Prova Di Fatica

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a I.T.I.S. “Leonardo da Vinci” PORTOGRUARO LABORATORIO DI TECNOLOGIA MECCANICA Prova n° 4 Data: 03\04\2013 Classe V Sezione A Allievo Garatto Nicola Insegnanti: prof. S. Parcianello prof. L. Gasparotto Oggetto della prova: Prova di fatica a flessione rotante. Con grafico di Gough. Apparecchiature e Strumenti: Lo strumento che andremo ad utilizzare è la macchina: PUPN SCHENCK “SIMPLEX” ovvero la macchina che ci permetterà di eseguire la prova di fatica in modo piuttosto veloce. Inoltre per eseguire la prova utilizzeremo un cronometro per poter aggiungere un carico ad intervalli regolari di 3 minuti. SCHEMI DELLA PROVA Nella seguente prova cercheremo di tracciare il grafico di Gough con il quale potremo vedere l’andamento della fatico in un provino metallico di opportune misure. Prima di poter parlare della prova bisognerà dare qualche informazione teorica fondamentale per capire a pieno l’utilità della prova a fatica. La fatica si riferisce alle modifiche delle proprietà che si hanno in un materiale per l’effetto dell’applicazione di carichi variabili o non nel tempo. Un materiale quindi più sarà resistente a fatica più sarà quindi resistente a ripetizioni cicliche di carichi e quindi a diverse sollecitazioni senza danneggiarsi o rompersi. Solitamente se un elemento è poco resistente a fatica si possono verificare delle modifiche che causano una microfrattura detta più comunemente CRICCA, questa cricca porta al cedimento della struttura e quindi infine alla rottura. Il 55% delle rotture a fatica si hanno su organi di macchine strutture di macchine componenti questo perché sono sollecitati a carichi variabili nel tempo. Il così detto innesco della cricca cioè come inizia a formarsi è scandito da 4 fasi: INNESCO: È determinato da fenomeni di deformazione plastica molto localizzata a causa della distribuzione delle tensioni e

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prova di laboratorio sulla fatica

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I.T.I.S.“Leonardo da Vinci”PORTOGRUARO

LABORATORIO DI TECNOLOGIA MECCANICA

Prova n° 4

Data: 03\04\2013

Classe V Sezione A Allievo Garatto NicolaInsegnanti:prof. S. Parcianello prof. L. Gasparotto

Oggetto della prova: Prova di fatica a flessione rotante. Con grafico di Gough.

Apparecchiature e Strumenti: Lo strumento che andremo ad utilizzare è la macchina: PUPN

SCHENCK “SIMPLEX” ovvero la macchina che ci permetterà di eseguire la prova di fatica in modo

piuttosto veloce. Inoltre per eseguire la prova utilizzeremo un cronometro per poter aggiungere un

carico ad intervalli regolari di 3 minuti.

SCHEMI DELLA PROVA

Nella seguente prova cercheremo di tracciare il grafico di Gough con il quale potremo vedere l’andamento della fatico in un provino metallico di opportune misure. Prima di poter parlare della prova bisognerà dare qualche informazione teorica fondamentale per capire a pieno l’utilità della prova a fatica. La fatica si riferisce alle modifiche delle proprietà che si hanno in un materiale per l’effetto dell’applicazione di carichi variabili o non nel tempo. Un materiale quindi più sarà resistente a fatica più sarà quindi resistente a ripetizioni cicliche di carichi e quindi a diverse sollecitazioni senza danneggiarsi o rompersi.Solitamente se un elemento è poco resistente a fatica si possono verificare delle modifiche che causano una microfrattura detta più comunemente CRICCA, questa cricca porta al cedimento della struttura e quindi infine alla rottura. Il 55% delle rotture a fatica si hanno su organi di macchine strutture di macchine componenti questo perché sono sollecitati a carichi variabili nel tempo.Il così detto innesco della cricca cioè come inizia a formarsi è scandito da 4 fasi:

INNESCO: È determinato da fenomeni di deformazione plastica molto localizzata a causa della distribuzione delle tensioni e alle continue sollecitazioni variabili.

I° STADIO: Il primo stadio di propagazione è costituito dallo sviluppo di un micro taglio cioè da una fessurazione che può essere influenzata dall’incrudimento e dalla dimensione dei grani.

II° STADIO: Nel secondo stadio di propagazione il micro taglio si estende e occupa una grande quantità della superficie del pezzo si può riconoscere facilmente da una struttura fine e levigata molte volte anche ossidata a causa degli agenti atmosferici questo perché le due facce a contatto si sfregano a vicenda fino ad usurarsi.

ROTTURA: L’ultimo stadio è la rottura ovvero la struttura essendo stata ridotta notevolmente della sua sezione resistente cede bruscamente anche senza l’effetto di un carico massimo, detta proprio rottura a fatica perché brusca ed inaspettata questa parte si può ben notare perché è la parte granulosa deve è avvenuta una de coesione dei grani brusca.

Di seguito si possono vedere delle immagini che ci mostrano come si presenta una rottura a fatica con il punto di innesco la parte liscia di propagazione e la parte granulosa della rottura brusca:

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FATTORI CHE INFLUENZANO LA ROTTURA A FATICA :

Presenza di piccole soffiature, cavità di ritiro, soffiature, inclusioni Rugosità superficiale Effetti della corrosione Micro cricche provocate dai trattamenti termici Temperatura di esercizio Numero di cicli al minuto al quale il pezzo è sollecitato La forma geometrica dei pezzi Filettature, scanalature, spigoli vivi, gole, ecc

FATTORI CHE AUMENTANO LA RESISTENZA A FATICA: Buona finitura superficiale Assenza di decarburazioni Lavorazioni superficiali Raccordi ampi in modo da ridurre la concentrazione di forze Impiego di acciai privi di difetti interni Trattamenti termici superficiali come: Cementazione, nitrurazione, tempre superficiale.

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TIPI DI CICLO AFFATICANTI

Qui di seguito sono riportati i tipi di ciclo che si possono verificare in un organo meccanico e quindi il comportamento di conseguenza:

Tipo di ciclo STATICO PULSANTE PULSANTE DA ZERO

Diagramma

σ max σ max σ max σ max

R= (σ min/σ max) R=1 0<R<1σmin=0

R=0

σ m σ max σ m σ m

Δσ 0 ± Δσm ± Δσm

ALTERNO ASSIMETRICO ALTERNO SIMMETRICO

σ max σ max

-1<R<0 R=-1

σ m 0

± Δσ ± Δσ = σ max

I cicli riportati sono i cicli che si possono verificare in un organo meccanico e si possono verificare

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con diverse sollecitazioni come per un carico statico flessione mentre può essere un carico pulsante magari con una sollecitazione ciclica.Per determinare quindi la resistenza a fatica di un determinato materiale si deve procedere a eseguire delle prove specifiche per vedere il numero di cicli a cui può resistere.Essendo la rottura a fatica una rottura improvvisa non si può essere certi della durata di un elemento ma con determinati grafici come quello di Wöhler e determinate curve come quelle di Gough si può determinare indicativamente la durata.Nel diagramma di Wöhler vengono inseriti dei dati sperimentali dove ci sono in ascisse il numero di cicli e in ordinate le tensioni a cui possono resistere, Wöhler aveva scoperto che:

La rottura a fatica dipende dalla componente alternata delle tensioni Avviene specialmente nelle variazioni di sezione e forma geometrica La resistenza dei provini lisci è di 3-4 volte più alta La rottura parte dagli spigoli

Tutti questi dati quindi vengono riportati nel grafico di Wöhler.

ESECUZIONE PROVA

La prova che andremo ad effettuare sarà utilizzata per poter creare una curva di Gough e quindi determinare il limite a fatica a flessione rotante. Per poterlo fare utilizzeremo una macchina apposita che accelererà il procedimento per renderlo più veloce.La prova consiste nel mettere nella macchina un apposito provino del materiale desiderato nel nostro caso il 39Ni Cr Mo 5 questa provetta dovrà avere delle dimensioni stabilite e per non provocare facilmente la rottura dovrà avere una rugosità RA bassa cioè 0.8 e non dovrà presentare spigoli vivi ma solo raccordi con ampi raggi.La provetta verrà montata nella macchina dove inizialmente no è presente nessun carico. Quindi dopo aver azzerato i due comparatori utilizzati per misurare la freccia d’inflessione andremo ad applicare un carico unitario di 3 kg per un tempo di 3 minuti, quindi si avvierà la macchina che quindi metterà in rotazione la provetta sottoponendola quindi a flessione rotante e quindi a un tipo di ciclo ALTERO SIMMETRICO.Ogni 3 minuti quindi verrà fermata la macchina lette le frecce grazie ai comparatori e quindi applicati 3 kg in più. Questa prova quindi verrà ripetuta aggiungendo ogni 3 minuti un carico di 3 kg fino a rottura.Di seguito possiamo vedere la schematizzazione della macchina e della provetta, con inoltre lo

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scema statico dei carichi di prova e il diagramma del momento flettente.

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Dalla prova quindi verranno letti i valori corrispondenti alle frecce d’inflessione e quindi grazie a queste e al carico applicato potremo costruire il grafico. E grazie al contagiri posto sulla destra del motore potremo vedere quanti cicli fa ogni 3 minuti e a quanti cicli totali ha resistito.

*

carico aggiuntivo 1,750 Kgp ** carico aggiuntivo 3,5 Kgp

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50

100

200

300

400

500

600

700Andamento fatica

Andamento fat-ica

Linear (An-damento fat-ica)

Freccia media

Caric

o un

itario

N/m

Rottura

carico aggiuntivo 3,5 Kgp

carico aggiuntivo 1,750 Kgp

CONCLUSIONI

Posizione di rilevamento

Carico unitario

Kg/mm2 [σ]

Carico unitario

N/mm2 [σ]

FrecciaF1 (SX)

[mm]

FrecciaF2 (DX)

[mm]

Freccia media [mm]

Cicli progressivi

Cicli parziali

Tempo [min]

0 0 0 0 0 0 31121300 31121300 01 3 29,43 0,23 0,23 0,23 31130300 9000 32 6 58,86 0,52 0,53 0,525 31139300 9000 33 9 88,29 0,57 0,57 0,57 31148300 9000 34 12 117,72 0,88 0,87 0,875 31157300 9000 35 15 147,15 1,06 1,05 1,055 31166300 9000 36 18 176,58 1,13 1,16 1,145 31175200 8900 37 21 206,01 1,40 1,35 1,375 31184200 9000 38 24 235,44 1,49 1,46 1,475 31193200 9000 39 27 264,87 1,69 1,63 1,66 31202200 9000 3

10 30 294,3 1,82 1,82 1,82 31211200 9000 311* 33 323,73 1,97 1,94 1,955 31220200 9000 312 36 353,16 2,18 2,13 2,155 31229200 9000 313 39 382,59 2,33 2,34 2,335 31238200 9000 314 42 412,02 2,510 2,52 2,515 31247100 8900 315 45 441,45 2,72 2,68 2,7 31256100 9000 316 48 470,88 2,97 2,88 2,925 31265100 9000 317 51 500,31 3,15 3,07 3,11 31274000 8900 318 54 529,74 3,22 3,20 3,21 31283000 9000 319 57 559,17 3,41 3,39 3,4 31291900 8900 320 60 588,6 3,76 3,67 3,715 31300900 9000 3

21** 63 618,03 3,94 3,89 3,915 31309900 9000 322 66 647,46 ROTTURA ROTTURA ROTTURA 31315800 5900 3

NUMERO DI CICLI TOTALI 194500

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Grazie ad una termo camera durante la prova abbiamo potuto controllare anche la temperatura che il provino emanava a causa delle tensioni interne provocate dalla sollecitazione.

Nella prima foto si può notare il provino quasi all’inizio quindi ancora a temperatura ambiente, nella seconda foto invece si può chiaramente vedere che sulla destra vicino al cuscinetto è presente una linea più calda del resto questo perché in quel punto si era formata una cricca che facendo sfregare le facce creava maggior calore; nella terza foto invece si può vedere appunto la rottura della provetta proprio nel punto dove si era formata la cricca.Dalla prova quindi possiamo confermare che la rottura a fatica è una rottura improvviso che non da segni premonitori se non una cricca interna visibile solo attraverso prove non distruttive specifiche come i liquidi penetranti, ultrasuoni, radiografie, magneto-scopie, o correnti indotte.Quindi per ovviare al problema della fatica come già detto altre che a controlli periodici degli organi, bisogna evitare sbalzi di sezione, rugosità elevate, ecc.

Lab. Tecnologico- ITIS Portogruaro