Tecniche di Caratterizzazione dei Materiali: Prove Meccaniche e Controlli Non Distruttivi

Prove Distruttive

Prove di Durezza

Le prove di durezza misurano la resistenza di un materiale alla deformazione plastica permanente. Si distinguono in statiche e dinamiche.

Prove Statiche

• Brinell: Il penetratore è una sfera in acciaio. Viene misurata l'impronta sulla superficie del metallo.
• Vickers: Il penetratore ha una punta piramidale a base quadrata. Si misura la superficie dell'impronta. Le impronte sono confrontabili tra loro indipendentemente dal carico. Può essere utilizzato per qualsiasi materiale (morbido o duro), per pezzi piccoli o sottili, e per misurare la durezza superficiale. È considerato il metodo più dettagliato.
• Rockwell: Il penetratore può essere una sfera in acciaio (Rockwell B) o un cono di diamante (Rockwell C). Si misura la profondità dell'impronta. È di impiego universale e offre una lettura diretta.

Prove Dinamiche

• Metodo Poldi
• Riavvolgimento (Sclerometro Shore o Durometro)

Prove di Tenacità

La tenacità è la capacità di un materiale di assorbire energia durante la deformazione o la rottura. I metodi più comuni sono Charpy e Izod.

Fattori che influenzano la Tenacità:

• Granulometria: Se di grandi dimensioni, diminuisce la tenacità.
• Trattamento Termico: La tempra elimina le tensioni e aumenta l'elasticità.
• Effetto delle Fibre
• Temperatura
• Composizione Chimica

Prove di Fatica

La fatica è la rottura di un materiale sotto stress ciclico.

Fasi della Fatica:

1. Incubazione
2. Crescita della cricca
3. Rottura

Definizioni Chiave:

• Limite di Fatica: È lo stress che un materiale può sopportare indefinitamente senza rompersi.
• Resistenza a Fatica: È lo stress che un materiale può sopportare per un certo numero di cicli.

Prove di Creep (Scorrimento Viscoso)

Il creep è un processo meccanico di deformazione che avviene ad alta temperatura e si manifesta nel tempo. Grani di grandi dimensioni possono ridurre la deformazione al bordo grano e aumentare la resistenza allo scorrimento.

Fattori che influenzano il Creep:

• Temperatura
• Tempo
• Tensione

La prova viene eseguita su una macchina universale simile a quella per trazione, ma con il provino in un compartimento ad alta temperatura.

Prove Non Distruttive

Le prove non distruttive (PND) permettono di valutare l'integrità di un materiale o di un componente senza alterarne le proprietà o la funzionalità.

1. Ultrasuoni

Utilizzano onde acustiche con frequenza di vibrazione superiore a quella delle onde sonore. Sono impiegati per rilevare difetti interni. Si propagano molto bene nei solidi, meno nei liquidi e molto male nell'aria; nel vuoto non si propagano.

Metodi:

• Trasparenza (o ombra)
• Impulso-Eco

Effetto Piezoelettrico:

Se un materiale piezoelettrico è posto tra due elettrodi e viene applicato un potenziale elettrico, esso cambia forma.

2. Liquidi Penetranti

Un test semplice, ma utile solo per il rilevamento di difetti superficiali non visibili ad occhio nudo. È efficace solo su materiali compatti e non porosi.

Proprietà dei Liquidi Penetranti:

• Capacità Bagnante: Sufficiente a bagnare la superficie del materiale e a formare un film continuo e uniforme.
• Potere di Penetrazione: L'azione capillare deve permettere al liquido penetrante di introdursi nelle discontinuità aperte sulla superficie.

Procedura di Prova:

1. Preparazione e pulizia della superficie
2. Applicazione del liquido penetrante
3. Eliminazione degli eccessi
4. Applicazione dello sviluppatore
5. Ispezione per l'interpretazione e la valutazione delle informazioni
6. Pulizia finale

Vantaggi:

• Permette di testare l'intera superficie del pezzo.
• Non importa la dimensione o la forma del pezzo.
• Economico.
• Può essere automatico o manuale.
• Si applica a molti materiali.
• Può essere eseguito anche in assenza di elettricità o acqua.

3. Particelle Magnetiche

Per rilevare difetti superficiali e interni, ma solo per materiali ferromagnetici (esclusi acciai all'alluminio, rame, zinco o acciai inossidabili austenitici).

Procedimento:

1. Preparazione della superficie del pezzo
2. Magnetizzazione del pezzo
3. Applicazione delle particelle magnetiche
4. Osservazione e interpretazione
5. Pulizia finale
6. Smagnetizzazione del pezzo

4. Metallografia

La scienza dedicata allo studio dei materiali metallici. Richiede la creazione di una superficie piana per riflettere il fascio di luce.

Preparazione Metallografica:

Fasi:

1. Selezione del campione
2. Taglio
3. Inglobamento (o montaggio)
4. Identificazione
5. Levigatura e lucidatura
6. Attacco chimico

Un grano più piccolo è generalmente migliore per le proprietà meccaniche, ad eccezione dello scorrimento viscoso (creep).

Strumentazione di Prova:

• Microscopio ottico
• Microscopio elettronico

5. Radiografia Industriale

Utilizza radiazioni per ispezionare l'interno dei materiali.

Componenti Necessari:

• Una sorgente di radiazioni
• L'oggetto da radiografare
• Materiale sensibile (pellicola radiografica)

Tipi:

• Raggi X
• Scintigrafia