Caratterizzazione di provini sottoposti a test di resilienza – febbraio 2022
La resilienza è una prova meccanica distruttiva finalizzata a valutare la resistenza di un materiale alle sollecitazioni dinamiche (urti), fino alla rottura dello stesso attraverso l’assorbimento dell’energia e la sua trasformazione in deformazioni elastiche e plastiche in corrispondenza della sezione di frattura.
La resilienza non va confusa con la tenacità di un materiale, ovvero l’energia assorbita nel corso della deformazione plastica.
Nella letteratura inglese la resilienza viene denominata impact toughness o impact strength.
La prova viene effettuata attraverso il pendolo di Charpy di cui sotto un esempio.
Da ricordare che un materiale può avere una rottura fragile o duttile il cui corrispettivo in termini di comportamento meccanico (stress – strain) e riportato nella figura di cui sotto.
Come per ogni altro test, anche quelli di resilienza effettuati mediante il pendolo di Charpy, richiede un campione la cui geometria e forma sia oggetto di una norma specifica (analogamente per le condizioni di prova). A seguire un esempio di campione per test di resilienza.
Dal test di resilienza si determina la grandezza K che si misura comunemente in joule (J). Essa indica il valore di energia meccanica impattante che provoca la rottura del materiale, calcolata sperimentalmente mediante la differenza fra l’energia associata al pendolo prima di essere lanciato in corsa e l’energia associata ad esso in corrispondenza del percorso massimo effettuato (energia cinetica del maglio pari a zero) immediatamente dopo la rottura del provino.
Dopo la rottura il provino presenta la seguente forma e sezione di rottura:
L’analisi della sezione di frattura consente di:
- Determinare il tipo di rottura (zone duttili e zone fragili)
- Verificare la morfologia della superfice
- La presenza e propagazione di cricche e difettosità interne
- Presenza di zone con corrosioni locali (pitting).
I microscopi HIROX consentono di effettuare un’analisi di dettaglio di quanto sopra. La prima immagine mostra (a 35x di ingrandimento) la sezione di frattura del provino dopo il test di resilienza. Da osservare la presenza di zone di corrosione (cerchiate in giallo) e cricche interne (linee nere).
Aumentando il numero di ingrandimenti, il microscopio HIROX consente di dettagliare ancora meglio la sezione di frattura del provino e le sue caratteristiche morfologiche. Come evidente nelle due immagini a seguire:
Le suddette immagini, mettono in evidenza la presenza delle corrosioni locali e delle microcricche.
A 500x di ingrandimento l’analisi morfologica diventa ancora più di maggior dettaglio (vedasi in rosso la presenza di una microcricca e la sua linea di propagazione e in giallo la corrosione locale).
Il passo successivo consiste nella ricostruzione 3D del profilo topografico di una qualsiasi delle zone di fratture del provino. Ciò consente di analizzare ancora più in dettaglio il comportamento del materiale (fragile/duttile), la sua morfologia post rottura e creare un link tra il modello numerico matematico del valore K (sopra definito) e il comportamento/morfologia del materiale.
Sotto un esempio significativo della ricostruzione morfologica 3D di una zona della sezione di rottura del campione effettuate dal SW di elaborazione del microscopio HIROX.
Conclusioni:
nello studio dei materiali, i testi (statici, dinamici, etc.) rappresentano uno strumento sperimentale assolutamente indispensabile nella definizione dei parametri caratteristici dello stesso (carico di rottura, deformazione, resilienza, etc.).
Al modello sperimentale (e relativa elaborazione numerica dei dati acquisiti) si associano modelli teorici e di simulazione.
La Microscopia è uno strumento potente e di efficiente di analisi e valutazione dei risultati conseguiti, del confronto con quanto predetto dai modelli teorico/numerici e valutazione della morfologia reale del campione.
Gli HIROX consentono analisi di dettaglio e affidabili come sopra mostrato.