ISO 6892: Prove di trazione sui materiali metallici

Come eseguire una prova di trazione sui metalli secondo la norma ISO 6892

Evoluzione dello standard

Una delle maggiori evoluzioni della norma ISO 6892-1 è stata ampiamente correlata ai metodi di controllo della prova, che possono rappresentare una sfida significativa nelle prove di trazione dei metalli. Questa evoluzione è stata guidata principalmente dal lavoro condotto nell'ambito del progetto TENSTAND, dove è stato identificato che le velocità di prova tra diverse macchine che testano secondo lo stesso standard produrranno risultati diversi a causa della sensibilità dei materiali alla velocità di deformazione. La versione del 2009 ha introdotto velocità di prova basate sulla velocità di deformazione (Metodo A), che è diventato il metodo preferito. Il metodo di prova tradizionale ereditato dalla EN10002:2001 si basava sul mantenimento di una velocità di sollecitazione durante la regione elastica, necessaria per le macchine a comando manuale. Anche questo metodo originale è stato mantenuto ed è diventato il "Metodo B" nella versione 2009 dello standard.

L'introduzione del Metodo A ha causato confusione, poiché molti utenti pensavano che il Metodo A fosse realizzabile solo utilizzando apparecchiature in grado di controllare la deformazione a circuito chiuso, mentre invece poteva essere ottenuto anche utilizzando una velocità della traversa costante. Per chiarire questa situazione, la norma ISO 6892-1 è stata rivista nuovamente nella seconda edizione, ISO 6892-1:2016. La versione 2016 include tre metodi di prova, A1, A2 e B, in cui il precedente Metodo A è suddiviso in due diversi metodi di prova chiaramente definiti: Metodo A1 (controllo della deformazione a circuito chiuso) e Metodo A2 (velocità della traversa costante), mentre il Metodo B continua a basarsi sul mantenimento di una velocità di sollecitazione durante la regione elastica. Al Metodo B è stata aggiunta una nota per chiarire l'intervallo della prova in cui deve essere mantenuto un controllo della sollecitazione. Il video qui sotto approfondisce il Metodo A1.

Cosa misura?

La norma ISO 6892-1 misura le proprietà di trazione dei materiali metallici in qualsiasi forma a temperatura ambiente. I test eseguiti in condizioni controllate devono essere effettuati a una temperatura di 23 gradi Celsius più o meno 5 gradi. Per i test a temperature elevate, fare riferimento alla norma ISO 6892-2. La norma ISO 6892-1 misura diverse proprietà di trazione, di cui le seguenti sono le più comuni:

Il carico di snervamento è la sollecitazione alla quale un materiale si deforma permanentemente. La norma ISO 6892-1 determina sia il carico di snervamento superiore che quello inferiore. A seconda dei fenomeni di snervamento, la norma ISO 6892-1 specifica i requisiti per il carico di snervamento superiore e inferiore per i materiali a snervamento discontinuo e il metodo dello snervamento scostato per i materiali a snervamento continuo.

Allungamento al punto di snervamento - Adatto solo per materiali a snervamento discontinuo, l'allungamento al punto di snervamento è la differenza tra l'allungamento del provino all'inizio e alla fine dello snervamento discontinuo (l'area in cui si verifica un aumento della deformazione senza un aumento della sollecitazione).

Resistenza alla trazione - La forza o sollecitazione massima che un materiale è in grado di sopportare durante una prova di trazione.

Riduzione dell'area - Una misura della duttilità di un materiale. Si tratta della differenza tra l'area della sezione trasversale originale di un provino e l'area della sua sezione trasversale più piccola dopo la prova, solitamente espressa come diminuzione percentuale della sezione trasversale originale. La sezione trasversale più piccola può essere misurata al momento della frattura o dopo di essa.

Esemplari

La norma ISO 6892-1 accoglie un'ampia varietà di tipi di provini a causa della vasta gamma di applicazioni per cui vengono utilizzati i materiali metallici. I tipi di provini principali includono lamiere, piastre, fili, barre e tubi. I dettagli completi sulla preparazione e la misurazione dei provini sono disponibili negli allegati:

Allegato B: Tipi di provini da utilizzare per prodotti sottili: lamiere, nastri e piatti di spessore compreso tra 0,1 e 3 mm.

Allegato C: Tipi di provini da utilizzare per fili, barre e profilati con diametro o spessore inferiore a 4 mm.

Allegato D: Tipi di provini da utilizzare per lamiere e piatti di spessore uguale o superiore a 3 mm, e fili, barre e profilati di diametro o spessore uguale o superiore a 4 mm.

Sistema di prova materiali

Poiché i test ISO 6892-1 sono condotti su un'ampia varietà di metalli, i requisiti di forza del sistema possono variare notevolmente. Il sistema di misurazione della forza della macchina di prova deve essere conforme alla norma ISO 7500-1, classe 1 o superiore. La Serie 6800 di Instron offre telai di prova adatti per testare dalle lamiere metalliche (10 kN) fino alle piastre d'acciaio (600 kN). La Serie 6800 offre un telaio di carico superiore che include cuscinetti precaricati, viti a ricircolo di sfere di precisione, una traversa e una trave di base estremamente rigide e cinghie di trasmissione a basso allungamento. Queste caratteristiche contribuiscono a prestazioni complessivamente avanzate, producendo risultati estremamente accurati. Le caratteristiche aiutano anche a ridurre al minimo l'energia immagazzinata durante un test, il che è particolarmente evidente quando si testano materiali metallici ad alta resistenza secondo la norma ISO 6892-1.

Morsetti

Esistono molte diverse tecnologie di afferraggio adatte ai test ISO 6892-1 (a cuneo, idrauliche, pneumatiche, ecc.); possono essere tutte classificate come proporzionali o non proporzionali in base al modo in cui esercitano la forza di serraggio sul provino.

Con gli afferraggi proporzionali, la forza esercitata sul provino è proporzionale al carico di trazione applicato. Man mano che il carico di trazione aumenta durante un test, aumenta anche la forza di serraggio sul provino. Gli afferraggi a cuneo sono un'opzione popolare per il serraggio proporzionale e sono disponibili in varianti manuali, pneumatiche e idrauliche per adattarsi a un'ampia gamma di applicazioni di prova. La forma di un afferraggio a cuneo è ciò che gli consente di esercitare una pressione proporzionale: quando viene applicata la forza di trazione al provino, quest'ultimo viene tirato più saldamente nell'area più stretta del cuneo, aumentando la pressione di serraggio.

Con gli afferraggi non proporzionali, la forza di serraggio sul provino rimane costante ed è indipendente dal carico di trazione applicato. Questo è tipico degli afferraggi ad azione laterale e degli afferraggi a cuneo idraulici per prove di fatica, dove la forza di serraggio è generata da una fonte di alimentazione che non è direttamente associata al carico di trazione del provino. Questa fonte è tipicamente un'alimentazione idraulica ad alta pressione (210 bar/3000 psi o superiore). Un vantaggio degli afferraggi non proporzionali è che la forza di serraggio è solitamente più regolabile, il che offre maggiori vantaggi potenziali nelle applicazioni. Ad esempio, quando si testano provini non lavorati, le regolazioni fini possono aiutare gli utenti a ottenere la pressione di serraggio ottimale riducendo al minimo le concentrazioni di sollecitazione che potrebbero causare un cedimento prematuro.

Estensimetri

Esistono tre diversi tipi di estensimetri che vengono tipicamente utilizzati per i test ISO 6892-1: dispositivi a clip, dispositivi senza contatto ed estensimetri automatici a contatto. A seconda dei calcoli necessari, gli estensimetri devono essere conformi alla norma ISO 9513 classe 1 o 2. Gli estensimetri a clip come quelli della Serie 2630 sono il tipo più comune utilizzato. Questi dispositivi possono fornire dati di deformazione incredibilmente precisi e stabili e sono in genere più economici da acquistare rispetto ad altri tipi. Devono essere abbastanza robusti da resistere ai laboratori di prova ad alta produttività e assorbire qualsiasi urto derivante dalla rottura di provini metallici ad alta capacità se non vengono rimossi durante il test.

I dispositivi automatici a contatto come l'AutoX750 offrono il vantaggio di forze di serraggio e posizionamento ripetibili, il che può ridurre le variazioni tra i diversi operatori che posizionano manualmente gli estensimetri a clip. I dispositivi automatici a contatto possono anche adattarsi a più basi di misura, il che può essere conveniente per gli utenti che devono testare una varietà di tipi di provini. L'AutoX è progettato per essere abbastanza robusto da rimanere attivo per tutta la durata della prova fino al cedimento. Tuttavia, se combinato con il software Bluehill® Universal, l'AutoX750 può essere impostato per rimuoversi automaticamente appena prima del cedimento del provino, al fine di evitare un'usura eccessiva dei coltelli.

I dispositivi senza contatto come l'estensimetro video automatico AVE3 offrono il vantaggio di eliminare qualsiasi influenza derivante dal contatto fisico dell'estensimetro con il provino. Ad esempio, se un provino è molto sottile, come nel caso dei metalli per imballaggio, il peso di un dispositivo a clip può alterare notevolmente i risultati. Anche i coltelli utilizzati per fissare il dispositivo a un provino fragile possono danneggiare il provino e causare un cedimento prematuro. Inoltre, poiché l'AVE non tocca il materiale, non vi è alcuna possibilità che l'estensimetro venga danneggiato o usurato durante il test di materiali ad alta capacità.

Software di test

Quasi tutte le moderne macchine di prova sono dotate di software preinstallato, ed è importante che i calcoli nel software di prova siano conformi alla norma ISO 6892-1 e corrispondano ai dati esistenti. Non tutti i pacchetti software sono uguali ed è importante sapere che la piattaforma scelta fornisce risultati affidabili.

Migliaia di clienti in tutto il mondo si affidano a Bluehill Universal per testare i propri materiali secondo la norma ISO 6892-1. Tutti i calcoli richiesti nei test ISO 6892-1 sono già preconfigurati in Bluehill Universal, ma per coloro che preferiscono partire da zero e costruire il proprio metodo, l'interfaccia consente agli utenti di inserire facilmente i propri calcoli manualmente. Il pacchetto di metodi per i metalli fornisce anche metodi predefiniti per tutti i seguenti standard: ASTM E8 / E8M, ASTM A370, ASTM A615, ASTM E646, ASTM E517, EN10002, ISO10113 e ISO10275.

Capacità di trasmissione

La maggior parte dei laboratori che effettuano test secondo la norma ISO 6892-1 deve testare regolarmente un elevato volume di provini. Per questo motivo, qualsiasi cosa possa essere fatta per aumentare la produttività è vantaggiosa. Fortunatamente, esistono molte opzioni per aumentare la produttività dei test di un laboratorio. Piccole modifiche al software possono ridurre le attività ripetitive, e alcuni afferraggi ed estensimetri possono ridurre i tempi di configurazione e aumentare la ripetibilità, riducendo la necessità di eseguire nuovi test. Infine, c'è l'opzione di automatizzare completamente l'intero processo di prova, il che consente di eseguire i test per diverse ore senza la necessità di alcuna interazione da parte dell'operatore.