Snervamento e resistenza a trazione di acciaio e alluminio per indentazione

La tensione di snervamento (YS) è la tensione alla quale un materiale inizia a deformarsi plasticamente e non torna alla forma originale quando la tensione applicata viene rimossa. La resistenza a trazione (UTS) è la tensione massima che un materiale può sopportare prima di rompersi. Queste due proprietà indicano i carichi limite superiori applicabili a parti meccaniche e strutture. Snervamento e resistenza a trazione hanno un ruolo fondamentale nella produzione dei materiali nei processi di ricottura, forgiatura, laminazione e stampaggio.

Tradizionalmente snervamento e resistenza a trazione si misurano con una grande macchina di trazione che richiede forze enormi per separare i provini. Lavorare correttamente molti provini per un materiale, quando ciascuno può essere provato una sola volta, è costoso e richiede tempo. Piccoli difetti nel campione creano una dispersione evidente dei risultati. Le diverse configurazioni e allineamenti delle macchine di trazione sul mercato portano spesso a variazioni sostanziali nella meccanica di prova e nei risultati.

L'innovativo metodo per indentazione di NANOVEA fornisce direttamente valori di snervamento e resistenza a trazione confrontabili con quelli misurati con le prove di trazione convenzionali. Questa misura apre nuove possibilità di prova per tutti i settori. La semplice configurazione sperimentale riduce sensibilmente tempi e costi di preparazione rispetto alla complessa forma dei provini di trazione. Con un'impronta piccola sono possibili più misure su un solo campione. Si evita l'influenza dei difetti che si creano nei provini di trazione durante la lavorazione. Le misure di YS e UTS su campioni piccoli in aree localizzate permettono la mappatura e il rilevamento di difetti locali in condotte o strutture automobilistiche.

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Le prove di snervamento e resistenza a trazione sono state eseguite sul tester meccanico NANOVEA in modalità microindentazione. Per questa applicazione è stata usata una punta piatta cilindrica in diamante di 200 µm di diametro. Le leghe SS304 e Al6061 sono state scelte per il loro ampio impiego industriale e per i valori di snervamento e resistenza a trazione comunemente riconosciuti, così da mostrare il grande potenziale e l'affidabilità del metodo per indentazione. Prima della prova i campioni sono stati lucidati meccanicamente a specchio per evitare l'influenza di rugosità o difetti superficiali sui risultati. Le condizioni di prova sono riportate nella Tabella 1. Su ogni campione sono state eseguite più di dieci prove per garantire la ripetibilità dei valori.

Le curve carico-spostamento dei campioni in lega SS304 e Al6061 sono mostrate nella Fig. 2, con le impronte del punzone piatto sui campioni nel riquadro. L'analisi della curva di carico a forma di “S” con speciali algoritmi sviluppati da NANOVEA calcola la tensione di snervamento e la resistenza a trazione. I valori sono calcolati automaticamente dal software e riassunti nella Tabella 2. Per confronto sono riportati i valori di snervamento e resistenza a trazione ottenuti con prove di trazione convenzionali.

I risultati mostrano un buon accordo tra indentazione e prova di trazione nelle misure di YS e UTS delle leghe SS304 e Al6061. YS e UTS misurati per indentazione con il tester meccanico NANOVEA mostrano precisione e ripetibilità superiori. La tecnica per indentazione per la valutazione di YS e UTS è molto più conveniente in termini di tempo e costi rispetto alle procedure di prova di trazione convenzionali. L'indentazione non richiede lavorazioni dei campioni costose e complesse e consente una rapida mappatura quantitativa dei valori di YS e UTS su campioni piccoli, rilevando difetti meccanici localizzati di parti meccaniche in esercizio.

In questo studio abbiamo mostrato la capacità del tester meccanico NANOVEA di valutare snervamento & resistenza a trazione di campioni in lamiera di acciaio inox e lega di alluminio. La semplice configurazione sperimentale riduce sensibilmente i tempi e i costi di preparazione richiesti dalle prove di trazione. L'impronta ridotta consente più misure su un unico campione. Questo metodo permette misure di YS/UTS su campioni piccoli e aree localizzate, offrendo una soluzione per la mappatura YS/UTS e il rilevamento di difetti locali in condotte o strutture automobilistiche.

I moduli nano, micro o macro del tester meccanico NANOVEA includono tutti modalità di indentazione, scratch e usura conformi ISO e ASTM, offrendo la gamma di prove più ampia e semplice da usare disponibile in un unico sistema. L'ampiezza di gamma di NANOVEA è una soluzione ideale per determinare l'intero spettro delle proprietà meccaniche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri, tra cui durezza, modulo di Young, tenacità alla frattura, adesione, resistenza all'usura e molte altre. Sono inoltre disponibili in opzione un profilometro 3D senza contatto e un modulo AFM per l'imaging 3D ad alta risoluzione di impronte, scratch e tracce di usura, oltre ad altre misure superficiali come la rugosità.