La prova di fatica

Gli organi meccanici si possono rompere anche quando le sollecitazioni a cui sono sottoposti sono inferiori al valore di resistenza statico.
Questo accade per il fenomeno conosciuto come fatica.
La rottura per fatica avviene quando i pezzi sono sottoposti a carichi ripetuti e variabili nel tempo con un regime di tipo ciclico e/o oscillatorio e quando sono presenti zone con discontinuità geometriche oppure difetti meccanici o metallurgici.
In genere questi difetti sono nascosti o microscopici e la formazione delle cricche di fatica non comporta deformazione o strizione nella regione di rottura.
Questa mancanza di indicazione del fenomeno di danneggiamento impedisce di rilevare il problema prima del cedimento di schianto.
A causa delle irregolarità superficiali o per la presenza di discontinuità microstrutturali, gli sforzi locali possono superare il limite di snervamento locale, per cui applicando ciclicamente il carico, si sviluppa una deformazione plastica.

Il processo della fatica è suddivisibile in tre fasi:

  • Nucleazione della cricca, in superficie o in corrispondenza di difetti interni o sub-superficiali a causa dell’azione dello sforzo ciclico.
  • Propagazione della cricca sotto l’azione ripetuta della sollecitazione.
  • Rottura di schianto quando la sezione residua del pezzo si è ridotta a tal punto da non riuscire a resistere al carico esterno.

L’aspetto della frattura di un organo meccanico rottosi a causa della fatica è caratterizzato da due zone distinte, la prima relativa alla propagazione della cricca e la seconda concernente alla rottura finale per sovraccarico.
La fatica è materia studiata a partire dal XIX secolo, ma nonostante questo si ritiene che, ancora oggi, circa il 75% dei cedimenti meccanici è dovuto a questo fenomeno.
È pertanto comprensibile come sia necessario prevenire questo accadimento, in particolare quando il pezzo è un organo di sicurezza.
Per questo motivo esistono una serie di test normati, impiegati per verificare la resistenza a fatica.

Il regime della fatica può essere di diversi tipi:

  • Flessione piana
  • Flessione rotante
  • Trazione assiale

Nel caso della fatica assiale, le normative internazionali maggiormente impiegate sono l’ASTM E466, ASTM E606, la ISO 1099 e la ISO 12106. Queste prove prevedono di sottoporre un provino standardizzato ad uno sforzo o ad una deformazione ciclica alternata.
I provini, nel caso della sezione cilindrica, hanno il classico aspetto a clessidra e richiedono una grande accuratezza nella loro preparazione affinché non ci siano elementi esterni (imperfezioni superficiali, incrudimenti, raggi di raccordo errati) che possano influenzare il risultato finale.
L’utilizzo del provino è un’approssimazione necessaria nel caso in cui si voglia verificare le caratteristiche di un materiale, oppure quando il pezzo realizzato è di forma complessa, oppure ancora quando le sue dimensioni sono tali da non poter essere testato con le macchine di prova esistenti sul mercato.
Le macchine di prova possono essere di due tipi:  servoidrauliche e a risonanza.

Macchine servoidrauliche
Le macchine servoidrauliche per prove dinamiche possono operare mantenendo costante il carico, la deformazione o lo spostamento, in funzione della grandezza che viene misurata. Sono macchine che in genere lavorano con frequenze nell’ordine dei 10-20 Hz.
L’alternativa a queste macchine è quella di sfruttare la risonanza: il provino o il pezzo viene fatto vibrare ad una frequenza pari alla sua frequenza naturale, creando un campo ciclico di spostamento e di deformazione tale da causarne la rottura.

Macchine a risonanza
Le macchine a risonanza hanno la caratteristica di poter lavorare a frequenze molto elevate, fino a 150 Hz. Questo è un vantaggio dal punto di vista dei costi, dei tempi, del risparmio energetico e infine dell’ambiente.
Infatti, lavorando ad alta frequenza, i tempi di prova si riducono a circa un quarto di quelli necessari con le macchine servoidrauliche, con conseguente notevole riduzione dei costi di prova.
Dal punto di vista dell’ambiente, oltre ad una riduzione del consumo energetico, c’è da considerare che le macchine di risonanza non utilizzano gli oli impiegati dalle macchine servoidrauliche, evitando in questo modo di doverne gestire il loro smaltimento.

Il laboratorio prove materiali SMT ha un parco macchine comprendente entrambe le tipologie di macchine di prova, in grado di soddisfare le diverse esigenze della propria clientela. A questo proposito, l’azienda dispone di una macchina di prova a risonanza da 700 kN, che può testare non solo provini, ma anche pezzi di dimensione importante del settore fastener e dell’acciaio nervato destinato alle costruzioni in cemento armato.
Questa macchina viene impiegata abitualmente per verificare la resistenza alla fatica assiale di viti e altri componenti che richiedono sollecitazioni di prova molto elevate.

Chi siamo

Il laboratorio prove materiali SMT oggi si colloca come uno dei player chiave nel mercato delle prove di laboratorio su materiali, grazie al suo moderno laboratorio prove accreditato dal 2007 da ACCREDIA LAB 0718 L secondo la normativa UNI EN ISO/IEC 17025, e alla propria officina meccanica, dotata di attrezzature e macchine utensili ad alte performance in grado di fornire ai clienti prodotti di assoluta qualità.
Ultimo, ma non meno importante, la stretta collaborazione con CERMAC, azienda che fa capo alla stessa proprietà, operante nella progettazione, nell’assemblaggio e nella produzione di macchine
e accessori per un’ampia fascia di prove di laboratorio.

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