ISO 6892-1- Prove di trazione a temperatura ambiente sui metalli
La normativa DIN EN ISO 6892-1 relativa alle prove di trazione sui metalli standardizza le prove di trazione di metallo o acciaio a temperatura ambiente e ne definisce i valori delle caratteristiche meccaniche.
Obiettivi e applicazioni ISO 6892 in base al range di temperatura Valori caratteristici Video / Eseguire il test Misurazione della forza / deformazione Velocità di prova Controllo in deformazione Software di prova Sistemi di prova
Obiettivo e applicazioni della normativa ISO 6892-1
Con la prova di trazione, ad oggi il test meccanico tecnologico più utilizzato a livello mondiale, vengono determinati i valori caratteristici di resistenza e deformazione dei materiali metallici, importanti nella progettazione e costruzione di componenti, macchinari, veicoli ed edifici.
La prova ha come compito quello di determinare i valori caratteristici in modo affidabile e riproducibile e di ottenere la comparabilità internazionale.
Il test di trazione uniassiale si utilizza per determinare i valori caratteristici del punto di snervamento o il carico di snervamento, della resistenza alla trazione e della deformazione a rottura, così come il punto di snervamento inferiore, la sua deformazione e la deformazione a forza massima.
Prove di trazione sui metalli - ISO 6892 in base al range di temperatura
Nelle prove di trazione sui metalli, la normativa crea una distinzione basata sulla temperatura in cui si esegue il test: temperatura ambiente, alta temperatura, bassa temperatura e temperatura dell’elio liquido. Le diverse temperature e l’elio liquido impongono requisiti altrettanto diversi ai sistemi e ai metodi di prova, compresa la preparazione dei provini. Per questo, la normativa internazionale ISO è divisa in quattro parti distinte, ognuna delle quali si occupa di uno dei suddetti intervalli di temperatura:
- ISO 6892-1 metodo per prove a temperatura ambiente
- ISO 6892-2 metodo per prove ad alta temperatura
- ISO 6892-3 metodo per prove a bassa temperatura
- ISO 6892-4 metodo per prove in elio liquido.
Altre normative nazionali come l’americana ASTM, l’europea EN, la giapponese JIS e la cinese GB/T vengono applicate a livello internazionale. Per applicazioni specifiche, come l’aeronautica, potrebbero essere indispensabili normative particolari.
DIN EN ISO 6892-1: Valori caratteristici importanti
Le prove di trazione sui metalli o sui materiali metallici, si basano principalmente sulle normative DIN EN ISO 6892-1 e ASTM E8. Entrambe specificano le forme dei campioni e i relativi test, descrivono e indicano la procedura di prova da seguire, in modo tale che, anche quando vengono utilizzati sistemi di prova diversi, i valori caratteristici rimangano riproducibili e corretti. Ciò significa anche che i criteri degli standard affrontano fattori di influenza importanti e formulano i requisiti in termini generali, lasciando sufficiente margine per l'implementazione tecnica e l'innovazione.
Valori caratteristici importanti delle prove di trazione sui metalli secondo 6892-1:
- Il punto di snervamento; più precisamente il punto di snervamento superiore e quello inferiore (ReH and ReL)
- L’ offset del limite elastico; generalmente determinato come sostituzione del punto di snervamento allo 0.2% dell’allungamento plastico (Rp0.2)
- L’allungamento al punto di snervamento; nello specifico può essere determinato con l’uso di un estensimetro (Ae)
- La resistenza alla trazione (Rm)
- L’allungamento uniforme (Ag)
- La deformazione a rottura (A), per cui le specifiche normative relative alla base di misura sono di notevole importanza.
Resistenza alla trazione con diversi livelli di incrudimento del materiale
Per i materiali metallici caratterizzati da un punto di snervamento evidente, la forza massima di trazione viene definita come la forza più alta raggiunta dopo il punto di snervamento superiore. Nei materiali con un basso livello di incrudimento, la forza di trazione massima dopo il superamento del punto di snervamento può trovarsi anche al di sotto di quest’ultimo. Quindi, in questo caso, la forza di trazione è inferiore al valore del punto di snervamento superiore.
L’immagine qui raffigurata mostra la curva sforzo/deformazione con un alto livello di incrudimento (1) e un bassissimo livello di incrudimento (2) dopo il carico di snervamento.
Invece, per i metalli con punto di snervamento e conseguente sforzo, la resistenza alla trazione corrisponde allo sforzo al punto di snervamento.
Punto di snervamento (ReH and ReL), carico di snervamento (Rp e Rt) e resistenza alla trazione (Rm)
Per la determinazione del punto di snervamento e della resistenza alla trazione, è necessaria una sola misurazione precisa della forza, mentre per tutti gli altri valori caratteristici è necessario eseguire, durante il test, una misurazione (automatica) della deformazione con un estensimetro, oppure è possibile l’analisi manuale dopo aver rimosso il campione o i suoi resti.
Deformazione a rottura A e At
La deformazione a rottura A o At è una misura della duttilità, così come delle proprietà di flusso di un materiale.
I moderni algoritmi, che analizzano automaticamente la curva sforzo-deformazione, garantiscono la determinazione affidabile del punto di rottura e l'accurata determinazione della deformazione a rottura. Anche la posizione di rottura lungo il provino, più specificamente lungo la lunghezza parallela del provino, è importante per una determinazione affidabile ed accurata della deformazione a rottura. Se la rottura o il punto di cedimento non rientra nella base di misura dell’estensimetro a contatto, non è possibile determinare correttamente la deformazione plastica ed il punto di cedimento che si verificano durante la strizione. I moderni algoritmi di valutazione stimano il punto di cedimento, o di rottura, rispetto ai punti di misura dell'estensimetro e segnalano una deformazione inaffidabile al valore di rottura.
Con estensimetri ottici, non a contatto, che acquisiscono la deformazione dell’intero tratto parallelo del provino, può essere determinato il punto di rottura o cedimento. Se la rottura avviene al di fuori della base di misura iniziale, in accordo alla ISO 6892-1:2017 Appendix I, l’allungamento a rottura può essere comunque determinato se un numero di marcatori appropriato è stato previsto ed analizzato durante la prova. L’estensimetro laserXtens Array così come l’estensimetro videoXtens Array, prevedono una soluzione opzionale per questa attività. Con il loro uso, l’allungamento a rottura è automaticamente determinato con affidabilità e accuratezza sul 100% dei provini.
La JIS Z2241 prevede una classificazione del punto di rottura. Questa è normalmente effettuata manualmente tramite controllo visivo o tramite una misura non a contatto separata. Entrambi i metodi richiedono personale e tempo. Con i moderni estensimetri ottici, non a contatto questo è gestito automaticamente per le prove di trazione: l’indicazione della classe (in relazione al punto di rottura A, B o C) è quindi parte dei risultati determinati e registrati.
Video: prova di trazione sui metalli secondo ISO 6892-1
Prova di trazione secondo ISO 6892-1 Metodo A1 e A2 con macchina per prove di trazione ed estensimetro makroXtens.
Requisiti di prova
Per determinare i valori caratteristici definiti nella norma ISO 6892-1, la misurazione precisa della forza e dell'allungamento del provino sotto l'applicazione della forza (misurazione della deformazione) svolge un ruolo fondamentale. Altrettanto importante è la velocità di prova, specificata nella norma in due metodi diversi. Si distingue tra il Metodo B (attraverso l'aumento dell'applicazione delle sollecitazioni) e il Metodo A (attraverso l’indice di deformazione). Il metodo A - e in questo caso il metodo A1 tramite il controllo automatizzato dell’indice di deformazione utilizzando il segnale dell'estensimetro (closed loop) - è il metodo più semplice e preciso. Gli strumenti di prova ZwickRoell sono progettati e specializzati per questo scopo.
Requisito per la misurazione della forza e della deformazione
I requisiti più importanti e chiaramente definibili si riferiscono anche alla misurazione della forza e dell'estensione del provino sotto l'applicazione della forza.
- Per la misurazione della forza la normativa ISO 6892 fa riferimento alla ISO 7500-1 - Taratura e verifica del sistema di misurazione della forza per le macchine di prova di trazione e compressione, Classe 1 come requisito minimo.
- Per la misurazione della deformazione, la normativa ISO 6892 si riferisce alla ISO 9513 - Taratura degli estensimetri usati nei test uniassiali, Classe 1 come requisito minimo per la determinazione dell’offset del limite elastico; per la misurazione degli altri valori caratteristici (con deformazioni maggiori del 5%) può essere applicata la Classe 2.
I processi di taratura, ed in particolare i risultati e le definizioni delle classificazioni, sono descritti nelle norme per la misurazione della forza e della deformazione, quest'ultima considerata decisiva per l’applicazione della pratica di prova. Le deviazioni e le risoluzioni massime consentite, usate per la determinazione dell'incertezza di misura del sistema di misurazione, possono essere ricavate dalla classe di appartenenza del sistema di misura tarato.
- Per la misurazione della forza, ASTM E8 si riferisce a ASTM E74,
- per la misurazione della deformazione a ASTM E83.
- Le normative applicate a livello internazionale sono spesso diverse per quanto riguarda la struttura del contenuto, in ogni caso le loro definizioni e requisiti sono coordinati in modo che i valori caratteristici rilevanti della prova di trazione non differiscano in modo significativo.
Fa eccezione la valutazione e quindi la classificazione degli estensimetri. Mentre la ISO 9513 si riferisce al valore target da raggiungere in termini di deviazione, la ASTM E83 considera anche il rapporto con la base di misura iniziale. Un estensimetro destinato a basi di misura iniziali ridotte deve soddisfare requisiti di misurazione più elevati rispetto ad un estensimetro per basi di misura iniziali più grandi.
I valori caratteristici nelle prove di trazione sui metalli, per i quali è richiesto l'uso di un estensimetro che soddisfi i requisiti della Classe 1 o superiore secondo la ISO 9513, sono:
- Gradiente iniziale della curva sforzo/deformazione mE
- Carico di snervamento.
I valori caratteristici nelle prove di trazione sui metalli, per i quali è richiesto l'uso di un estensimetro che soddisfi i requisiti della Classe 2 o superiore secondo la ISO 9513, sono:
- Allungamento al punto di snervamento Ae
- Allungamento uniforme Ag e Agt
- Plateau intorno allo sforzo massimo di trazione Rm o al carico massimo di trazione Fm
- Deformazione a rottura A e At.
Influenza della velocità di prova sui punti di snervamento (ReH e ReL) e carico di snervamento (Rp and Rt)
Per la corretta determinazione dei punti di snervamento (ReH e ReL) e dell’ offset del limite elastico (Rp e Rt) oltre all'accurata misurazione della forza e della deformazione, sono rilevanti anche le velocità di prova. La norma distingue due metodi per impostare la velocità di prova: nel metodo B, essa è controllata dall'aumento della sollecitazione, nel metodo A dalla velocità di deformazione. Il metodo A, in cui si tiene conto del tasso o della velocità di deformazione , è consigliato per i seguenti motivi:
- I materiali metallici cambiano i loro valori caratteristici quando cambiano le velocità di deformazione con le quali si eseguono i test
- Come regola generale, a velocità di deformazione più elevate corrispondono valori di resistenza più alti
- A seconda della lega e della qualità del metallo, la dipendenza dalla velocità di deformazione può essere molto significativa, e al di fuori dei limiti di specifica per la qualità corrispondente.
| Velocità di prova secondo ISO 6892-1 |
|---|
| Metodo A1: Controllo in deformazione closed loop | Metodo A2: Controllo in deformazione open loop | Metodo B: velocità di stress |
| Estensimetro richiesto | Estensimetro richiesto | Nessun estensimetro richiesto |
| Nessun pre-test/setup richiesto (controllo adattivo) | Pre-test e setup richiesti (determinazione del sistema di prova e rigidità del provino) | Pre-test e setup richiesti (determinazione del sistema di prova e rigidità del provino) |
Il controllo in deformazione closed loop è il metodo più facile e più preciso
Il controllo in deformazione migliora notevolmente l'affidabilità dei risultati nella determinazione dei valori di resistenza allo snervamento e di offset del limite elastico di un materiale . A tal fine, la norma ISO 6892-1 propone due metodi per implementare il controllo in deformazione:
- Metodo A1 - controllo automatico della deformazione mediante l'uso del segnale dell'estensimetro (closed loop)
- Metodo A2 - regolazione manuale attraverso la preselezione della velocità della traversa, con la quale si ottiene la corretta velocità di deformazione per la determinazione dei valori caratteristici (open loop).
Per mantenere automaticamente la velocità della traversa all’interno delle tolleranze specificate dalla normativa alla velocità di deformazione, il primo metodo utilizza le possibilità fornite dai moderni sistemi di controllo (drive controllers). Questo metodo richiede un sistema di prova dotato di tecnologia di controllo; tuttavia, semplifica notevolmente le operazioni di prova ed elimina gli errori nell'impostazione della velocità della traversa. Pertanto, si consiglia questo metodo.
Con il testXpert, la velocità di deformazione è sempre tracciabile. La linea rossa (1) mostra l'intervallo di tolleranza definito dalla norma ISO 6892-1 (20% della velocità impostata). La linea verde tratteggiata rappresenta l'intervallo di tolleranza più ristretto del 5%, che è il parametro di riferimento utilizzato dai sistemi di prova ZwickRoell per essere al sicuro in caso di eventi imprevisti.
Un buon controllo della velocità di deformazione è caratterizzato da (2) basse fluttuazioni in ingresso e (3) controllo stabile della velocità. Un requisito importante per questo è un controllore adattivo
Come funziona il controllo in deformazione closed loop nel sistema di prova?
Per una regolazione precisa delle velocità di deformazione, il nostro sistema elettronico testControl II controlla la velocità della macchina di prova utilizzando direttamente i valori misurati dall'estensimetro. I parametri di controllo della macchina di prova vengono calcolati automaticamente e adattati in tempo reale. Questo processo è chiamato closed loop con controllo adattivo e funziona sulle macchine di prova ZwickRoell a 1 kHz. Questo soddisfa facilmente i requisiti standard di conformità alla velocità di deformazione.
Il processo è completamente automatico e molto semplice e consente all'operatore di risparmiare tempo nella produzione di risultati affidabili con bassa dispersione.
ISO 6892-1 con il software di prova testXpert – prove efficienti e affidabili
Con testXpert, puoi aumentare l'efficienza dei tuoi test secondo ISO 6892-1. testXpert fornisce risultati affidabili: la base per decisioni su cui puoi contare.
- Qualunque sia il metodo scelto, tutti i parametri ISO 6892-1 sono già inclusi nel programma di prova, con conformità del 100% alla norma. In un layout preconfigurato, è possibile vedere l’indice di deformazione effettivamente raggiunto entro le tolleranze specificate dalla norma.
- Grazie al testXpert non saranno più necessari test preliminari e i calcoli manuali per l’indice di deformazione secondo ISO 6892-1. testXpert imposta automaticamente tutti i parametri di controllo. Le posizioni target e i valori di deformazione vengono raggiunti con accuratezza. Le variazioni delle proprietà del provino vengono compensate online.
- testXpert garantisce risultati di prova riproducibili grazie a condizioni di prova esattamente identiche attraverso una configurazione predefinita della macchina.
- Per ottenere risultati di prova riproducibili, l'influenza dell'operatore è ridotta al minimo, ad esempio attraverso la funzione user management.
Programma di prova standard testXpert per ISO 6892-1
Validazione software TENSTAND
Risultati di prova affidabili al 100% in accordo alla normativa ISO 6892-1 / TENSTAND.
I risultati di prova, determinati con il software secondo ISO 6892-1, possono essere verificati e validati con un set di dati riconosciuti a livello internazionale. In un progetto di ricerca europeo denominato con l’acronimo TENSTAND, sono stati generati e qualificati i dati grezzi ricavati dai test sui metalli. Questi dati venivano usati per determinare e qualificare i risultati di prova e i range dei risultati. Con il set di dati e di risultati TENSTAND, il software di prova può essere verificato velocemente e affidabilmente mediante comparazione dei risultati. Il National Physical Laboratory (NPL), Istituto di Misurazione Nazionale di Londra possiede questi set di dati e risultati.
- Il National Physical Laboratory (NPL) è la versione inglese dell’istituto di misurazione nazionale tedesco Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB). Definisce gli standard nazionali applicabili nel campo della fisica e della tecnologia.
- Tra le sue responsabilità sono comprese: la determinazione delle costanti fondamentali e naturali, la rappresentazione, la conservazione e il trasferimento delle unità legali del Sistema Internazionale delle unità di misura (SI), integrate da servizi quali i servizi di taratura UKAS (United Kingdom Accreditation Service) per il settore legalmente regolamentato.
Risultati di prova affidabili e riproducibili con TENSTAND e testXpert
Verifica i tuoi risultati di prova con la validazione software TENSTAND
- Carica nel testXpert III i set di dati grezzi TENSTAND ASCII da NPL
- Determina i risultati di prova da questi set di dati grezzi usando testXpert
- Confronta i tuoi risultati con quelli TENSTAND.
