni, la serie 6800 rende le prove sui materiali più semplici, intelligenti e sicure che mai.
Hydraulic Side-Acting Grips (DuraSync)
Instron hydraulic side-action grips are designed for high-capacity testing and maintain a constant clamping force on the specimen that acts perpendicular to the direction of testing and is independent of tensile loading.
2743-401 – Prese idrauliche con azione a cuneo
Le prese idrauliche con azione a cuneo da 100 kN di Instron offrono una soluzione innovativa per test ad alta capacità e per fornire prestazioni di presa migliorate, facilità d’uso e sicurezza dell’operatore.
Industrial Series DX Models
Designed for high-capacity tensile, compression, bend/flex, and shear testing, DX Series testing systems feature a dual test space and single footprint. Understanding the critical importance of operator safety, these frames incorporate high-quality materials, components, and craftsmanship and are ideal for testing metals, wire rod, fasteners, concrete, and wood.
Motorized Impact Testing System (MPX)
The Instron® MPX Series of motorized pendulum impact testers are preferred for metals impact testing to Charpy and Izod standards.