Che cos’è una prova di fatica?

Una prova di fatica è una procedura controllata e sistematica utilizzata per valutare la capacità intrinseca di un materiale di resistere a condizioni di carico ciclico. Queste sollecitazioni ripetute, spesso sotto forma di tensione, compressione, flessione, torsione o combinazioni di queste, possono indurre danni al materiale o addirittura il suo cedimento, nonostante i carichi applicati siano inferiori alla resistenza ultima del materiale.

I risultati di una prova di fatica forniscono indicazioni essenziali sulla durata e sulla sicurezza dei materiali utilizzati in applicazioni critiche, dai componenti aerospaziali alle parti automobilistiche e all’ingegneria strutturale.

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1 Che cos’è una prova di fatica?

Che cos’è il fenomeno della fatica nei materiali?

Il fenomeno della fatica nei materiali è un processo di degrado meccanico caratterizzato da cambiamenti strutturali progressivi, localizzati e permanenti quando si è sottoposti a sollecitazioni e sforzi fluttuanti. Questo fenomeno, spesso osservato nei materiali sottoposti a carichi ciclici, porta a un punto critico in cui il materiale può sviluppare cricche o infine cedere, nonostante i carichi applicati rimangano al di sotto della resistenza ultima del materiale.

Nel corso della fatica, i materiali subiscono una deformazione plastica, che può manifestarsi come deformazione microplastica su scala minima. Quando queste deformazioni localizzate si accumulano sotto una sollecitazione continua, possono portare allo sviluppo di danni macroscopici e infine culminare nella frattura del materiale o del componente.

Come si esegue una prova di fatica?

L’esecuzione di una prova di fatica comporta il caricamento di un provino in una macchina per prove di fatica, l’applicazione della sollecitazione predeterminata, lo scarico a carico zero o nella direzione opposta e la ripetizione di questo ciclo fino alla fine della prova. La prova può essere condotta per un numero predeterminato di cicli o fino al cedimento del provino, a seconda dei parametri specifici della prova.

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Qual è lo scopo delle prove di fatica?

L’obiettivo principale di una prova di fatica è solitamente quello di accertare la durata di vita prevista di un materiale sottoposto a carichi ciclici. Tuttavia, anche la resistenza alla fatica e la resistenza alle cricche sono parametri importanti. La vita a fatica si riferisce al numero totale di cicli che un materiale può sopportare sotto un singolo regime di carico. Una prova di fatica è anche utile per determinare il carico massimo che un campione può sopportare per un determinato numero di cicli. Tutti questi attributi hanno un’immensa importanza nei settori in cui i materiali sono soggetti a forze fluttuanti, piuttosto che costanti.

Dai telai delle auto di Formula 1 alle protesi dentarie, la comprensione e le prove di fatica sono fondamentali nella progettazione di componenti esposti a carichi ciclici. Le prove di fatica aiutano a stimare la vita utile e a valutare la durata dei componenti in relazione ai livelli di stress applicati, garantendo l’affidabilità dei materiali in diverse applicazioni.

Diversi tipologie di prove di fatica

Prova di fatica ad alto ciclo: Prova di fatica standard condotta a frequenze comprese tra 1 e 5000 Hz circa.
HCF (DIN 50100) Prova di fatica ad alto ciclo: Prova di fatica standard condotta a frequenze comprese tra 1 e 5000 Hz circa.
Prove di fatica a flessione su barre rotanti, DIN 50113.
Prove di fatica a trazione-compressione.
Valutazione della resistenza (resistenza alla fatica) rispetto alle sollecitazioni cicliche utilizzando una combinazione di tensione, scarico e compressione.
Prova di fatica giga-ciclo: Prova di fatica in cui vengono applicati circa 1 × 10^9 cicli o più in un breve periodo di tempo, utilizzando vibrazioni ultrasoniche, ecc.
Macchina per la prova di propagazione delle cricche a fatica: Valuta la velocità di propagazione delle cricche in presenza di sollecitazioni cicliche.

LCF

Test a basso numero di cicli

HCF

Test ad alto numero di cicli

VHCF

Test ad altissimo numero di cicli

Le prove di fatica più comuni

ASTM D3479 – Fatica in Tensione-Tensione dei Materiali Compositi a Matrice Polimerica
ASTM D7774 – Attrezzature per il Test di Fatica a Flessione per Materiali Plastici
ASTM E2207 – Attrezzature per il Test di Fatica Assiale-Torso in Materiali Tubolari a Parete Sottile
ASTM E2368 – Attrezzature per il Test di Fatica Termomeccanica
ASTM E466 – Test di Fatica a Carico Controllato e Ampiezza Costante su Metalli
ASTM E467 – Sistema di Test di Fatica Assiale a Forza Costante – Macchine di Prova
ASTM E606 – Test di Fatica a Strain-Controlled ad Alta e Bassa Ciclicità
DIN EN 6072 – Serie Aerospaziale – Materiali Metallici – Metodi di Test – Test di Fatica a Ampiezza Costante
DIN 50100 – Test di Fatica a Carico Controllato – Prestazione ed Valutazione dei Test Ciclici con Amplitude di Carico Costante su Campioni Metallici e Componenti
ISO 1099 – Materiali Metallici – Test di Fatica – Metodo di Forza Assiale Controllata
ISO 7206 – Test sugli Impianti dell’Anca
ISO 14801 – Attrezzature per il Test di Fatica su Impianti Dentali
ISO 15024 – Test di Tenacità a Frattura Interlaminare per Materiali Compositi Plastici – Macchine di Prova
ISO 22675 – Attrezzature per il Test di Fatica su Dispositivi Protetici per Caviglia e Piede