Prove di trazione e resistenza delle viti: come funziona?

La vasta gamma di viti presenti in commercio è direttamente proporzionale ai possibili e diversi impieghi di tali componenti.
Come abbiamo visto in alcuni altri articoli, la vite è un elemento di fissaggio che trova ampio campo d’applicazione e, per tale ragione, necessita di una conoscenza approfondita.

Infatti, per scegliere la vite più adatta alle proprie esigenze, non bisogna prendere in considerazione solo il diametro, la lunghezza, la filettatura o il tipo di testa ma anche le caratteristiche meccaniche come la classe di resistenza.

Come riportato in un nostro precedente articolo "Classi di resistenza di viti e bulloni: cosa bisogna sapere", la classe di resistenza è la capacità di un elemento di bulloneria di resistere a snervamento, trazione e rottura.

Per misurare tale capacità, entrano in gioco le cosiddette prove di trazione a cui abbiamo dedicato i paragrafi successivi per comprendere di cosa si tratta.

Cosa si determina con la prova di trazione?

La prova di trazione è un test convenzionale che serve a misurare la resistenza a trazione, quindi la resistenza a rottura, dei materiali sottoposti ad un processo di allungamento.

Si tratta dunque di una prova meccanica condotta su dei provini i quali vengono assoggettati ad un carico mono assiale sempre più elevato. In altre parole, l’elemento è sottoposto ad una deformazione forzata con l’obiettivo di valutarne il carico di snervamento o carico di rottura.

Il test si sviluppa attraverso alcune fasi:

• Comportamento elastico, si tratta della 1° fase del processo in cui la conformazione dell’elemento è ancora ripristinabile. Riportando a zero il valore di carico, l’elemento ritornerà alla sua lunghezza iniziale;
   
• Snervamento, in questa 2° fase il comportamento del materiale non è più lineare e, di conseguenza, all’aumento del valore di carico corrisponde una leggera deformazione ed una caduta della resistenza;
   
• Comportamento plastico, durante la 3° fase, la deformazione è sempre più permanente. Infatti, anche se il valore di carico viene azzerato, il materiale non ritorna alla sua lunghezza originale;
   
• Strizione, nella 4° e penultima fase, una parte dell’elemento testato si deforma velocemente;
   
• Rottura del provino, è la 5° ed ultima fase del processo che si verifica in corrispondenza del raggiungimento del carico di rottura.

I risultati del test vengono riportati in un diagramma sforzo-deformazione in cui si dimostrano tutti i passaggi effettuati e le reazioni dei materiali, partendo da un valore nullo fino ad un valore massimo noto come UTS (Resistenza alla Trazione Ultima).

L’UTS è lo sforzo massimo applicabile sull’elemento testato. 

Figura.1 Esempio diagramma sforzo-deformazione

Dunque, i due punti cruciali all’interno del diagramma e quindi del processo sono lo snervamento ed il carico di rottura.

Nei paragrafi successivi andremo a definire nel dettaglio cosa si intende con tali termini ma, per completezza di informazione, abbiamo voluto dedicare un approfondimento ad ulteriori prove di resistenza delle viti.
 

Alcune prove di resistenza delle viti

Le principali normative di riferimento, stabiliscono i valori minimi da rispettare affinché una vite possa essere definita standard. Tali valori valgono sia per le caratteristiche fisiche dell’elemento – misurabili, ad esempio, mediante l’utilizzo del calibro – che per le caratteristiche meccaniche.

Nello specifico, queste ultime, servono a misurare la resistenza della vite e si possono distinguere in:

• Prove di resistenza della testa. Il test viene eseguito su un piano inclinato dove la testa dell’elemento viene sottoposta ad un carico di rottura relativo al suo diametro. La prova è superata se non si verificano rotture della testa;
   
• Prove di durezza. La durezza delle viti deve essere il più possibile omogenea, a garanzia dell’impiego di acciai adeguati e di un trattamento termico corretto. Il test viene effettuato sulla superficie della vite o su una sezione. Mediante l’utilizzo di un durometro – apparecchio in grado di applicare una pressione variabile e crescente nel tempo – il materiale viene inciso e verrà poi misurata la dimensione dell’incisione: quanto più piccola sarà questa, tanto più duro risulterà il materiale.
   
• Prove di microdurezza. Questa prova, prevista per le viti su cui è stato effettuato un processo di indurimento superficiale, viene appunto eseguita sulla superficie della filettatura e sulla sezione. Applicando le medesime procedure della prova di durezza, il test prevede che la vite venga sezionata longitudinalmente. Tale esame, per motivi funzionali, viene effettuato solo su elementi con filettature con passo maggiore o uguale a 1.25mm. Se il passo ha un valore diverso da quello indicato, non è possibile procedere con la prova di durezza ma viene eseguita un’analisi al microscopio.

Cos'è lo snervamento dell'acciaio?

La definizione standard di carico di snervamento indica lo stesso come la sollecitazione che, in riferimento al diagramma di sforzo/deformazione, provoca uno scostamento della lunghezza iniziale.

Quando un materiale è sottoposto ad una forza dal valore inferiore rispetto al suo carico di snervamento, si deforma ma ritorna alla sua forma originale non appena il carico viene rimosso. Al contrario, quando la forza è maggiore rispetto a quello di snervamento, il materiale non ritorna alla sua forma originale.

In generale, il carico di snervamento varia a seconda del materiale. Ad esempio, il carico di snervamento dell’acciaio è nettamente superiore rispetto a quello dell’alluminio.

Cosa si intende per carico di rottura?

Con il termine carico unitario di rottura si intende il carico massimo che un materiale può sopportare senza rompersi. Si tratta dunque di una sollecitazione esterna superiore al carico di snervamento, oltre la quale, il materiale si frattura.

Il carico di rottura, come anche quello di snervamento, viene determinato mediante le prove di trazione dalle quali emergono risultati differenti per diverse tipologie di materiali.

Il carico di rottura non è definito in maniera univoca ma può variare a seconda della modalità di applicazione.

Per tale ragione, vengono effettuate prove diverse per registrare il diverso comportamento del materiale in base alla sua destinazione finale. Esistono quindi differenti tipi di test, tra cui:

• Carico di rottura a trazione;
• Carico di rottura a compressione;
• Carico di rottura a flessione retta;
• Carico di rottura a torsione;
• Carico di rottura a sforza di taglio.

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