Le prove di tipo meccanico servono in generale a descrivere il comportamento di un materiale
sottoposto a deformazione.
Una prima distinzione va fatta tra le prove a deformazione 'lenta' (creep, trazione,
flessione, etc.) e le prove a deformazione 'veloce' (urto, rotture, etc.)
Una seconda distinzione possiamo farla tra le prove di tipo 'universale' (pensiamo ad un
dinamometro in trazione) e le prove specifiche (per esempio ad un apparecchio specifico per
la misura della resistenza delle suole delle scarpe).
In generale dobbiamo essere noi a decidere di cosa abbiamo bisogno.
Nota di carattere generale: per avere dei numeri su cui discutere e con cui confrontarsi
una notevole attenzione deve essere riposta in ogni caso nella preparazione dei provini.
Questo aspetto riveste dal 50% al 99% dell'importanza della prova ed è spesso sottovalutato.
Prove di trazione, compressione, flessione
Preparazione e condizionamento dei provini
Esistono numerose normative a riguardo; in generale si distinguono due casi: provini fustellabili
(plastificati, spessori bassi, etc.) e provini che devono essere intagliati con una fresa.
La modalità di preparazione del provino varia da materiale a materiale, e in generale viene
eseguita con una pressa verticale e stampi adeguati. L'esperienza è tutto in questa fase.
I provini DEVONO essere condizionati almeno 24 ore in condizioni standard prima della prova.
Apparecchiatura
In questo caso abbiamo bisogno di un dinamometro adeguato alle nostre esigenze di misura.
Un dinamometro è costituito almeno da:
1) un telaio che deve essere sovradimensionato rispetto alle nostre esigenze
2) una cella di carico che misura le forze di dimensione e precisione adeguate
3) una misura della deformazione (direttamente sul telaio o, molto meglio, mediante
estensometri sul provino)
4) un sistema di elaborazione del dato (PC)
e, anche se sembra banale: 5)un micrometro per la misura degli spessori dei provini
A questa base si possono aggiungere altri accessori (per prove in flessione, per misure a
diverse temperature, per prove di compressione, diverse celle di carico, etc.)
Misura
Cosa si misura:
Modulo elastico
Sforzo a snervamento
Allungamento a snervamento
Sforzo a rottura
Allungamento a rottura
.......
La misura DEVE essere seguita per accorgersi di tutto quello che succede. Anche un provino
rotto può essere fonte di ottime informazioni.
Un buon stereomicroscopio può essere di notevole aiuto.
Prove di creep
Non spendiamo troppe parole per queste prove perchè, in generale, bisogna essere abbastanza
specialisti prima di pensare ad una prova di creep.
A volte serve misurare la deformazione di un materiale sottoposto ad uno sforzo per tempi
lunghi o lunghissimi: le prove di creep vanno in questa direzione.
Sono tuttavia prove molto lunghe, anche anni, e quindi molto costose e richiedono una
certezza assoluta delle variabili in gioco: una prova di trazione si può ripetere se
qualcosa non va, ripetere una prova di creep può voler dire un ritardo di mesi o anni e
quindi l'inutilità della prova.
Preparazione e condizionamento dei provini
FONDAMENTALI per una prova di creep. Valgono le stesse considerazioni per le prove di
trazione ed in più il fatto che in generale NON POSSIAMO SBAGLIARE a causa della durata
delle prove.
Apparecchiature
Ci sono apparecchiature specifiche per il creep. In generale è fondamentale il
condizionamento in temperatura e umidità dell'apparecchiatura; dobbiamo essere stra-sicuri
che la temperatura e l'umidità vengano mantenute costanti per tutta la durata della prova
(ripetiamo, anche anni!).
Misure
In generale i provini sono sottoposti ad uno sforzo costante nel tempo (pensiamo ad un peso
che tira un provino) Quello che si misura è la deformazione in funzione del tempo.
Da queste misure si traggono numerose informazioni sulle caratteristiche del materiale.
Prove di urto
Il nome dice tutto. In questo caso vogliamo capire come si comporta il materiale quando è
sottoposto ad uno sforzo improvviso per un tempo limitatissimo (di solito qualche
millisecondo): siamo quindi esattamente all'opposto delle prove di creep.
Le normative in questo campo la fanno da padrone.
Preparazione e condizionamento dei provini
Oltre agli stessi accorgimenti necessari già descritti per le prove di trazione, uno degli
aspetti fondamentali è L'INTAGLIO del provino, dove necessario. La cura per questa
operazione deve essere massima. Anche in questo caso uno stereomicroscopio è quasi
necessario. Anche se l'intaglio non deve essere effettuato, la cura della forma e del
contorno del provino è fondamentale prima di eseguire la pova. Altrettanto fondamentale è
il condizionamento dei provini.
Apparecchiature
Le apparecchiature sono diverse a secondo delle necessità:
- trazione per urto con pendolo
- pendolo 'Charpy'
- pendolo 'Izod'
- dardo ad impatto
- prove specifiche
In generale è bene uniformarsi alle indicazioni delle normative per il materiale in oggetto.
Misure
In generale si colpisce il provino con una determinata energia, si misura l'energia
assorbita dal provino e si analizza il provino colpito, che può rompersi completamente
o deformarsi semplicemente.
Spesso per queste prove si sente il termine 'resilienza', a volte utilizzato impropriamente.
L'analisi del provino dopo essere stato sottoposto a prova può dare utili indicazioni sul
tipo di rottura e sulla propagazione della frattura.
Prove di abrasione
La resistenza all'abrasione è un fenomeno complesso che riguarda essenzialmente le proprietà
superficiali del materiale; a causa di questa complessità le prove hanno spesso valore
comparativo, difficilmente assoluto. Esistono tuttavia apparecchiature che rispondono a
determinate normative che consentono di ottenere valori sufficientemente riproducibili del
dato.
Preparazione e condizionamento dei provini
Come per tutte le prove meccaniche, questa fase è fondamentale. In particolare per l'abrasione
una cura estrema deve essere riposta sull'aspetto superficiale dei provini.
Apparecchiature
Come ricordato sopra, esistono apparecchiature che rispondono a normative internazionali,
in particolare caratterizzate dal fatto che l'elemento abrasivo deve avere sempre la stessa
efficacia.
Esistono macchine con provini che ruotano e vengono abrasi da una mola calibrata e macchine
con l'elemento abrasivo che effettua cicli di abrasione sul provino.
Misure
In generale viene misurata la perdita in peso del provino sottoposto alla prova per un tempo
determinato. Eventualmente si può analizzare al microscopio l'aspetto superficiale del provino
dopo l'abrasione.
Non esistono campioni standard, le condizioni da preferire sono:
a) elemento abrasivo continuamente sostituito e che opera con cicli sempre uguali
b) controllo periodico delle capacità abrasive con un materiale conosciuto e con provini
preparati in maniera identica.
Prove di fatica
Preparazione e condizionamento dei provini
Le prove di fatica sono numerose e specifiche per ogni applicazione. Considerato il fatto
che spesso hanno durata piuttosto elevata (anche settimane), valgono le solite considerazioni
sulla preparazione e sul condizionamento dei provini, aggravate dal fatto che, se tale fase
viene sottovalutata, non avremo modo di capirlo e butteremo all'aria molte settimane di lavoro
nostro e dell'apparecchiatura.
Se possibile, è meglio caratterizzare meccanicamente, ad esempio mediante prove di trazione o
di urto, alcuni provini di una serie prima di sottoporli alle prove di fatica, in modo da
verificare eventuali anomalie.
Apparecchiature
Le più disparate e nelle condizioni più estreme. E' inutile qui fare un elenco; per ogni
settore è indicata una certa prova di fatica.
In generale, considerato che tali apparecchiature hanno parti meccaniche in movimento per
lungo tempo, garantitevi la solidità e l'affidabilità delle macchine. Non da ultimo,
considerato che a volte abbiamo la necessità di effettuare le prove a basse o alte temperature
o in camere climatiche, accertatevi la loro funzionalità nelle condizioni che desiderate.
Misure
La prova di fatica non è una vera e propria misura.
Considerate quali variabili vi interessano (proprietà meccanice, ottiche, aspetto,
essudazione, etc.) e misuratele prima e dopo la prova di fatica.
E' un must effettuare le prove sul numero più elevato possibile di provini.
Prove di durezza
Preparazione e condizionamento dei provini
E' il 98% della prova. Non fate una misura di durezza se i provini non sono ben preparati
(piani) e condizionati. La prova di per se stessa è banale e vi da' solo un numero da
comparare.
Apparecchiature
Scegliete l'apparecchio specifico per le vostre esigenze e per il vostro range di durezza.
In generale non sono apparecchi costosi e possono dare molte indicazioni se utilizzati
cum grano salis.
La taratura è fondamentale.
Misure
Ci sono diversi 'gradi' di durezza: Rockwell, Shore, IRHD, etc.
Considerate il vostro materiale e scegliete di conseguenza.
In generale considerate che la misura è in generale semplice e richiede pochi minuti.
Altre prove meccaniche
Vi sono anche altre prove meccaniche, come la resistenza e il comportamento allo scoppio,
la resistenza al graffio, alla perforazione e altre ancora.
Dr. Maurizio Veronelli
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