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- Dimensione e forma del campione
- Procedura di prova di trazione
- Influenza della velocità di prova
- Influenza dell’attrezzatura di prova di trazione
La prova di trazione caratterizza la formazione ed il comportamento strutturale metalli. Il test consiste nel caricare un campione con una forma ben definita lungo l’asse in tensione, generalmente a frattura, e registrare il carico e lo spostamento risultanti per calcolare diverse proprietà meccaniche. Global standardsI-7, A-24, D-19, J-15 prescrivono le condizioni in cui devono verificarsi i test.
Dimensione e forma del campione
I campioni a grandezza naturale per la prova di trazione delle lamiere hanno una sezione rettangolare ai bordi per la presa dalla macchina di prova. Ridurre la larghezza nell’area centrale favorisce la frattura nella regione monitorata. Queste caratteristiche geometriche si traducono in una forma del campione che assomiglia a un osso di cane, portando ad un termine descrittivo applicato ai campioni di prova.
Le dimensioni dei campioni di dogbone sono associate alla norma di prova di trazione da cui si applicano. ISO I, II e III (descritti nella citazione I-7) corrisponde alle forme ASTMA-24, DIND-19 e JISJ-15, rispettivamente. Figura 1 mostra le forme dogbone, evidenziando le dimensioni critiche di larghezza e lunghezza calibro. Fare riferimento alle norme di prova per altre dimensioni, tolleranze e altri requisiti.
Figura 1: Forme campione di trazione a grandezza naturale per gli standard ISO I (ASTM), ISO II (DIN) e ISO III (JIS).I-7, A-24, D-19, J-15
Esistono differenze significative nella larghezza e nella lunghezza del calibro di queste forme di barre di trazione. Sebbene le barre ASTM e JIS abbiano una lunghezza del calibro simile, la larghezza della barra JIS è doppia rispetto alla barra ASTM. Le barre ASTM e DIN hanno un rapporto 4: 1 tra lunghezza e larghezza del calibro, dove la barra JIS ha un rapporto 2: 1.
Queste differenze di forma significano che l’allungamento calcolato cambia a seconda dello standard del campione utilizzato, anche quando si testano materiali identici. Con la combinazione della lunghezza del calibro più breve e del campione più ampio, l’allungamento delle barre JIS è tipicamente superiore a quello generato dalle altre forme.
Il carico di snervamento e la resistenza alla trazione non sono una funzione della forma della barra di trazione. La forza è definita come il carico diviso per l’area della sezione trasversale. Anche se ciascuna delle barre specifica una larghezza del campione diversa (e quindi una sezione trasversale diversa), il carico viene normalizzato da questo valore, che annulla le differenze dalla forma del campione.
La tranciatura o la punzonatura durante la preparazione del campione possono indurire i bordi della barra di trazione, il che può portare a generare una rappresentazione imprecisa delle proprietà meccaniche della lamiera. Gli standard di prova richiedono lavorazioni successive o altri metodi per rimuovere i danni ai bordi creati durante la preparazione del campione. La fresatura o la rettifica dei campioni di dogbone riduce al minimo gli effetti che la preparazione del campione può avere sui risultati.
Procedura di prova di trazione
La lunghezza del calibro è la lunghezza di riferimento utilizzata nei calcoli di allungamento. A seconda dello standard di prova, la lunghezza del calibro è di 2 pollici, 80 mm o 50 mm. Moltiplicando la larghezza e lo spessore all’interno della lunghezza del calibro determina l’area della sezione trasversale iniziale prima del test.
Le impugnature serrano saldamente i bordi del campione alle estremità opposte. Man mano che la prova progredisce, le impugnature si allontanano l’una dall’altra a una velocità prescritta o in risposta al carico di contenimento. Una cella di carico all’interno delle impugnature o del telaio di carico controlla la forza. Un estensimetro traccia lo spostamento all’interno della lunghezza del calibro. I campioni sono in genere testati fino alla frattura.
Durante la prova di trazione, la larghezza e lo spessore del campione si restringono all’aumentare della lunghezza del campione. Tuttavia, questi cambiamenti dimensionali non sono considerati nel determinare lo stress ingegneristico, che viene determinato dividendo il carico in qualsiasi momento durante la prova per l’area della sezione trasversale iniziale. La deformazione ingegneristica è l’aumento della lunghezza all’interno della lunghezza del calibro rispetto alla lunghezza del calibro iniziale. (Incorporando i cambiamenti dimensionali che si verificano durante il test richiede il calcolo vero stress e deformazione. Le differenze tra engineering e true stress/strain sono coperte altrove (collegamento ipertestuale a 2.3.2.1-Engineering/True)
Un grafico che mostra lo stress sull’asse verticale e lo sforzo sull’asse orizzontale è la nota curva engineering stress-strain, Figura 2. Dalla curva stress-deformazione compaiono numerosi parametri importanti per la formatura della lamiera, tra cui:
- Modulo Elastico (chiamato anche Modulo di Young)
- Snervamento
- Resistenza alla Trazione
- Allungamento Totale
- Uniforme Allungamento
- incrudimento Esponente (anche chiamato n-valore)
Figura 2: Curva sforzo-deformazione ingegneristica da cui derivano le proprietà meccaniche.
Influenza della velocità di prova
La prova di trazione convenzionale viene eseguita a velocità di deformazione abbastanza lente da essere chiamata “quasi statica.”Questi tassi sono di diversi ordini di grandezza più lenti dei tassi di deformazione durante lo stampaggio, che a sua volta è di diversi ordini di grandezza più lento di quello che si verifica durante un evento di crash.
Le curve stress-deformazione cambiano con la velocità di prova, in genere diventando più forti all’aumentare della velocità. L’entità di questi cambiamenti varia con il grado. Sfide significative esistono quando si tenta di caratterizzare la risposta alla trazione a tassi di deformazione più elevati. Attrezzature migliorate e capacità di raccolta dei dati sono tra gli aggiornamenti richiesti.
Influenza dell’attrezzatura di prova di trazione
Gli acciai ad alta resistenza avanzati (AHSS) possono sfidare le più vecchie attrezzature di prova. La risposta di carico e spostamento deve riflettere solo i contributi della lamiera e non essere influenzata dal telaio di carico e da altre apparecchiature di prova. Allo stesso modo in cui le corone di stampa non sufficientemente rigide si deflettono quando si stampano parti AHSS, i telai di carico per prove di trazione possono deflettere in modo simile, con conseguenti imprecisioni nelle misure di spostamento del carico.
La forza di presa inoltre diventa critica quando prova i campioni di AHSS. L’elevata resistenza delle lamiere richiede una maggiore pressione di presa per evitare lo slittamento del campione attraverso le impugnature. Le impugnature pneumatiche e anche alcune impugnature meccaniche potrebbero non generare la pressione necessaria. Man Mano che la forza aumenta, possono essere necessarie impugnature azionate idraulicamente.