What is Material Testing: Una guida definitiva

Le materie prime svolgono un ruolo fondamentale nella produzione dei componenti. Per questo motivo, è molto importante testare i materiali prima di utilizzarli nei progetti.

L'importanza dei test sui materiali non può essere sminuita e se volete sapere cos'è il test sui materiali, come funziona e quali sono le sue tipologie, la guida che segue fa al caso vostro. Quindi, leggiamo.

Che cos'è l'analisi dei materiali?

Il collaudo dei materiali è un processo che misura le proprietà dei materiali e le loro reazioni quando sono sottoposti a determinate condizioni. I test sui materiali aiutano a determinare la compatibilità dei materiali con le diverse applicazioni.

Alcune aziende dispongono di strutture per il collaudo dei materiali, dove esperti qualificati li testano con diversi metodi di prova.

Come funziona una macchina per prove sui materiali?

Una macchina per prove sui materiali applica una forza controllata sul campione di materiale in modo da poterne valutare le proprietà meccaniche. Queste proprietà meccaniche consistono nell'elasticità, forzae deformazione.

La macchina di prova utilizza sistemi meccanici, idraulici e pneumatici per esercitare carichi di compressione e trazione. I sensori vengono utilizzati per misurare le forze applicate, che vengono registrate, e per valutare le prestazioni del materiale.

Perché le prove sui materiali sono importanti nella produzione?

Gli ingegneri di prodotto eseguono test sui materiali in vari settori. La raccolta di tutte le informazioni rilevanti sul prodotto durante lo sviluppo aiuta a garantirne la qualità. Aiuta a determinare il materiale più adatto per un determinato prodotto in termini di conformità e qualità.

Il processo di verifica dei materiali assicura anche che il materiale sia sicuro per il lavoro, poiché alcuni materiali sono infiammabili e reattivi e possono rappresentare un rischio. Gli sviluppatori testano i materiali in modo che le caratteristiche del materiale possano essere superate e che il materiale scelto soddisfi i requisiti di un'applicazione.

13 Tipi di test sui materiali

Esistono diversi tipi di metodi di analisi dei materiali:

Test di trazione

La prova di trazione è un metodo di prova dei materiali che ne misura la resistenza. Valuta le sollecitazioni, le deformazioni e lo snervamento del materiale e applica delle forze sul materiale. Utilizza materiali come i materiali compositi, i metalli e le polimeri. Per le prove si utilizza una macchina di trazione elettrica o una macchina di prova idraulica, che espone i materiali a forze diverse.

Test di compressione

Le prove di compressione valutano la reazione del materiale quando viene sottoposto a carichi di compressione. Le prove meccaniche hanno lo scopo di sottoporre il materiale a carichi che portano allo schiacciamento. La sollecitazione di compressione è importante per testare la duttilità e il modulo di elasticità.

Prove di fatica

Il prove di fatica aiuta a determinare la reazione del materiale quando è sottoposto a un carico. Si tratta del carico medio, che identifica la resistenza alla fatica al momento della rottura.

Test di durezza

La prova di durezza viene eseguita sul componente finale per verificare quanto è duro e a quale pressione si rompe.

Test d'impatto

Il test d'impatto misura la forza necessaria per la rottura del materiale. I due test Izod e Charpy sono condotti per identificare la forza di rottura del materiale. Questi due test misurano l'energia necessaria per causare una frattura nel materiale.

Test di torsione

Il test di torsione misura la resistenza del processo di torsione, che offre una valutazione della duttilità e della resistenza al taglio. Il processo prevede la torsione del materiale. Il test di torsione consiste nell'identificare le proprietà del materiale, come il modulo di elasticità, la resistenza al taglio e la resistenza alla torsione.

Test di trazione ad alta velocità

Il processo di prova di trazione ad alta velocità consiste in condizioni di carico rapido che determinano le proprietà di trazione della materia prima. Il test di resistenza alla trazione ad alta velocità è utilizzato per testare materiali soggetti a forti impatti di carico e a deformazioni eccessive.

Test per la formatura della lamiera

Il test per la formatura delle lamiere è una prova di formabilità della lamiera e della sua capacità di gestire la deformazione senza incrinarsi. Il test di imbutitura a cubo e il test FLD sono i test utilizzati per questo processo. Servono a valutare la compatibilità del materiale con la trafilatura, la formatura e la piegatura.

Test sugli elastomeri

I test sugli elastomeri valutano la capacità del composto elastomerico di funzionare in modo efficiente. Viene utilizzato per valutare le prestazioni dei materiali e dei pezzi finiti per garantirne la funzionalità e la qualità.

Test elettrici

I test elettrici valutano le caratteristiche elettriche di un materiale, aiutando a valutarne la conduttività, la rigidità dielettrica e la resistività. Viene testata la conduttanza elettrica di un materiale.

Test termici

I test termici valutano la reazione del materiale alla variazione di temperatura, che comprende la conduttività, l'espansione termica e la degradazione. Aiutano a misurare la conduzione del calore.

I test termici consentono persino di misurare il calore che può causare l'aumento della temperatura nel materiale per valutare la sua dissipazione termica. Valuta anche il limite in cui il materiale si contrae e si espande quando è sottoposto a una variazione di temperatura.

Test chimici

I test chimici consistono nell'analizzare il campione di materiale per verificare l'esposizione a determinate sostanze chimiche. Questi test valutano la resistenza dei materiali a determinate sostanze chimiche. Esistono diversi tipi di test chimici, alcuni dei quali sono i seguenti:

• I test di corrosione acida valutano la capacità dei materiali di resistere agli agenti chimici acidi.
• Il test di corrosione alcalina valuta la resistenza dei materiali agli ambienti alcalini.
• I test sui solventi organici valutano la reattività dei materiali ai solventi organici.

Prove distruttive e non distruttive

Quando si testa un materiale, i due tipi di test sono quelli distruttivi e quelli non distruttivi.

I test distruttivi sui materiali consistono nel prelievo di campioni dal materiale e nell'esecuzione di test per valutarlo in determinate condizioni. Questi test alterano la superficie del materiale, che quindi non è più in uno stato utilizzabile. Aiutano ad analizzare le caratteristiche del materiale nella produzione e nella ricerca.

I test non distruttivi sui materiali aiutano a verificare la capacità di un materiale di mantenere il carico fino al punto di rottura. Non distrugge il materiale e si limita a verificare se è in grado di sostenere un carico specifico per un periodo di tempo più lungo.

Test sui materiali e metodi standard

Esistono diversi metodi per testare i materiali:

Test dinamici

Il test dinamico del carico ha un impatto sulla capacità di carico; il campione viene sottoposto a un carico e viene condotto un test distruttivo. Esistono diversi tipi di test dinamici, che consistono in tester ad alta velocità, tester a caduta di peso e test di impatto a pendolo.

Test statici sui materiali

Le prove statiche sui materiali sono prove di contatto che consistono nel determinare il comportamento di resistenza e deformazione. Il componente è sottoposto a compressione, tensione e torsione.

Test ciclici sui materiali

I cicli di carico ricorrenti nelle prove cicliche sui materiali consistono nel caricare il campione di materiale, dove il carico ciclico viene applicato al materiale campione.

Metodi standard

Gli standard ISO, AMSE, BS ed EN sono gli standard utilizzati per testare i materiali quando vengono impiegati nella progettazione e nella produzione del pezzo.

Per cosa si può fare il test del materiale?

Ci sono diversi elementi che possono essere testati per il materiale, e sono i seguenti:

• Vengono testate le proprietà meccaniche di durezza, resistenza alla trazione, alla compressione e alla flessione di un materiale.
• Vengono valutate proprietà fisiche come la conduttività termica, il punto di fusione e la densità di un materiale.
• Proprietà chimiche del materiale, come la resistenza alla corrosione e l'analisi della composizione.
• È necessario valutare anche le proprietà elettriche, come la rigidità dielettrica, la conduttività e la resistenza agli agenti atmosferici.

Come documentare i dati durante le prove sui materiali?

I dati dei test sui materiali sono documentati sotto forma di rapporti dettagliati. I rapporti includono le condizioni di prova, i metodi di prova, i dati presentati e i dati grezzi. Questi rapporti dettagliati sono molto importanti per il controllo della qualità, la certificazione e la conformità alle normative.

Applicazioni delle prove sui materiali

Le applicazioni dei test sui materiali sono varie e vengono illustrate di seguito:

Industria automobilistica

I produttori di automobili utilizzano componenti realizzati con materiali testati, in modo che i componenti delle automobili, le parti interne e i telai della carrozzeria siano realizzati con cura. Questi materiali vengono valutati per garantirne la resistenza alla fatica, la durata e la resistenza agli urti.

Medico

Anche i materiali utilizzati per la prototipazione dei dispositivi medici sono sottoposti a test di biocompatibilità. La resistenza e la durata di questi materiali sono molto importanti perché vengono utilizzati per strumenti chirurgici, protesi e impianti.

Aerospaziale

Le parti degli aerei sono destinate a sopportare carichi pesanti e quindi sono soggette a pressioni elevate e a variazioni di temperatura. Questi materiali vengono testati per i componenti degli aerei, come ali, fusoliere e vetri.

Costruzione

I materiali utilizzati per i progetti di costruzione, come l'asfalto, l'acciaio e i materiali compositi, richiedono dei test. I test vengono condotti per verificare se sono in grado di resistere alle elevate sollecitazioni e se il materiale è conforme o meno agli standard di sicurezza.

Industria elettronica

I dispositivi elettronici come i telefoni cellulari e i computer portatili vengono testati per verificarne la durata, la resistenza al calore, la conduttività elettrica e la resistenza all'umidità.

Sfide nelle prove sui materiali

Quando si tratta di scegliere il materiale e di testarne la pertinenza in determinate applicazioni, si devono affrontare alcune sfide. Alcune di queste sfide sono le seguenti:

• I risultati dei test sui materiali possono risultare imprecisi a causa di un campione difettoso o incoerente. Il confronto tra i test diventa quindi difficile e richiede una preparazione dei campioni conforme ai protocolli standard, in modo da raggiungere la coerenza.
• Alcuni fattori ambientali, come l'umidità, la temperatura e la qualità dell'aria, possono influire sui risultati dei test. Se i materiali vengono testati a temperature diverse da quelle previste dallo standard, le loro proprietà possono essere compromesse. Pertanto, è necessario mantenere condizioni ambientali favorevoli durante le prove sul materiale.
• La raccolta dei dati per le prove sui materiali ha richiesto costi e tempo. In alcuni casi, il tempo e il budget possono essere una grande preoccupazione e quindi i metodi di prova non vengono condotti in modo appropriato.
• Garantire la sicurezza è una componente cruciale quando si effettuano prove sui materiali senza compromettere l'accuratezza del test. Alcuni metodi di prova comportano rischi in presenza di carichi pesanti, temperature elevate e ambienti corrosivi.
• Le apparecchiature utilizzate per i test possono presentare errori, come quelli di calibrazione, che forniscono misure imprecise.

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Conclusione

Tutto ciò che è stato spiegato nella guida precedente fornisce una visione dettagliata dei test sui materiali e del loro ruolo. Leggendola, quindi, vi sarete fatti un'idea dei diversi metodi di test e degli aspetti più importanti.