ASTM E21 – prove di trazione a temperature elevate su metalli

ASTM E21 richiede un allineamento ottimale e preciso della macchina di prova quando si applica il carico sul provino afferrato. La macchina di prova e gli afferraggi devono esercitare il carico su un provino lavorato con precisione in modo tale che la deformazione massima a flessione non superi il 10% della deformazione assiale. Va sottolineato che la verifica di queste condizioni a temperatura elevata non è possibile nella pratica e può quindi essere eseguita a temperatura ambiente. In questo contesto, si fa riferimento alla norma ASTM E1012.

Quando si sceglie un estensimetro, si raccomanda di utilizzare lo standard ASTM E83 per soddisfare i requisiti di sensibilità e accuratezza. Per determinare l’offset del limite elastico (Rp0,1 e oltre), è necessario un estensimetro di Classe B-2. È importante ricordare che la conformità ai requisiti deve essere verificata in condizioni di temperatura elevata. Una di queste prove può essere la determinazione della pendenza della curva sforzo-deformazione, che deve essere entro il 10% del modulo di elasticità (valore nominale) del materiale testato.

Per la misurazione della deformazione, ASTM E21 si riferisce esplicitamente al posizionamento delle marcature del provino, ai bordi dei coltelli dell'estensimetro e ai sensori di temperatura. Se per queste specifiche è necessario discostarsi dallo standard, occorre segnalarlo e, nel caso di prove di accettazione, concordarlo in anticipo.

Lo standard ASTM E21 richiede che l'estensimetro selezionato sia in grado di determinare le velocità di deformazione. Inoltre, è importante ricordare che la determinazione del modulo elastico non è inclusa in questo standard e che le condizioni di prova in presenza di riscaldamento rapido o di elevata velocità di deformazione non vengono considerate. Tuttavia, i valori caratteristici indicati in unità di pollici e libbre sono conformi alla norma.

Quando si determinano i valori di punto di snervamento e di offset del limite elastico, ASTM E21 dichiara che è necessario mantenere una velocità di deformazione di 0,005 ± 0,002 in./in./min o mm/min (corrispondente a 0,000083 ± 0,000033 /sec) all'interno della sezione parallela ridotta.

Dopo aver determinato il punto di snervamento e l’offset del limite elastico, la velocità di prova può essere aumentata a 0,05 ± 0,01 in./in./min o mm/min (corrispondenti a 0,00083 ± 0,00017 /sec). La velocità di prova (indice di deformazione o velocità della traversa) deve essere registrata.

Dopo la determinazione del punto di snervamento e dell’offset del limite elastico, e quando è stato confermato che la velocità della traversa è stabile entro le tolleranze di cui sopra, la velocità della traversa in in./min o mm/min può anche essere calcolata dalla sezione parallela ridotta (pollici o mm) moltiplicando per 0,05. Questo si applica a tutte le forme di provino descritte in ASTM E8/E8M.

Ad esempio: se la sezione parallela ridotta (precedentemente indicata anche come lunghezza di prova) è lunga 4 pollici, è necessario impostare una velocità della traversa pari a 0,2 in./min. e per una sezione parallela ridotta con una lunghezza di 100 mm, è necessario impostare una velocità della traversa pari a 5 mm/min.

Se si vuole registrare una curva completa di sollecitazione-deformazione, è possibile mantenere una velocità di 0,005 ± 0,002 in./in./min. o mm/mm/min. per tutta la durata della prova di trazione.
Se non è richiesta la determinazione del punto di snervamento e dell’offset del limite elastico, anche l'uso di un estensimetro non è assolutamente necessario. La velocità della traversa deve quindi essere impostata in modo da ottenere una velocità di deformazione di 0,05 ± 0,01 in./in./min o mm/mm/min durante la prova di trazione.

Per tenere conto del comportamento della configurazione di prova nella parte iniziale della curva sforzo-deformazione per la determinazione del punto di snervamento e dell’offset del limite elastico, il valore impostato per la velocità di deformazione può essere corretto lievemente verso l'alto. Un riferimento specifico è fornito dalla norma ASTM E21. Oltre i limiti del punto di snervamento e dell’offset del limite elastico, si applica nuovamente il valore nominale non corretto.

La misurazione manuale della deformazione a rottura viene effettuata a temperatura ambiente. La misurazione della distanza tra le marcature applicate in precedenza deve essere effettuata con un'approssimazione di 0,01 pollici o 0,3 mm.

Anche la misurazione manuale per determinare la riduzione della sezione viene eseguita a temperatura ambiente. Le estremità del campione rotondo fratturato devono essere accostate con cura e il diametro minimo viene misurato con un'approssimazione di 0,01 pollici o 0,3 mm. Se la sezione trasversale della frattura non è rotonda, è necessario effettuare misure sufficienti per stabilire la riduzione dell'area.

I contenuti del report di prova sono elencati e descritti in dettaglio. È importante che il documento rifletta il più accuratamente possibile le condizioni di prova e di misurazione. Nel caso della deformazione a rottura, si fa esplicito accenno alla necessità di specificare la misura a rottura e la misura dopo la rottura. Ciò vale anche per la lunghezza di misurazione iniziale utilizzata, sia per i campioni rettangolari (ad es. 2 pollici o 50 mm) che per quelli rotondi (diametro 4x o 5x).