Prove meccaniche dei componenti forgiati: metodi e norme
Le prove meccaniche dei componenti forgiati consentono di verificare se l’acciaio ha raggiunto le proprietà meccaniche richieste dopo la forgiatura e il trattamento termico. I parametri principali includono resistenza, duttilità, tenacità e durezza.
I metodi più comuni sono la prova di trazione, la prova di resilienza Charpy e la prova di durezza. La scelta dipende dal materiale, dalle condizioni di esercizio, dalla geometria del componente e dai requisiti di progetto.
Questa guida presenta i principali metodi di prova, le norme applicabili, il prelievo dei provini e i criteri utilizzati per valutare i risultati.
Cosa sono le prove meccaniche dei componenti forgiati?
Le prove meccaniche valutano il comportamento di un materiale forgiato quando viene sottoposto a carico o deformazione. Servono a verificare che il componente abbia raggiunto le proprietà richieste dopo la forgiatura e il trattamento termico.
Rappresentano una parte importante del controllo qualità dei componenti forgiati, ma hanno una funzione diversa dall’analisi chimica e dai controlli non distruttivi (CND).
| Metodo di controllo | Cosa verifica |
|---|---|
| Analisi chimica | Composizione del materiale |
| Prove meccaniche | Resistenza, duttilità, tenacità e durezza |
| Controlli non distruttivi (CND) | Discontinuità superficiali o interne |
L’analisi chimica verifica la composizione del materiale, mentre controlli come gli ultrasuoni (UT) e le particelle magnetiche (MT) individuano eventuali discontinuità nel pezzo.
Le prove meccaniche rispondono invece a una domanda fondamentale:
Il componente forgiato possiede le proprietà meccaniche richieste per l’applicazione prevista?
Questi controlli forniscono quindi informazioni diverse ma complementari sulla qualità della forgiatura.
Quali prove meccaniche sono richieste per i componenti forgiati in acciaio?
Le principali prove meccaniche sugli acciai forgiati comprendono:
- prova di trazione;
- prova di resilienza Charpy;
- prova di durezza.
Le prove effettivamente richieste dipendono da:
- qualità e specifica del materiale;
- stato di trattamento termico;
- temperatura e condizioni di esercizio;
- tipo di carico applicato;
- specifiche del prodotto;
- requisiti del cliente.
| Prova | Proprietà valutata |
| Prova di trazione | Snervamento, resistenza a trazione e duttilità |
| Prova di resilienza Charpy | Tenacità all’urto |
| Prova di durezza | Durezza dopo il trattamento termico |
Non tutti i componenti forgiati richiedono tutte e tre le prove. I controlli devono essere definiti in base alla specifica applicabile e ai requisiti concordati con il cliente.
Prova di trazione sui componenti forgiati in acciaio
La prova di trazione sui componenti forgiati misura la resistenza e la duttilità del materiale applicando un carico di trazione controllato a un provino lavorato.
I principali valori ottenuti includono:
| Proprietà | Cosa indica |
| Limite di snervamento | Inizio della deformazione plastica permanente |
| Resistenza a trazione | Massima tensione raggiunta durante la prova |
| Allungamento | Capacità di deformarsi prima della rottura |
| Strizione | Duttilità locale nella zona di rottura |
Questi valori devono essere valutati insieme. Due acciai con resistenza a trazione simile possono presentare differenze significative in termini di allungamento e duttilità.
Per alberi, anelli e altri componenti forgiati sottoposti a carichi elevati, la prova di trazione consente di verificare che materiale e trattamento termico abbiano prodotto le proprietà previste dalla specifica.
Prova di resilienza Charpy sui componenti forgiati
La prova di resilienza Charpy misura l’energia assorbita da un provino intagliato durante una rottura provocata da un impatto. Viene utilizzata principalmente per valutare la tenacità del materiale.
È particolarmente importante per componenti destinati a:
- basse temperature di esercizio;
- carichi dinamici o d’urto;
- applicazioni in cui è importante limitare il rischio di frattura fragile.
La temperatura di prova è un parametro fondamentale. Alcuni acciai possono infatti mostrare una transizione da comportamento duttile a fragile al diminuire della temperatura.
Per questo motivo, un risultato Charpy deve sempre essere valutato insieme alla temperatura di prova e al valore minimo di accettazione previsto.
Un valore espresso semplicemente in joule, senza queste informazioni, non è sufficiente per valutare correttamente il materiale.
Prova di durezza dei componenti forgiati
La prova di durezza dei componenti forgiati misura la resistenza del materiale alla deformazione plastica localizzata ed è spesso utilizzata per verificare il risultato del trattamento termico.
I metodi più comuni includono:
- durezza Brinell;
- durezza Rockwell;
- durezza Vickers, quando prevista dalla specifica applicabile.
Le misurazioni eseguite in posizioni definite permettono di verificare se è stato raggiunto l’intervallo di durezza richiesto e se i valori sono sufficientemente uniformi sul componente.
Questo aspetto è particolarmente importante per i forgiati di grandi dimensioni, dove possono essere richiesti più punti di misura.
La prova di durezza, tuttavia, non sostituisce la prova di trazione o la prova Charpy quando devono essere certificate resistenza, duttilità o tenacità.
Norme per le prove meccaniche dei componenti forgiati
Le prove meccaniche devono essere eseguite secondo la specifica del materiale o del prodotto applicabile e secondo i metodi di prova previsti.
Per progetti destinati al mercato europeo sono comunemente utilizzate norme UNI EN ISO / EN ISO, mentre per forniture internazionali possono essere richieste norme ASTM.
Tra i principali riferimenti:
- UNI EN ISO 6892-1 / EN ISO 6892-1 – prova di trazione dei materiali metallici a temperatura ambiente;
- UNI EN ISO 148-1 / EN ISO 148-1 – prova di resilienza su provino Charpy;
- norme UNI EN ISO applicabili alle prove di durezza Brinell, Rockwell e Vickers;
- ASTM A370 – metodi e definizioni per le prove meccaniche dei prodotti in acciaio.
È importante distinguere tra specifica del prodotto e norma di prova:
Specifica del prodotto/materiale → definisce proprietà richieste e criteri di accettazione.
Norma di prova → definisce come devono essere misurate tali proprietà.
ASTM A370, ad esempio, descrive i metodi per diverse prove meccaniche sui prodotti in acciaio, ma i valori di accettazione dipendono generalmente dalla specifica del materiale o del prodotto applicabile.
Dove vengono prelevati i provini da un componente forgiato?
La posizione di prelievo dei provini dai componenti forgiati deve essere definita prima della produzione in funzione della specifica applicabile, della geometria del componente e dei requisiti del cliente.
Il materiale di prova può essere ricavato da:
- un prolungamento integrale del forgiato;
- un provino o tallone solidale;
- un campione rappresentativo separato;
- una posizione specificata direttamente sul componente.
Anche l’orientamento del provino è importante. Provini longitudinali e trasversali possono fornire risultati differenti a causa della direzione del flusso delle fibre generato durante la forgiatura.
Quando viene utilizzato materiale di prova separato, questo dovrebbe essere sottoposto allo stesso ciclo di trattamento termico previsto per il componente rappresentato.
Per garantire la tracciabilità devono quindi essere definiti posizione di prelievo, orientamento e lotto di produzione rappresentato dal provino.
Come vengono valutati i risultati delle prove meccaniche?
I risultati vengono confrontati con i criteri di accettazione definiti dalla specifica del materiale, dalla specifica del prodotto e dai requisiti concordati con il cliente.
Un singolo valore numerico non sempre è sufficiente.
Per la prova di trazione devono essere considerate posizione e orientamento del provino. I risultati Charpy devono essere associati alla temperatura di prova e al valore minimo richiesto. I valori di durezza devono invece essere riferiti alla posizione di misura e alla scala utilizzata.
Per componenti forgiati di grandi dimensioni, personalizzati o destinati ad applicazioni critiche, questi criteri dovrebbero essere definiti prima dell’avvio della produzione.
Prove meccaniche vs controlli non distruttivi (CND)
Le prove meccaniche e i controlli non distruttivi sui componenti forgiati hanno obiettivi differenti.
| Prove meccaniche | Controlli non distruttivi |
| Valutano resistenza, duttilità, tenacità e durezza | Individuano discontinuità superficiali o interne |
| Comprendono trazione, Charpy e durezza | Comprendono UT, MT, PT e altri metodi |
| Spesso richiedono provini | Generalmente controllano direttamente il componente |
Un componente può superare il controllo a ultrasuoni ma non soddisfare i requisiti di trazione. Allo stesso modo, buone proprietà meccaniche non escludono automaticamente la presenza di discontinuità interne.
Per i componenti forgiati critici, prove meccaniche e CND devono quindi essere considerati complementari, non intercambiabili.
Conclusione
Una corretta prova meccanica dei componenti forgiati non si limita al superamento di un singolo test. La rappresentatività del provino, il metodo utilizzato e i criteri di accettazione sono altrettanto importanti.
Per una valutazione affidabile, i risultati dovrebbero essere tracciabili rispetto a materiale, trattamento termico, posizione del provino e lotto di produzione.
In questo modo è possibile verificare se il componente forgiato possiede effettivamente le proprietà meccaniche richieste per l’applicazione prevista.