Test di piegatura

I test di piegatura vengono eseguiti per ottenere informazioni sulle proprietà di piegatura dei materiali destinati all’uso industriale o alla ricerca e sviluppo. A tal fine, vengono utilizzati diversi dispositivi di controllo.

Il test di piegatura (prova di trazione per piegatura) è un metodo per testare i materiali per verificarne la resistenza alla piegatura e altre importanti proprietà. I test distruttivi sui materiali sono utilizzati per le materie plastiche, le materie plastiche rinforzate con fibre (FRP), i metalli e i materiali ceramici. I test di piegatura sono simili nella loro sequenza. A seconda della quantità di punti di pressione e del supporto del campione, si distingue tra i seguenti:

• test di piegatura a 1 punto
• test di piegatura a 3 punti
• test di piegatura a 4 punti

Nei test di piegatura, i campioni standardizzati, per lo più cilindrici, vengono posizionati al centro del dispositivo di controllo. I rulli di supporto arrotondati (cuscinetti) sono disposti parallelamente l’uno all’altro a una certa distanza (larghezza di supporto). Il diametro del provino cilindrico è proporzionale alla larghezza di appoggio dei cuscinetti. Il punzone di prova, che si muove verso il basso lentamente e a velocità costante, carica il campione con una forza crescente finché non si rompe o raggiunge la deformazione precedentemente determinata. Il carico massimo esercitato durante il test di piegatura è chiamato forza di rottura.

Durante il test, vengono registrati i valori della forza di piegatura e della deflessione. Vengono quindi determinate le caratteristiche del materiale. L’intera sequenza di prova viene visualizzata in una curva di sollecitazione-deformazione e può anche essere registrata con una videocamera. I test di piegatura vengono eseguiti per ottenere informazioni sul comportamento a piegatura del materiale testato dalla tensione di piegatura su un solo asse. Nel caso di materiali fragili, la resistenza alla piegatura viene determinata in questo modo. Per quanto riguarda i materiali duttili, si determinano il punto di snervamento limite, il massimo angolo di piegatura possibile e il modulo di Young, nel caso di una deformazione elastica.

Durante le prove sui materiali con un test di piegatura, i moderni sistemi di misura ottica con telecamere ad alta risoluzione forniscono immagini precise del campione. Per la documentazione di campioni piatti, di solito sono sufficienti dispositivi con una sola telecamera. Le geometrie più complesse dei campioni possono essere misurate con precisione utilizzando due telecamere. Il tester per materiali applica prima un modello di punti stocastico al campione o utilizza la struttura superficiale esistente. I sistemi di misurazione ottica utilizzano algoritmi di correlazione delle immagini: Nelle immagini ad alta risoluzione, riconoscono la deformazione causata dal test di piegatura e calcolano la deflessione utilizzando le coordinate dei pixel del modello di punti.

Se la sollecitazione a flessione nel campione costituito da un materiale duttile è inferiore alla sollecitazione limite della deformazione plastica, la sollecitazione a flessione è esclusivamente elastica. All’aumentare della sollecitazione a flessione, il limite di snervamento (sollecitazione critica) viene superato prima nelle aree periferiche del campione. Queste aree si deformano quindi plasticamente (il cosiddetto flusso di materiale). Il punto di snervamento limite è la sollecitazione a flessione limite fino alla quale i materiali facilmente deformabili possono essere caricati a flessione senza subire deformazioni permanenti nell’area marginale.

Il momento in cui si verifica questo tipo di deformazione può essere determinato direttamente dal punzone di prova: La deflessione viene misurata in relazione alla forza applicata. I valori determinati sono mostrati in un diagramma deflessione-forza. Con l’aumento costante della deflessione, sempre più aree interne del campione sono coinvolte nella deformazione plastica. Questo è il risultato dell’aumento della sollecitazione. Per gli acciai, ad esempio, il punto di snervamento limite è tra il 10 e il 20% più alto della resistenza allo snervamento a causa dell’aumento lineare delle sollecitazioni. Se il limite di snervamento viene superato nelle fibre del bordo durante il test di piegatura, le fibre interne, esclusivamente sollecitate elasticamente, impediscono il movimento del flusso.

I test di piegatura con materiali duttili sono diversi da quelli eseguite con materiali fragili: I materiali resistenti possono essere sottoposti a deformazioni plastiche estreme, ma non possono essere rotti, indipendentemente dalla forza applicata. Nel caso peggiore, il campione verrebbe trascinato tra i cuscinetti. Pertanto, un test di piegatura con un campione duttile è terminato quando viene superato il punto di snervamento. La resistenza alla piegatura dei materiali duttili è determinata dal momento in cui si verifica la deformazione plastica.

I campioni realizzati con materiali fragili mostrano un diverso comportamento a flessione durante le prove sui materiali. Si rompono senza che il comportamento del flusso di materiale sia chiaramente visibile. Pertanto, la determinazione del punto di snervamento limite è più complicata per i materiali fragili. Per poter determinare comunque la resistenza alla piegatura, si determina la massima sollecitazione a flessione alla quale il campione si rompe. Tuttavia, la resistenza alla piegatura è un valore fittizio che non è identico alla sollecitazione a flessione che si verifica effettivamente nel materiale. Un’altra caratteristica dei test di piegatura con materiali fragili è la deflessione per frattura. Questo termine tecnico descrive la massima deflessione possibile di un campione poco prima della frattura.

La deflessione della frattura dipende dalla larghezza del supporto: le distanze maggiori tra i cuscinetti consentono di ottenere maggiori deflessioni. Per verificare la resistenza dei materiali fragili, il test di piegatura è spesso più adatto della prova di trazione, perché i materiali sono sottoposti solo a sollecitazioni a flessione. Se questo campione venisse sottoposto a una prova di trazione, si romperebbe prematuramente e si verificherebbero problemi di misurazione. Per alcuni materiali fragili, la prova di trazione viene quindi sostituita dal test di piegatura. Secondo la norma DIN EN ISO 178, questi materiali critici comprendono lastre e materiali di stampaggio termoindurenti, composti termoplastici per lo stampaggio ad iniezione e plastiche rinforzate con fibre.

Quando si testano i materiali con un test di piegatura, si distingue tra test di piegatura a 1, 3 e 4 punti, a seconda della quantità di punti di pressione e del tipo di supporto del campione.

I test di piegatura vengono eseguiti con campioni standardizzati e tre o quattro punti di pressione (test di piegatura a 3 o 4 punti). Esse comportano la distruzione del campione o la sua deformazione plastica (solo con materiali duttili). La metrologia ottica di ultima generazione fornisce risultati molto più precisi rispetto alle procedure di misura tradizionali.