Prova di trazione

Le prove di trazione esaminano materiali come l’acciaio per verificarne la resistenza alla trazione. I campioni standardizzati per la prova di trazione consentono di trarre conclusioni sulle proprietà e sul comportamento dei rispettivi materiali.

Le prove di trazione sono metodi di prova standardizzati e quasistatici in cui vengono misurati alcuni parametri del materiale. Si tratta di metodi distruttivi, perché i campioni da testare sono spesso caricati oltre il limite di snervamento. I test sui materiali vengono eseguiti con macchine per prove di trazione e macchine per prove universali. I dispositivi visualizzano i movimenti unidimensionali in una curva sollecitazione-deformazione e in una curva forza-spostamento. I parametri determinati forniscono informazioni sulle proprietà e sul comportamento dei materiali testati. La scelta della macchina di prova da utilizzare dipende dai rispettivi requisiti. Le macchine vanno dai sistemi da tavolo (3 kN) a quelli da 50 kN dotati di doppio mandrino, fino alle macchine per prove di trazione con elevate capacità di carico tra 300 kN e 2000 kN.

Gli standard applicabili alle macchine per prove di trazione sono la norma generale DIN 51222, la DIN EN ISO 6892-1 e la DIN EN ISO 7500-1 per i materiali metallici e la ISO 5893 per le materie plastiche e la gomma. La norma DIN 50125 specifica quali requisiti si applicano ai materiali del campione per la prova di trazione. Per la deformazione di rottura, per alcuni materiali si utilizza la lunghezza di misura e per altri il fattore di proporzionalità. Lo scopo della procedura di prova è quello di scoprire, ad esempio, quale carico il materiale può sopportare senza deformarsi plasticamente e a quale forza il materiale si distrugge. Inoltre, sono state determinate le proprietà e il comportamento di deformazione di schiuma dura, schiuma morbida-elastica, gomma e compositi rinforzati con fibre.

La sezione trasversale del campione utilizzato dipende dal materiale originale selezionato. Se l’acciaio ha un volume elevato, dal materiale solido si ottiene un campione con sezione trasversale circolare. Per le prove sui materiali delle lamiere, è necessario un campione di trazione piatto (a sezione rettangolare o quadrata). Questa procedura di prova è preferita nell’ingegneria meccanica perché consente di trarre conclusioni anche su altri tipi di carico.

Le prove di trazione possono essere eseguite con sistemi di misura a contatto (estensimetri a clip) e senza contatto. Con gli estensimetri a clip, almeno due lame vengono applicate al campione. Questi misurano l’allungamento del campione bloccato tra loro. Oggi la misurazione non a contatto viene eseguita con estensimetri ottici digitali. Il sensore posizionato nel dispositivo di misurazione rileva l’allungamento. Tali dispositivi di misura hanno il vantaggio di poter rilevare con precisione anche le deformazioni molto rapide. Alcuni modelli sono adatti anche alla misurazione di materiali molto caldi. Questi estensimetri possono essere utilizzati anche per prove di trazione distruttive, perché hanno una distanza sufficiente dal manufatto.

La prova di trazione tradizionale è la cosiddetta prova di rottura: Il campione standardizzato viene bloccato nella macchina di prova e, all’aumentare del carico di trazione, viene allungato fino alla rottura o allo strappo. Vengono utilizzati solo i manufatti con una sezione trasversale ridotta. La deformazione del campione viene eseguita senza urti e a bassa velocità. Durante la prova, vengono misurati la forza che agisce sul manufatto e l’allungamento nel range di misura. La macchina per prove statiche genera una curva forza-spostamento e la mostra sul monitor del PC.

Le macchine per prove di trazione comprendono una traversa fissa e una mobile, azionate da uno o due mandrini. L’azionamento funziona idraulicamente o elettricamente. Prima della prova di trazione, viene definita la velocità della traversa e il campione viene bloccato tra le teste traverse mediante supporti. Quindi, la traversa viene spostata a velocità costante in una direzione fino alla lacerazione del materiale. Il dispositivo di prova registra la deformazione del campione e la forza necessaria utilizzando la traversa o un estensimetro. Quindi, le tensioni e le deformazioni di trazione vengono calcolate mettendo in relazione i valori letti con le dimensioni del campione per la prova di trazione. La tensione di trazione viene determinata dalla sezione trasversale prima della prova. La deformazione di rottura viene calcolata in base allo spostamento della traversa.

In altre prove di trazione, le parti o i campioni sono sottoposti a una forza di trazione fino al raggiungimento del carico di prova richiesto. Si tratta di una prova di trazione non distruttiva. Questi test sui materiali vengono eseguiti per garantire che il pezzo caricato soddisfi i requisiti tecnici. Poiché l’ulteriore lavorazione modifica le proprietà del materiale, quest’ultimo deve essere testato nuovamente in un secondo momento.

Sulla base della curva tensione-deformazione generata dopo la prova di trazione, vengono determinati i seguenti parametri:

• Resistenza alla trazione finale
• Modulo di Young
• Limite di snervamento (inferiore, superiore)
• Tensione di snervamento
• Deformazione di rottura
• Deformazione uniforme
• Strizione
  

Si distingue tra limite allo snervamento superiore e inferiore. Il limite superiore di snervamento descrive il punto in cui il campione si deforma plasticamente per la prima volta. Le fibre del materiale si strappano. Ciò comporta una diminuzione della tensione e un allungamento permanente del campione. Il limite inferiore di snervamento descrive il punto dopo la prima deformazione in cui la diminuzione della tensione di trazione è massima. Poi, la tensione di trazione aumenta di nuovo in modo continuo. Per i campioni con un limite allo snervamento distinto, la tensione si riduce prima della rottura: la deformazione continua ad aumentare quando il materiale inizia a cedere. Per i materiali che non hanno un limite di snervamento distinto, come gli acciai formati e laminati a freddo, la rottura avviene nell’intervallo del carico di rottura. Materiali come l’acciaio strutturale non legato (St 37) hanno una resistenza allo snervamento distinta.

Le prove di trazione sono utilizzate in molti settori, oggi spesso supportate da dispositivi di misura ottici senza contatto con telecamera. Questi dispositivi di misura forniscono risultati più precisi e sono adatti anche per le prove in cui il campione viene distrutto.