Introduzione alle Prove Meccaniche dei Materiali Metallici – ​Di Gabriele Ceselin – CEO & GM AQM srl

L’impiego di un materiale in applicazioni di tipo strutturale si basa sulla sua capacità di resistere a carichi statici o variabili nel tempo, ad urti e/o deformazioni, all’abrasione o ad altri tipi di sollecitazioni, aggravate spesso da condizioni ambientali avverse, come, ad esempio, quelle rappresentate dalle temperature elevate o bas-se o da particolari condizioni ambientali aggressive (esempio: ambienti corrosivi, ecc.).

Necessariamente, l’applicazione di un materiale piuttosto che un altro in specifiche applicazioni si basa, oltre all’esperienza applicativa pregressa, sulla conoscenza delle sue varie proprietà meccaniche, chimiche, fisiche e tecnologiche che di volta in volta sono significative per la destinazione d’uso del manufatto.

Ovviamente, non sono solo le proprietà chimico-fisiche e/o tecnologiche a determinare l’applicazione d’uno specifico materiale ma anche altri fattori come: facilità d’approvvigionamento, costo della materia prima, co-sto delle lavorazioni e dei trattamenti necessari per ottenere le caratteristiche d’interesse finale.

La tabella seguente riepiloga le più importanti proprietà che vanno prese in considerazione nella scelta di un materiale per uno specifico impiego.

Proprietà d’interesse per la scelta di un materiale da destinare a specifica applicazione

Introduzione alle Prove Meccaniche dei Materiali Metallici

Fra tutte le proprietà che caratterizzano un metallo/lega quelle meccaniche, come: durezza, tenacità, resistenza a trazione, ecc., sono di maggiore interesse per le applicazioni strutturali o le costruzioni meccaniche in generale, che coinvolgono prioritariamente la capacità di resistere a sollecitazioni statiche e dinamiche. Si tratta di applicazioni principalmente riferibili all’ingegneria meccanica e civile, ove l’incidenza di costo della materia prima (metalli) è frequentemente superiore al 50 % del costo dell’opera.

I valori d’alcune proprietà meccaniche misurate sui materiali mediante specifiche prove, possono essere impiegati direttamente nella progettazione del manufatto ai fini del dimensionamento; altre proprietà meccaniche, invece, sono correlabili alla resistenza in esercizio a fenomeni che possono determinare il cedimento del manufatto come: la fatica, la corrosione, l’usura, lo scorrimento viscoso, ecc. Altri ancora sono semplici indici di qualità del materiale ma non forniscono valori utili per il dimensionamento ingegneristico, come i va-lori d’energia assorbita nell’urto, ottenuti con una prova di resilienza.

A complicare la scelta del materiale da costruzione è il fatto che nella maggior parte dei casi non è possibile esprimere una scelta netta ma s’impongono soluzioni di compromesso fra differenti proprietà, spesso anti-tetiche fra loro. Laddove l’antitesi è esasperata si può rendere necessario, talvolta, ricorrere all’elaborazioni di materiali ottimizzati, realizzati ad hoc o modificati rispetto a quelli normati e/o abitualmente resi disponibili da produttori e distributori. Queste specialities, ovvero prodotti speciali fuori standard, elaborate per applicazioni più sofisticate o focalizzate, spesso si caratterizzano a volte per differenze non macroscopiche, rendendo difficile al progettista la comprensione del loro effettivo potenziale vantaggio applicativo. Ecco, dunque, che una adeguata e puntuale caratterizzazione delle proprietà del materiale diventa fondamentale per comprendere plus e vulnus di prodotti speciali.

L’importanza delle proprietà meccaniche dei materiali non risiede solo nella loro capacità d’esprimere valori di resistenza a vari tipi di sollecitazioni d’esercizio; infatti, in questa ottica, normalmente è opportuno che tali proprietà siano quanto più elevate possibile per garantire adeguati margini di sicurezza. Dal punto di vista applicativo in esercizio si comprende, quindi, come sia particolarmente importante conoscere come le lavora-zioni di trasformazione modifichino tali proprietà o come sia possibile, mediante opportuni trattamenti, in-durre le caratteristiche desiderate per l’applicazione finale (esempio tipico di queste lavorazioni di migliora-mento sono i trattamenti termici).

Altresì, conoscere le proprietà meccaniche dei prodotti grezzi destinati a successive lavorazioni/trasformazioni è importante per pilotare i parametri operativi delle lavorazioni stesse o per scegliere trattamenti o lavorazioni intermedie, idonee a preparare tali materiali alle lavorazioni d’interesse. Ad esempio, la durezza, fornisce informazioni anche sull’attitudine dei materiali a subire successive lavorazioni come quelle per asportazione di truciolo alle macchine utensili ma anche informazioni relative all’attitudine alla deforma-zione plastica a freddo per piegatura, imbutitura, ecc.

Ecco, dunque, che le prove meccaniche rappresentano una famiglia di metodi di prova per: qualificare, classificare e sviluppare i materiali metallici (e no) fondamentale nell’ambito della scienza dei materiali. Esse sono indispensabili per chi opera nei comparti metalmeccanici ed è coinvolto nell’acquisto, la vendita, la trasformazione e l’applicazione di semilavorati o prodotti finiti realizzati in lega metallica.

A seguire affronteremo le principali prove meccaniche applicate ai materiali metallici, con particolare focalizzazione su quelle applicate agli acciai. Partiremo dalla prova di durezza, la più comune ed universamente usata, poi ci occuperemo della prova di trazione e della prova di resilienza.

Introdurremo gli argomenti in modo semplificato e lasceremo il lettore all’approfondimento con la consulta-zione del Volume 1: Metallurgia di Base, della collana I criteri di Scelta e di Trattamento degli acciai da costruzione e da utensili, edita da AQM e della normativa tecnica di riferimento, citata nel testo ed in bibliografia.

Buona lettura

Gabriele Ceselin

CEO & GM AQM srl

Corso Tecnico delle Prove Meccaniche Tradizionali