Fatica ad alto numero di cicli

Che cos'è Fatica ad alto numero di cicli?

La prova di fatica ad alto numero di cicli applica una sollecitazione ripetuta al di sotto del limite elastico a un provino e determina il numero di cicli fino alla rottura. Ripetuto a diverse ampiezze di sollecitazione, questo produce la curva del ciclo di sollecitazione (S-N). Il caricamento è solitamente controllato dallo stress.

Scopo di Fatica ad alto numero di cicli

Lo scopo è determinare la durata del materiale sotto carichi ripetuti molto al di sotto della resistenza statica. Per le parti soggette a molti cicli di bassa ampiezza, come quelli derivanti da vibrazioni e rotazione, la progettazione si basa su questi dati.

A quali prodotti si applica Fatica ad alto numero di cicli?

Parti rotanti come alberi motore, assi e alberi
Molle e dispositivi di fissaggio
Componenti strutturali aerospaziali
Dettagli strutturali saldati
Parti di sospensioni automobilistiche

In quali settori si utilizza Fatica ad alto numero di cicli?

MetalloAutomobilisticoAerospazialeCostruzioniProduzione di macchinariEnergia

Norme relative a Fatica ad alto numero di cicli

ISO 1099 (materiali metallici — prove di fatica sotto controllo della forza assiale)
ASTM E466 (prove di fatica assiale ad ampiezza costante)
ASTM E739 (analisi statistica dei dati di fatica)
ISO 12107 (pianificazione statistica dei dati di fatica)

Condizioni di Fatica ad alto numero di cicli

Tipo di caricamento: Ampiezza costante e controllata dallo stress
Rapporto di stress (R): Dalle specifiche; selezionato come tensione-tensione o tensione-compressione
Frequenza: Selezionato in modo da non provocare riscaldamento nel provino
Terminazione: Rottura o raggiungimento del numero di cicli definito nelle specifiche (run-out)

Apparecchiatura per Fatica ad alto numero di cicli

Macchina per fatica servoidraulica o a risonanza
Cella di carico e dispositivo di allineamento
Contacicli e sistema di acquisizione dati
Apparecchiature per il monitoraggio della temperatura dei campioni
Stereomicroscopio per l'esame della superficie di frattura

Requisiti del campione per Fatica ad alto numero di cicli

La superficie del provino deve essere lavorata e lucidata secondo lo standard; la rugosità superficiale influisce direttamente sulla vita.
La geometria del provino deve ridurre al minimo la concentrazione delle sollecitazioni.
Per la curva S-N sono necessari molti campioni a più livelli di sollecitazione.
La posizione e l'orientamento del campionamento devono essere registrati.
Per i provini saldati, è necessario riportare la geometria della saldatura e le condizioni di rettifica, se presenti.

Durata di Fatica ad alto numero di cicli

La fatica ad alto numero di cicli è intrinsecamente lunga: un singolo esemplare può raggiungere milioni di cicli e impiegare giorni. Insieme al numero di campioni necessari per una curva S-N completa, lo studio dura settimane.

Procedura di Fatica ad alto numero di cicli

1I campioni vengono lavorati, misurati e viene registrata la loro condizione superficiale.
2Viene controllato l'allineamento della macchina.
3Vengono impostati il livello di stress e il rapporto di stress.
4Il campione viene sottoposto a cicli alla frequenza definita.
5Viene registrato il conteggio dei cicli alla frattura; i campioni che non si fratturano vengono contrassegnati come esauriti.
6Il test viene ripetuto a diversi livelli di stress.
7La curva SN è costruita e valutata statisticamente.

Criteri di accettazione di Fatica ad alto numero di cicli

Lo standard del metodo definisce come viene eseguito il test, non quale dovrebbe essere il risultato. Il limite di accettabilità deriva dallo standard del materiale, dalla specifica del prodotto o dal disegno tecnico del cliente; questa pagina pertanto non prevede alcun limite numerico.

Valutazione dei risultati

I risultati vengono interpretati come una distribuzione, non individualmente; i dati sulla fatica sono intrinsecamente sparsi. Nella valutazione vengono utilizzati approcci statistici come ASTM E739 e viene derivata una curva di progetto per un determinato livello di confidenza.

Rapporto di Fatica ad alto numero di cicli

Identificazione del campione, tipo di materiale e numero di colata/lotto, se presente
Geometria del provino, dimensioni e metodo di preparazione
Condizioni standard e di prova applicate
Testare la temperatura e le condizioni ambientali
Valori misurati e quantità calcolate
Fotografie della superficie della frattura o delle rientranze (ove applicabile)
Incertezza di misura (se richiesta)
Una dichiarazione secondo cui il risultato si applica solo al campione sottoposto a prova

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 autorizzazioni

Regolamenti correlati

EN 10204 (documenti di ispezione per prodotti metallici)
Regolamento Prodotti da Costruzione EU 305/2011 (per i prodotti utilizzati in edilizia)
Norme armonizzate applicate in base alla famiglia di prodotto

Mekanik Testler — Cosa copre questo ambito di prova?

La sezione seguente descrive l'ambito a cui appartiene la prova Fatica ad alto numero di cicli; 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

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Domande frequenti su Fatica ad alto numero di cicli

Qual è la differenza tra fatica ad alto numero di cicli e fatica a basso numero di cicli?

Nella fatica ad alto numero di cicli, lo stress rimane nella regione elastica e la vita dura da centinaia di migliaia a milioni di cicli; il test è a stress controllato. Nella fatica a basso numero di cicli prevale la deformazione plastica, la durata è molto più breve e la prova è a deformazione controllata.

Cosa significa esaurimento?

Significa che il campione raggiunge il conteggio dei cicli definito nelle specifiche senza fratturarsi. Questo non è un punto dati di guasto e viene trattato separatamente nella valutazione statistica.