Che cos'è Frattografia?
La frattografia è lo studio che esamina la superficie di frattura di una parte fratturata per determinare come è iniziato e progredito il cedimento. La superficie di frattura porta con sé la propria registrazione del cedimento: il punto di origine, la direzione di propagazione e il meccanismo vengono letti dalla morfologia della superficie.
Scopo di Frattografia
Lo scopo è trovare la causa di un guasto e prevenirne il ripetersi. Distinguere se si tratta di fatica, frattura fragile, sovraccarico o tensocorrosione cambia completamente l'azione correttiva da intraprendere.
A quali prodotti si applica Frattografia?
- Elementi e alberi della macchina fratturati
- Elementi di fissaggio rotti
- Cordoni di saldatura danneggiati
- Parti di apparecchiature a pressione
- Componenti aerospaziali e automobilistici
In quali settori si utilizza Frattografia?
Norme relative a Frattografia
- ASTM E2332 (guida per l'analisi dei guasti delle parti metalliche)
- ASTM E1351 (metallografia sul campo — metodo di replica)
- ISO 17639 (esame macroscopico e microscopico delle saldature)
- Manuale ASM vol. Approccio 11 (metodologia di analisi dei guasti)
Condizioni di Frattografia
- protezione superficiale
- La superficie della frattura deve essere protetta da pulizia, graffi e corrosione.
- Esame
- Prima a occhio nudo e stereomicroscopio, poi al SEM
- Complemento
- Combinato con analisi chimiche, misurazione della durezza e metallografia
- Documentazione
- Ogni fase è documentata con fotografie
Apparecchiatura per Frattografia
- Microscopio stereo
- Microscopio elettronico a scansione (SEM) ed EDS
- Attrezzature per la preparazione metallografica
- Tester di microdurezza
- Sistema di imaging e ridimensionamento
Requisiti del campione per Frattografia
- Il campione deve essere prelevato in modo da rappresentare il lotto o il ciclo di produzione.
- È necessario indicare la descrizione del campione, il tipo di materiale e la direzione di produzione, se presente.
- La norma da applicare e l'eventuale specifica del cliente dovranno essere fornite insieme al campione.
- Il test può essere distruttivo; il numero richiesto di campioni deve essere confermato in anticipo.
- Le superfici da testare dovranno essere protette durante il trasporto.
Durata di Frattografia
Uno studio di analisi dei guasti, insieme all'esame e alle analisi supplementari, richiede generalmente da alcuni giorni lavorativi a settimane; la portata dipende dalla complessità dell’evento.
Procedura di Frattografia
- 1La parte e la superficie di frattura vengono portate in laboratorio integre.
- 2Vengono raccolte la storia del guasto e le condizioni operative.
- 3Viene eseguito un esame macro ad occhio nudo e allo stereomicroscopio.
- 4Viene identificata la regione di origine della frattura.
- 5La micromorfologia viene esaminata al SEM.
- 6Supportato con analisi chimiche, durezza e metallografia.
- 7Vengono riportati il meccanismo di guasto e la probabile causa principale.
Criteri di accettazione di Frattografia
Lo standard del metodo definisce come viene eseguito il test, non quale deve essere il risultato. Il limite di accettabilità deriva dallo standard del materiale o del prodotto, dalle specifiche del cliente o dalla normativa pertinente; questa pagina quindi non dà un limite numerico.
Valutazione dei risultati
La valutazione si basa sulla corrispondenza della morfologia osservata con i meccanismi di cedimento noti: striature e una regione di origine piatta in caso di fatica, superfici di clivaggio in frattura fragile, fossette in frattura duttile. La conclusione sulla causa principale viene raggiunta interpretando i risultati insieme alle condizioni operative.
Rapporto di Frattografia
- Descrizione del campione, informazioni sul materiale/prodotto e numero di lotto, se presente
- Metodo di preparazione del campione e condizioni di condizionamento
- Condizioni standard e di prova applicate
- Strumento utilizzato e stato della calibrazione
- Risultati e unità di misura
- Incertezza di misura (se richiesta)
- Una dichiarazione secondo cui il risultato si applica solo al campione sottoposto a prova
Accreditamento
EUROLAB detiene un accreditamento riconosciuto a livello internazionale ottenuto da organismi di accreditamento parte degli accordi di riconoscimento multilaterale IAF e ILAC, secondo ISO / IEC 17025 per prove di laboratorio, ISO / IEC 17020 per ispezione e sorveglianza e ISO / IEC 17021-1 e ISO / IEC 17065 per certificazione di sistema e prodotto. Questa catena garantisce che i rapporti e i certificati emessi siano accettati in tutto il mondo.
Se questo test può essere offerto nell'ambito accreditato dipende dal prodotto e dallo standard applicato; poiché l'accreditamento è basato sul metodo, l'ambito viene confermato per iscritto in fase di offerta.
Ambito e autorizzazioniRegolamenti correlati
- Norme armonizzate applicate in base alla famiglia di prodotto
- UE 765/2008 (sorveglianza del mercato e quadro di accreditamento)
- Normative di prodotto pertinenti e specifiche del cliente
Prove su metalli e metallurgia — Cosa copre questo ambito di prova?
La sezione seguente descrive l'ambito a cui appartiene la prova Frattografia; le condizioni e i criteri di accettazione di questa prova specifica sono riportati nelle sezioni precedenti. L'ambito specifico del vostro prodotto viene confermato per iscritto in fase di offerta.
Le prove metalliche e metallurgiche determinano il carico che un metallo o un giunto saldato può sopportare, il suo modo di rottura e la sua struttura interna. Il risultato di questa famiglia riguarda spesso non il prodotto in sé ma l'identità del MATERIALE: l'acciaio è davvero della classe dichiarata, il cordone di saldatura fornisce la resistenza prevista dal progetto, il getto contiene un difetto interno inaccettabile?
L'importanza pratica dell'ambito deriva dal fatto che un componente metallico raramente cede in modo graduale. Un componente in plastica si deforma, invecchia, si fessura e di solito dà un preavviso. Un cordone di saldatura o un elemento di fissaggio, invece, spesso si rompe senza preavviso, soprattutto in caso di fatica e frattura fragile. Per questo, in ambiti come apparecchi a pressione, apparecchi di sollevamento, acciaio strutturale e condotte, la prova dei materiali è un obbligo NORMATIVO e non progettuale.
La famiglia riunisce tre gruppi di metodi, ciascuno dei quali risponde a una domanda diversa. Le prove meccaniche quantificano il comportamento del materiale sotto carico. L'esame non distruttivo cerca difetti senza danneggiare il pezzo. La metallografia e l'analisi chimica spiegano perché il materiale si comporta in quel modo — tramite struttura del grano, distribuzione delle fasi, contenuto di inclusioni e composizione della lega.
Il criterio di accettazione di queste prove quasi mai deriva dalla norma di prova, ed è questa la chiave per comprendere l'ambito. La norma di prova indica come effettuare la misura; i valori accettabili derivano dalla norma di prodotto, dalla classe del materiale o dal codice di fabbricazione. La ISO 6892-1 indica come eseguire una prova di trazione; la EN 10025 indica quale carico di snervamento deve fornire quell'acciaio. Nel leggere un rapporto, è essenziale sapere rispetto a quale norma di prodotto è stato valutato.
Il campionamento è parte inseparabile del risultato in questo ambito. Due provini prelevati dalla stessa colata possono dare valori diversi a seconda della direzione e della posizione di prelievo; nei prodotti laminati, i provini paralleli e perpendicolari alla direzione di laminazione producono risultati diversi. Le norme di prodotto disciplinano quindi anche la posizione e l'orientamento del campionamento, e il rapporto deve documentarlo.
Gruppi di metodi in questo ambito
Prove meccaniche
Trazione, compressione, flessione, impatto su intaglio (Charpy), durezza (Brinell, Vickers, Rockwell), fatica, scorrimento viscoso e tenacità a frattura. Forniscono il comportamento del materiale sotto carico in forma numerica.
Esame non distruttivo
Radiografia, esame a ultrasuoni, liquidi penetranti, particelle magnetiche ed esame visivo. Cerca difetti superficiali e interni senza danneggiare il pezzo ed è un passaggio indispensabile nella fabbricazione saldata.
Metallografia
Preparazione del provino, attacco chimico ed esame microscopico. Si valutano dimensione del grano, distribuzione delle fasi, contenuto di inclusioni, profondità di cementazione e zona termicamente alterata della saldatura.
Analisi chimica
La composizione della lega è verificata mediante spettrometria a emissione ottica e chimica umida; la conferma della classe del materiale passa da questa fase.
Comportamento a corrosione
Prove in nebbia salina, di corrosione per vaiolatura e interstiziale, e di corrosione intergranulare. Negli acciai inossidabili possono indicare la qualità del trattamento termico.
Confusioni frequenti in questo ambito
- Un certificato materiale (come EN 10204 3.1) non è un rapporto di prova; è la dichiarazione del produttore. Nelle applicazioni critiche si esegue una verifica indipendente, e le due cose non vanno confuse.
- Le prove di trazione ASTM e ISO misurano le stesse grandezze ma usano geometrie di provino diverse; i risultati non sono considerati direttamente equivalenti, e si applica quanto richiesto dalla specifica.
- Le tabelle di conversione tra durezza e resistenza sono APPROSSIMATIVE. Calcolare il carico di snervamento dalla durezza non è una prova sufficiente per l'accettazione del materiale.
- Nell'esame non distruttivo, "nessun difetto rilevato" non significa che non ci siano difetti; possono essere presenti difetti al di sotto del limite di rilevazione del metodo. Il rapporto deve indicare il metodo applicato e il livello di sensibilità.
- Il superamento di un cordone di saldatura non dimostra che il saldatore o la procedura siano qualificati; sono processi distinti.
Quali decisioni supportano questi risultati
- Verifica del certificato materiale e accettazione del materiale in ingresso
- Approvazione della fabbricazione saldata; qualificazione del saldatore e della procedura
- Controllo di fabbricazione di apparecchi a pressione e componenti strutturali
- Analisi dei guasti e determinazione della causa radice dei danni sul campo
- Verifica dei processi di trattamento termico e superficiale
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Domande frequenti su Frattografia
È possibile pulire la superficie della frattura?
Con cura. La spazzolatura energica, la levigatura o la pulizia con acido distruggono le prove. Se è necessaria la pulizia, il metodo deve essere scelto da uno specialista nell'analisi dei guasti.
La sola frattografia è sufficiente?
Generalmente no. Il meccanismo viene letto in superficie, ma la causa principale richiede una valutazione congiunta della composizione del materiale, della durezza, della microstruttura e delle condizioni operative.