Come le diverse geometrie dei provini influenzano i risultati delle prove di trazione?
I risultati delle prove di trazione includono il carico di rottura, il carico di snervamento, il modulo di Young, la duttilità e l’esponente di incrudimento. Tutte queste proprietà possono essere calcolate utilizzando una macchina di prova universale dotata del giusto controller, software, impugnature e accessori. La selezione dei morsetti può variare a seconda del tipo di materiale, della geometria e delle dimensioni. In molti casi, le dimensioni e le geometrie dei provini sono dettate dagli standard ASTM.
Questo blog discuterà se le proprietà di trazione sono influenzate se lo stesso materiale standard viene testato in diverse geometrie o dimensioni. La risposta breve è che dipende dalla proprietà di trazione e dalle caratteristiche del materiale da testare. Per una data area trasversale e per qualsiasi lunghezza di calibro, le diverse geometrie dei provini non hanno alcun effetto sul carico di rottura e sul carico di snervamento dei materiali standard. Tuttavia, diverse lunghezze di calibro e aree trasversali avranno effetti alteranti su certe proprietà, descritte di seguito.
1- Effetto di diverse lunghezze di calibro
Confrontiamo due campioni, fatti dello stesso materiale, con due diverse lunghezze di calibro:
Figura 1. Due provini a spina di pesce di lunghezza diversa
Lunghezza del provino A >Lunghezza del provino B
Quando si inizia la prova di trazione e si tira il provino A o il provino B, la deformazione è uniforme lungo la lunghezza del provino fino al punto in cui viene raggiunta la forza massima e si verifica l’inizio della rottura. L’allungamento in ogni materiale è uniforme fino a questo punto. La forza inizierà poi a diminuire, come mostrato nella curva sforzo-deformazione qui sotto, e la riduzione dell’area non sarà più proporzionale alla quantità di allungamento nel materiale.
Figura 2. La forma di un provino duttile cambia durante la prova di trazione
La regione di necking occuperà una porzione molto più grande della lunghezza del calibro 1-in del provino B rispetto alla porzione occupata sulla lunghezza del calibro 2-in del provino A. Quando la prova è finita e le due fratture dei provini sono montate insieme, l’allungamento percentuale misurato del provino B con la lunghezza minore del calibro sarà maggiore dell’allungamento percentuale del provino A con la lunghezza maggiore del calibro.
Equazione 1:
Allungamento percentuale = ∆L/L0 x 100
dove:
- L0 è la lunghezza originale del calibro
- ∆L è la variazione di lunghezza del calibro originale. Misurato dopo che il provino si è rotto e il provino è montato insieme (vedi Figura 2)
Come la lunghezza del calibro aumenta, l’allungamento percentuale diminuisce.
2- Effetto di diverse aree trasversali
Questa volta, il provino A e il provino B, fatti dello stesso materiale, hanno la stessa lunghezza del calibro; tuttavia, l’area della sezione trasversale del provino A è maggiore dell’area della sezione trasversale del provino B. Simile al concetto con la lunghezza del calibro e la porzione occupata dal collo, la regione del collo occuperà una porzione molto più grande della più piccola area della sezione trasversale del provino B rispetto alla porzione occupata sulla più grande area della sezione trasversale del provino A.
L’area della sezione trasversale di un provino ha un effetto significativo sulle misure di allungamento. Il rapporto di snellezza è misurato dalla lunghezza del calibro diviso per la radice quadrata dell’area della sezione trasversale, quindi è inversamente proporzionale all’area della sezione trasversale.
Equazione 2:
Rapporto di snellezza = L0/√A0
dove:
- L0 è la lunghezza originale del calibro.
- A0 è l’area originale della sezione trasversale del provino
Quando il rapporto di snellezza aumenta e l’area della sezione trasversale diminuisce, l’allungamento percentuale diminuisce.