Che cos'è Fatica?
La prova di fatica è una prova in cui sollecitazioni ripetute inferiori alla resistenza statica vengono applicate a un provino mentre viene determinato il numero di cicli fino alla rottura. I risultati sono presentati come una curva del ciclo di stress (S-N).
Scopo di Fatica
Lo scopo è prevedere la durata delle parti che operano sotto carichi ripetuti e determinare il limite di resistenza alla fatica per la progettazione.
A quali prodotti si applica Fatica?
- Alberi, assali e componenti di trasmissione
- Molle e dispositivi di fissaggio
- Giunti strutturali saldati
- Componenti aerospaziali e automobilistici
- Recipienti a pressione e tubi
In quali settori si utilizza Fatica?
Norme relative a Fatica
- ISO 1099
- ISO 1143
- ASTM E466
- ASTM E606
- ISO12107
Condizioni di Fatica
- Tipo di caricamento
- Tensione-compressione assiale, flessione rotante o torsione
- Rapporto di stress
- R = σmin/σmax; definito nella specifica
- Frequenza
- Scelto in modo da evitare il riscaldamento; tipicamente 5–100 Hz
- Terminazione
- Frattura o raggiungimento del numero di cicli definito (es. 10⁷)
Apparecchiatura per Fatica
- Macchina per fatica servoidraulica o a risonanza
- Macchina per fatica a flessione rotante
- Contacicli e spegnimento automatico
- Monitoraggio della temperatura
Requisiti del campione per Fatica
- La superficie del provino deve essere lavorata secondo la rugosità definita nello standard
- La superficie deve essere priva di difetti se non sono previste tacche o discontinuità
- Per una curva SN sono necessari campioni a più livelli di sollecitazione
- Si consigliano almeno tre campioni per livello
Durata di Fatica
Questo è un test di lunga durata. Un test di 10⁷ cicli può richiedere da diversi giorni a diverse settimane, a seconda della frequenza.
Procedura di Fatica
- 1I campioni vengono lavorati e le loro dimensioni vengono misurate.
- 2Vengono determinati i livelli di stress e il rapporto di stress.
- 3Il campione è montato assialmente nella macchina.
- 4Il caricamento ripetuto viene avviato alla frequenza definita.
- 5Il carico continua a fratturarsi o al ciclo di terminazione.
- 6Viene registrato il numero di cicli per ciascun livello e viene tracciata la curva S-N.
Criteri di accettazione di Fatica
Il criterio di accettazione è indicato nelle specifiche come un numero minimo di cicli a un livello di sollecitazione specificato o una resistenza alla fatica minima.
Valutazione dei risultati
La curva S-N e la dispersione vengono valutate insieme. La frattura in corrispondenza dell'impugnatura o in corrispondenza di una discontinuità può invalidare il risultato; la superficie della frattura viene esaminata per determinare il punto di inizio.
Rapporto di Fatica
- Norma applicata e tipo di caricamento
- Livelli di stress e rapporto di stress
- Frequenza e condizioni ambientali
- Numero di cicli per ciascun campione
- Curva S-N e valutazione della superficie di frattura
Accreditamento
EUROLAB detiene un accreditamento riconosciuto a livello internazionale ottenuto da organismi di accreditamento parte degli accordi di riconoscimento multilaterale IAF e ILAC, secondo ISO / IEC 17025 per prove di laboratorio, ISO / IEC 17020 per ispezione e sorveglianza e ISO / IEC 17021-1 e ISO / IEC 17065 per certificazione di sistema e prodotto. Questa catena garantisce che i rapporti e i certificati emessi siano accettati in tutto il mondo.
Se questo test può essere offerto nell'ambito accreditato dipende dal prodotto e dallo standard applicato; poiché l'accreditamento è basato sul metodo, l'ambito viene confermato per iscritto in fase di offerta.
Ambito e autorizzazioniRegolamenti correlati
- Specifiche dei componenti aerospaziali e automobilistici
- Standard di progettazione dei recipienti a pressione
Mekanik Testler — Cosa copre questo ambito di prova?
La sezione seguente descrive l'ambito a cui appartiene la prova Fatica; le condizioni e i criteri di accettazione di questa prova specifica sono riportati nelle sezioni precedenti. L'ambito specifico del vostro prodotto viene confermato per iscritto in fase di offerta.
Le prove meccaniche misurano come si comporta un materiale o un componente sotto forza. La famiglia va dal carico statico (trazione, compressione, flessione) al comportamento dipendente dal tempo (fatica, scorrimento viscoso), dalla durezza e usura fino alla tenacità a frattura.
Ciò che accomuna queste prove è che il risultato è riportato come una PROPRIETÀ DEL MATERIALE. Il carico di snervamento o la durezza non sono una decisione di conformità; sono dati numerici con cui verranno confrontati il progetto e la norma di prodotto. I rapporti di prova meccanica sono quindi solitamente un input per una decisione ingegneristica piuttosto che per un'approvazione di prodotto — scelta del materiale, coefficiente di sicurezza, previsione della vita.
La distinzione tra comportamento statico e dinamico è la chiave per comprendere il settore. Un componente può apparire del tutto non sollecitato sotto carico statico eppure rompersi sotto carico ripetuto; la rottura a fatica si verifica a tensioni ben inferiori al carico di snervamento e non dà preavviso. Per componenti rotanti, vibranti o soggetti a carico ciclico, una prova di trazione da sola non è quindi una prova sufficiente.
Le condizioni di prova determinano il risultato, ed è fondamentale per la leggibilità del rapporto: geometria del provino, velocità di carico, temperatura, condizionamento e disposizione di serraggio. Lo stesso materiale fornisce valori diversi in condizioni diverse. Nelle materie plastiche l'effetto della velocità è molto marcato, nei metalli l'effetto della temperatura; nei compositi l'orientamento del provino cambia completamente il risultato.
La durezza è la misura più utilizzata in modo scorretto nel settore. Essendo rapida, quasi non distruttiva ed economica, viene spesso usata al posto della resistenza. Esistono tabelle di conversione da durezza a resistenza, ma sono APPROSSIMATIVE e dipendono dal gruppo di materiali; usarle come unica evidenza nell'accettazione del materiale è sbagliato.
Il lato della meccanica della frattura richiede una competenza specifica. Le misurazioni della tenacità a frattura e della velocità di propagazione della cricca da fatica consentono di calcolare quanto durerà una struttura fessurata; sono la base della progettazione tollerante al danno in settori come attrezzature a pressione, strutture aeronautiche e condotte.
Gruppi di metodi in questo ambito
Prove statiche
Trazione, compressione, flessione, taglio e torsione. Si ottengono carico di snervamento e resistenza a trazione, allungamento e modulo di elasticità.
Prove d'urto
Urto con intaglio Charpy e Izod; si determina il comportamento di transizione duttile-fragile del materiale in funzione della temperatura.
Durezza
Brinell, Vickers, Rockwell, Shore e microdurezza. Prezioso per la profondità del trattamento superficiale e le differenze locali di resistenza.
Fatica
Fatica assiale controllata in forza e deformazione, fatica a flessione; curve S-N e limite di fatica.
Scorrimento viscoso e rilassamento delle tensioni
Comportamento sotto carico a lungo termine ad alta temperatura; determinante per i materiali di caldaie, turbine e attrezzature a pressione.
Meccanica della frattura
Tenacità a frattura in deformazione piana, integrale J, CTOD e velocità di propagazione della cricca da fatica.
Usura e attrito
Abrasione Taber e tamburo rotante, misurazioni del coefficiente di attrito.
Confusioni frequenti in questo ambito
- Calcolare la resistenza dalla durezza è approssimativo; non può essere usato come unica evidenza nell'accettazione del materiale.
- Una resistenza statica adeguata non dimostra la resistenza a fatica; un componente soggetto a carico ciclico richiede una prova separata.
- Se la velocità e la temperatura di prova non sono riportate, il risultato non è confrontabile, in particolare per polimeri e compositi.
- Un provino di prova e il pezzo reale potrebbero non dare lo stesso valore; l'orientamento di stampaggio, le linee di giunzione e le differenze nel trattamento superficiale hanno tutti un effetto.
- Un valore di resistenza fornito per un composito senza indicare l'orientamento del provino è privo di significato.
- Gli equivalenti ASTM e ISO misurano la stessa grandezza ma usano geometrie del provino diverse; i risultati non sono considerati direttamente equivalenti.
Quali decisioni supportano questi risultati
- Verifica della progettazione e selezione dei materiali
- Controllo dei materiali in ingresso e approvazione del fornitore
- Soddisfacimento dei requisiti meccanici della norma di prodotto
- Analisi dei guasti, previsione della vita utile e calcolo della tolleranza al danno
- Verifica dei processi di trattamento termico e superficiale
Test correlati
Domande frequenti su Fatica
Quanto dura la prova di fatica?
Dipende dal numero target di cicli e dalla frequenza. I test ad alto ciclo (10⁷) possono richiedere settimane; la tempistica viene quindi chiarita in fase di preventivo.