Resilienza


Che cos'è il test di impatto?

Il test d'impatto viene utilizzato per comprendere e valutare la fragilità dei metalli. La fragilità dei metalli è associata alla caratteristica o proprietà che questo metallo deve raggiungere la rottura (o la frattura) senza subire deformazioni apprezzabili.

Il test ha guadagnato importanza dalla seconda guerra mondiale, quando le navi hanno cominciato ad utilizzare piastre saldate al posto della costruzione tradizionale rivettata.

Fino ad allora, questo comportamento fragile non era compreso perché non poteva essere previsto da qualsiasi altro test eseguito, come il test di tensione.

Il test di tensile è un test di resistenza uniaxial/uniaxial normalmente eseguito a temperatura ambiente e quindi non era rappresentativo delle condizioni di lavoro che le navi degli Stati Uniti stavano subendo:
  • Temperature più basse;
  • Stato di sollecitazione triassiale (Voltage sui tre assi - X, Y e z);
  • Load applicato dinamicamente (impatto);
Dopo gravi perdite umane e materiali dovute al mancato servizio di queste navi, sono stati sviluppati test specifici per gli impatti.

La resistenza all'impatto è fortemente influenzata dalla temperatura, ma anche da condizioni che non possono essere facilmente implementate in un test di tensile comune:
  • esistenza di crepe o tacche;
  • speed del caricamento;
Le navi da trasporto statunitensi erano dubbie dove venivano prodotte e testate, a differenza di loro nelle fredde acque d'Europa. Con questo concludiamo che ci sono materiali fragili e materiali fragili, come le saldature delle navi della libertà.

Anche utilizzando materiali dubbi, con una forza sufficiente a sopportare una certa applicazione o carico, si è scoperto in pratica che un materiale dubbio può rompersi debolmente dopo una determinata temperatura.

Il test d'impatto consiste nell'eseguire un corpo di prova standardizzato e con motivi a una flessione causata dall'impatto di un martello nella figura seguente.
Altura do ensaio de impacto (h e h’)
Il test d'impatto permette di ottenere l'energia utilizzata nella deformazione e nella frattura del corpo di prova. Questa energia è la misura della differenza tra l'altezza iniziale del pendolo h e l'altezza massima raggiunta dopo la rottura del corpo di prova h'.

Si noti che più piccola è stata assorbita dall'organismo di prova. D'altra parte, minore è l'energia assorbita (maggiore h'), più fragile è il comportamento del materiale a quella temperatura.

Scopo della prova d'impatto

Il test di impatto viene applicato in base ai requisiti degli standard (ASME, AWS, DIN, ISO, ecc.) e abbiamo diversi motivi per utilizzarlo.

Uno dei motivi è quello di valutare i materiali in attrezzature che opereranno a basse temperature. Più specificamente, viene utilizzato nella valutazione del fragile comportamento dei materiali e agisce come strumento ausiliario per lo studio della temperatura di transizione dei materiali.

Il risultato di questa valutazione, tuttavia, ha un significato e un'interpretazione limitati e il suo risultato non è conclusivo. Per questo motivo, la prova deve essere limitata al confronto dei materiali testati nelle stesse condizioni.

Per ottenere risultati più quantificabili, deve essere utilizzato il saggio CTOD e, in alternativa, la prova del peso di caduta.

La spiegazione della limitazione della prova d'impatto è dovuta al fatto che i componenti delle sollecitazioni triassiali presenti nel corpo di prova durante la prova non possono essere misurati in modo soddisfacente perché dipendono da diversi fattori.

Pertanto, non possiamo mettere in relazione l'energia assorbita dal corpo di prova con il comportamento del metallo ad qualsiasi impatto, cosa che accadrebbe solo se l'intero pezzo fosse stato testato in condizioni di lavoro.

È inoltre possibile utilizzare la prova d'impatto per valutare il successo (o il fallimento) delle condizioni di produzione come la saldatura o i cicli di trattamento termico imposti.

Un'altra applicazione molto comune è anche per la convalida della procedura di saldatura utilizzata in un determinato giunto saldato. Non è sufficiente sapere se il materiale è adatto, anche la saldatura deve essere valutata.

Tipi di campioni

Il corpo di prova è standardizzato per gli standard (ASTM A370 per esempio) e dotato di una tacca di misure standardizzate anche per consentire la posizione della frattura e produrre uno stato triassiale di sollecitazioni.

I campioni generalmente utilizzati per l'esecuzione della prova d'impatto sono: esemplare di charpy e campione izod, entrambi specificati dallo standard ASTM E23.

Di questi due, il tipo di cp (corpo di prova) charpy è il più utilizzato senza dubbio. E 'così usato che il test di impatto è a volte chiamato charpy.

Corpo di prova Charpy

Gli esemplari di charpy sono classificati come di tipo A. B e C, con sezione quadrata di 10 mm, lunghezza di 55 mm e tacche al centro del campione.

Il tipo A ha la Notch sotto forma di V, tipo B sotto forma di buco della serratura e tipo C sotto forma di esemplari di tipo U. Charpy sono supportati centralmente e la distanza tra questi supporti è di 40 mm.

La figura seguente mostra la forma, le dimensioni e le tacche di questi tre tipi di campioni.
Três tipos de corpos de prova de charpy
Il corpo del test Charpy è supportato nel computer di test.

Corpo di prova Izod

Il corpo di prova Izod ha una sezione quadrata di 10 mm, lunghezza di 75 mm, tacca ad una distanza di 28 mm da un'estremità, a forma di v.

Gli esemplari con tacche più profonde (Esempio Izod e Charpy di tipo A) sono utilizzati per mostrare la differenza nelle energie assorbite nei test metallici più dubbi. Questi cps tendono a causare fratture fragili più facilmente.

Nella prova di materiali più fragili, come FoFo (ghisa) o metalli di ghisa sotto pressione, i campioni di solito non richiedono la tacca. Questo perché il materiale è già naturalmente più fragile.
Corpo de prova Izod
Il corpo del test Izod è impostato (bloccato) nella macchina di prova.

Campioni ridotti

Nel caso di materiali le cui dimensioni non consentono la fabbricazione di campioni normali (spessore inferiore a 11 mm), è possibile rimuovere i campioni ridotti. Tuttavia la lunghezza, il raggio dello slot e l'angolo di tacca del corpo di prova rimangono costanti.

Lavorazione Notch

Dobbiamo disporre di attrezzature adeguate e mezzi di controllo del profilo dello slot, poiché una piccola variazione nella lavorazione degli slot può introdurre gravi errori nel risultato del test.

Nota: Petrobras attraverso i suoi standard richiede la verifica della tacca in un proiettore profilo prima di eseguire il test di impatto charpy, ad esempio.

Lo slot può essere utilizzato tramite una macchina da gioco, planare o fresatura, e il suo profilo deve essere controllato da un proiettore profilo.

Ogni volta che vado a seguire un test d'impatto chiedo all'operatore di mettere un corpo di prova sul proiettore profilo in modo da poter valutare la conformità della tacca.

Le tacche devono essere maneggiate dopo il trattamento termico, ove applicabile. I campioni scanalati sotto forma di un buco di chiave devono avere il foro circolare accuratamente aperto con bassa velocità di taglio.

Il taglio della scanalatura può essere eseguito con qualsiasi metodo applicabile, ma in modo che la superficie del foro non sia difettosa.

Rimozione di Specimens

Le norme specificano il luogo di rimozione dei campioni, poiché il loro orientamento e direzione per la preparazione della tacca implicano cambiamenti significativi nei risultati delle test.

Abbiamo seguito tre posizioni di rimozione e/o posizionamento della tacca sugli esemplari di Charpy, prese da diverse posizioni di una lastra d'acciaio.
Três possibilidades de retirada e posicionamento do entalhe em corpos de prova Charpy

Tre possibilità di rimozione e posizionamento della tacca nei campioni Charpy

Presentati alla prova d'impatto, questi organismi hanno presentato tre diverse curve, come illustrato nel grafico seguente.
Ensaio de impacto (diferentes posições de retirada)
Nel corpo A, la tacca è trasversale alle fibre del materiale. La curva A mostra che questo era il corpo di prova che presentava la maggior quantità di energia assorbita.

Il corpo di prova C, che ha tacca nella direzione della fibra (che favorisce la cesoia), ha il più basso assorbimento di energia possibile.

Il corpo a prova di B ha anche una tacca trasversale. Solo, in questo caso, la tacca attraversa il nucleo della piastra, tagliando tutte le fibre attraverso.

La curva si trova in una situazione intermedia rispetto alle altre due. Questa relazione tra le curve rimane costante, qualunque sia la temperatura del test.

Tecnica di test

Il test d'impatto può essere visto dallo schema riportato di seguito.
Funcionamento do ensaio de charpy
Un corpo di prova standardizzato con una tacca è rotto dall'azione di un martello sotto forma di pendolo (a). Il principio di funzionamento può essere analizzato dalla vista laterale (b) della stessa figura.

Si presume che il pendolo sia portato in una posizione tale che il suo baricentro sia ad un'altezza h0 in relazione a un riferimento in modo tale che la sua energia cinetica nel punto di impatto abbia un valore fisso e specificato. Il martello viene rilasciato e colpisce il corpo di prova dal lato opposto della tacca.

Trascurando la resistenza dell'aria e l'attrito al perno, una volta rilasciato e in assenza del corpo di prova, il pendolo dovrebbe raggiungere la stessa altezza dall'altra parte dal principio di conservazione dell'energia.

Dopo aver sfondato il corpo di prova, il martello sale ad un'altezza inversamente proporzionale all'energia assorbita per deformare e rompere il corpo di prova. Così, più bassa è l'altezza raggiunta dal martello, più energia il corpo di prova assorbito. Questa energia viene letta direttamente nella macchina di prova.

Se il corpo di prova viene inserito e rotto dall'impatto del pendolo, l'energia assorbita in questa operazione fa sì che il pendolo raggiunga, dall'altro lato, un'altezza massima h1 inferiore a h0. Vale a parte, la resistenza all'impatto del materiale è data dalla differenza tra le energie potenziali in h0 e h1.

In pratica, lo strumento ha una scala gradua, con indicatore di valore massimo, per la lettura diretta della differenza di energia. Poiché si tratta di energia, la resistenza all'impatto nei rapporti è di solito registrata in Joules (J). Tuttavia, l'energia assorbita dal corpo di prova può anche essere espressa in kgf/m (peso di chilogrammo per metro) o lb/ft (libbra per piede) o J (Joule). Alcune macchine più vecchie in Brasile di solito mostrano l'energia in kgf/m ed è necessaria la conversione in Joule.

Nel saggio charpy, il corpo di prova ha una tacca centrale ed è supportato a entrambe le estremità. L'impatto avviene al centro come mostrato sopra.

La tacca più comune è il tipo di V, ma ci sono anche tacche sotto forma di fessura di fine foro o di U. Le dimensioni per la tacca di tipo V sono:
  • Lunghezza 55 mm;
  • sezione 10 x 10 mm;
  • Notch a 45o;
  • Depth 2 mm.

Attrezzature

L'apparecchiatura di prova è fondamentalmente composta da un pendolo (martello) che viene rilasciato in caduta libera di un'altezza fissa, un sito di supporto del corpo di prova e uno strumento di misurazione, che contiene un quadrante con scala graduta.

Questo quadrante consente di determinare l'energia assorbita per sfondare il corpo di prova, per mezzo della differenza tra l'altezza iniziale e l'altezza finale raggiunta dal pendolo.

Considerazioni sul test

La temperatura di prova è direttamente correlata ai risultati ottenuti in materiale a bassa e media resistenza e deve quindi essere registrata nel risultato insieme al tipo di corpo di prova che è stato testato.

I test di impatto sono solitamente specificati per basse temperature, ma possono anche essere eseguiti a temperature ambientali o anche a temperature ambiente.

Nei casi in cui la temperatura di prova non è a temperatura ambiente, i campioni devono essere inseriti nella macchina e rotti entro cinque secondi (in modo che non vi sia alcuna variazione di temperatura significativa). In aggiunta a questo, il mezzo di riscaldamento e/o raffreddamento deve avere un controllo per la manutenzione e l'omogeneizzazione della temperatura.

Il test charpy è il più raccomandato perché è il posizionamento più semplice sulla macchina. La movimentazione dei cps può essere effettuata con l'uso di un tenace (tipo di artiglio) adatto alle sue dimensioni. È anche il test d'impatto più economico rispetto a test come CTOD.

Quando si esegue il test d'impatto, è necessario fare attenzione. Ad esempio, prima dell'inizio del test, la macchina deve essere controllata mediante un'oscillazione libera del pendolo, in modo che il pendolo rilasciato in caduta libera indichi un'energia zero sul display della macchina.

Se questa procedura rivela che il display registra un certo valore energetico, allora questo valore deve essere rimosso dai risultati ottenuti durante il test con il corpo del test.

Non è consigliabile eseguire solo un test d'impatto per trarre qualche conclusione dal materiale testato, anche se si fa attenzione a eseguirlo.

Poiché i risultati di diversi campioni dello stesso materiale possono variare tra loro, è necessario effettuare almeno tre prove per avere una media accettabile di conseguenza. Ogni tre campioni dalla stessa posizione è chiamato un set, per esempio: 1 set di saldatura, 1 set di zaC ecc...

Come nel test di tensione, è anche possibile stimare la ducilanza del materiale solo osservando la regione fratturata del corpo di prova. Maggiore è la percentuale di taglio, più dubbia è il materiale (vedi argomento di trazione).

Valutazione dei risultati

I criteri di valutazione per questo saggio sono:

  1. Energamente assorbita dal corpo di prova. L'energia assorbita nei campioni testati viene letta sul display della macchina;
  2. La caratteristica e la percentuale della frattura (dubbia o fragile). La percentuale di taglio è una funzione dell'area della parte frattura che ha un aspetto
  3. Percentrata dell'espansione laterale del corpo di prova. L'espansione lateralmente è l'aggiunta della faccia opposta alla tacca, nella direzione della tacca stessa, dopo la rottura del corpo di prova. Questo criterio è molto raro e non è quasi mai richiesto.

Il risultato principale del test d'impatto è l'energia assorbita dal corpo di prova per deformarsi e rompersi.

L'energia viene calcolata variando l'energia potenziale del martello (componente della macchina di prova d'impatto) prima e dopo l'impatto. Ricordate che più bassa è l'energia assorbita, più fragile è il materiale a quella temperatura.

Vedere la figura seguente esempi di esemplari di charpy:
Exemplos de corpos de prova charpy
  • cp non testato (sotto);
  • cp dopo il test (del medio);
  • cp/molto discutibile (dall'alto);
Si noti che il materiale non dovrebbe rompersi, cioè ci aspettiamo che il materiale si rompa /frattura come il cp medio nella figura seguente. Il CP che non si rompe può causare danni alla macchina di prova e alla sua possibile decalibrazione.

La valutazione dei risultati della prova deve essere conforme allo standard, alla specifica o al progetto in cui sono definiti i valori minimi e la media accettabili per considerare le prove come approvate.

Versione inglese

Questa è una traduzione automatica. Controlla il mio versione inglese per chiarimenti, se necessario.

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