I fattori che possono influenzare le prove di resilienza

Lavorazioni

Il testing dei materiali utilizzati per la realizzazione di componenti industriali è fondamentale per tenere sotto controllo le caratteristiche meccaniche e valutare eventuali variazioni rispetto ai valori idonei.
Esistono varie tipologie di prove meccaniche che possono essere utilizzate e si dividono in due tipologie principali:
- STATICHE: tra queste vi sono, ad esempio, la prova di trazione uniassiale e la prova di flessione su tre punti.
- DINAMICHE: tra queste vi sono, ad esempio, la prova di resilienza e la prova di fatica.
La prova di resilienza è una prova meccanica che analizza la sollecitazione dinamica derivanti dall’impatto di un pendolo su un provino opportunamente realizzato mediante normativa. In particolare, ciò che viene valutato mediante la realizzazione di questa di prova è la quantità di energia che viene assorbita durante l’urto.
 

La più comune tra le prove di resilienza è la prova realizzata mediante il pendolo Charpy. Tale prova è normata ed è la più utilizzata sia a livello industriale che a livello accademico per testare i materiali.
In particolare, essa fornisce informazioni sui materiali e la loro scelta in campo applicativo, il processo produttivo svolto e consente di delineare delle curve di transizione duttile-fragile derivanti dall’effetto della temperatura. Nonostante tutte queste ottime caratteristiche, è opportuno ricordare che la prova di resilienza fornisce dei valori risultanti utili per un confronto ma che non hanno valore dal punto di vista assoluto in fase di progettazione.
I provini per la realizzazione di questa tipologia di prova sono solitamente a forma di parallelepipedo (con dimensioni caratteristiche prossime a 10x10x55 mm) e possono presentare un intaglio perpendicolare all’asse maggiore che può essere:
- Intaglio a V: si parla di resilienza KV;
- Intaglio a U: si parla di resilienza KU.
Inoltre, esistono prove di resilienza KVW realizzate senza l’ottenimento di un intaglio sul campione.
Lo svolgimento avviene posizionando il campione, senza fissarlo, su un supporto. Il pendolo, ovvero un’asta che presenta ad un’estremità una cerniera e all’altra una mazza, viene lasciato libero di cadere ed impattare il provino rompendolo e raggiungendo una determinata altezza. La valutazione dell’altezza raggiunta, che viene svolta automaticamente mediante le macchine di prova moderne, è la base per il calcolo del valore di resilienza.

In ambito industriale la prova di resilienza è spesso utilizzata dagli Uffici Qualità perché è una prova rapida che consente di ottenere informazioni di confronto affidabili e in poco tempo. Viene spesso utilizzata per andare a confrontare le prestazioni di un prodotto realizzato internamente ed esternamente, le caratteristiche di un’attrezzatura (come ad esempio quelle di uno stampo in fonderia), oppure per valutare lo svolgimento di determinati trattamenti termici ed evidenziarne pregi o difetti produttivi.

Quando si realizzano prove meccaniche e test per andare a valutare un materiale bisogna sempre tenere conto delle condizioni ambientali e di prova per riuscire a fare una valutazione esente da errori sistematici che possono andare ad inficiare il risultato finale. Tra questi, i principali sono:
- Temperatura;
- Pressione;
- Velocità di esecuzione della prova;
- Umidità.
Tenendo uniformi gli ultimi tre parametri è possibile andare a concentrarsi sulla temperatura di esecuzione delle prove. Infatti, tale variabile è notevolmente importante perché può andare a modificare sensibilmente i risultati ottenuti mostrando il comportamento effettivo del materiale in esercizio, soprattutto, come indicato anche precedentemente, da un punto di vista comparativo.
Tendenzialmente, l’effetto della temperatura può essere riassunto come di seguito:
- Andando a temperatura maggiori di quella ambientale si ottengono valori di resilienza maggiori;
- Andando a temperature inferiori di quella ambientali si ottengono valori di resilienza inferiori.
In particolare, si possono evidenziare i risultati mediante dei grafici con la temperatura in ascissa e la resilienza in ordinata notando un andamento crescente con la temperatura ma non in modo lineare.
Capire gli effetti e testarli correttamente rappresenta una necessità assoluta per non generare fraintendimenti e fare assunzioni errate in fase di progettazione, studio e testing. Per questo motivo risulta fondamentale approfondire attentamente tali aspetti sia dalla letteratura che tramite esperimenti mirati.

Al termine della prova di resilienza descritta nei paragrafi precedenti, si ottiene un valore la cui importanza non è assoluta ed intrinseca al materiale, ma che dipende fortemente dalle condizioni di prova e dalla tipologia di provino che viene testato. Infatti, la resilienza non è una caratteristica intrinseca del materiale ma la prova è abbondantemente normata e deve seguire determinati step esecutivi per essere confrontata con altri materiali e altre condizioni.
Oltre al dato di resilienza, possono essere valutati anche altri aspetti che hanno un ruolo cardine all’interno del mondo dei materiali. In particolare, si ricordano:
- analisi della superficie di frattura: si analizza la superficie di frattura per andare ad investigarne la morfologia e capire se il materiale presenta un comportamento duttile, fragile o misto. Da questa indagine è possibile capire il metodo preferenziale di rottura del materiale e il suo comportamento in esercizio: la rottura duttile, in generale, è preferita perché porta ad una deformazione plastica e non ad una rottura di schianto del materiale, con possibilità, quindi, di andare ad agire ripristinando il componente interessato;
- deformazione del provino: si valuta la variazione di sezione del provino cercando di individuare eventuali strizioni che sono sintomo di metodologie di rottura prevalentemente duttili.
La ripetibilità della prova e l’utilizzo di un metodo di indagine statistica sono fondamentali per aumentare la certezza dei risultati ottenuti. In caso contrario si rischia di ottenere dati non significativi e fuorvianti che possono portare anche a conseguenze gravi in esercizio.