Test di Resistenza

Carico Istantaneo Massimo

Il cedimento di un componente, o di un gruppo di componenti, può avvenire sia per snervamento che per frattura, oppure per entrambi. Nel caso di test su prototipi le proprietà di trazione della lega ZL12 colata in gravità sono comprese tra quelle dei pressocolati in ZP3 e ZP5, a parte l’allungamento percentuale che di solito è inferiore. Se il getto è deformato plasticamente, nel sottoporre i prototipi in ZL12 al test di frattura, si ha che la combinazione tra il design e la condizione di carico che porta ad una significante ridistribuzione dello sforzo può dare risultati fuorvianti. Le prove condotte con piccole deformazioni plastiche dovrebbero dare un risultato più indicativo. Nel caso in cui questo non sia possibile, allora un prototipo realizzato in ZL27 dovrebbe dare un risultato più rappresentativo.

Poiché le proprietà di resistenza delle leghe di zinco sono sensibili alla temperatura, le prove dovrebbero essere condotte alla massima temperatura cui è sottoposto il pressocolato durante l’utilizzo. Nel caso di temperature più elevate, indicativamente di circa 60°C, si dovrebbe fare attenzione ad eseguire la prova rapidamente, nell’ordine di qualche secondo soltanto per raggiungere lo snervamento. Questo consente di simulare le situazioni di carico istantaneo; un carico inferiore provocherebbe una maggiore sensibilità al tasso di deformazione delle leghe, con la conseguente influenza sul risultato.

Test di Fatica

Si raccomanda l’utilizzo di prototipi pressocolati, se è richiesto un test di carico ciclico, sebbene un test preliminare con una lega ZP8 colata in gravità dovrebbe dare un risultato ragionevolmente indicativo. Ancora una volta, il test dovrebbe essere condotto alla temperatura di servizio attesa più elevata.

Resistenza allo Scorrimento Viscoso a Lungo Termine

I pressocolati di zinco possono essere soggetti al test di scorrimento viscoso accelerato, il quale dà una buona correlazione con il comportamento in servizio. Le prove sono condotte sia con un carico maggiore rispetto a quello di servizio che ad una temperatura superiore rispetto a quella operativa, oppure può essere adottata una doppia combinazione. In ogni caso si devono rispettare due condizioni: lo sforzo indotto nel getto dal carico di test non deve eccedere i 50MPa e la temperatura di test deve essere inferiore a 150°C.

Con i getti dalla forma complessa può essere difficoltoso valutare i livelli di sforzo generati da un dato carico. In questi casi il massimo carico di prova dovrebbe essere associato con quello che provoca lo snervamento del getto a temperatura ambiente quando è caricato allo stesso modo. Ad esempio, se accade che un pressocolato in ZP3 si snerva ad un carico di 1000N, allora il massimo carico del test di scorrimento viscoso dovrebbe essere pari a 1000N moltiplicati per 50MPa e divisi per lo sforzo di snervamento della lega ZP3 (220MPa), ad esempio 181.8N (è opportuno lasciare qualche margine di sicurezza).

Se si considera necessario sottoporre un prototipo al test di scorrimento viscoso, allora è meglio impiegarne uno costituito dalla stessa lega scelta per il pressocolato. Tutte le altre proprietà meccaniche del prototipo saranno inferiori rispetto a quelle dei pressocolati, mentre quelle dello scorrimento saranno in una certa misura superiori. Ad ogni modo, nessun’altra lega sembra simulare il getto pressocolato in modo migliore. Una volta che un pressocolato è stato prodotto, allora può essere sottoposto a diverse prove per confermarne l’accettabilità.

Nelle equazioni sottostanti è illustrato il legame tra le condizioni di test e di servizio per ciò che riguarda i tempi, le temperature ed i carichi. Si deve considerare che un test più prolungato equivale ad un risultato più accurato, e che la durata prevista per i test preliminari dovrebbe essere di circa 24 ore, mentre quella dei test finali di almeno diverse settimane.

L’equazione di scorrimento viscoso per le leghe 3 ed 8 è la seguente:

ln σ = C’ + Q/RT – ln t
                    n

dove:

σ = sforzo MPa (massimo 50MPa)

t = tempo in secondi

T = temperatura in °K (massimo 423°K, 150°C)

n = esponente di sforzo = 3.5

Q = energia d’attivazione dello scorrimento viscoso kJ/mol

(106 per le leghe ZP3 and ZP8)

R = costante dei gas = 8.3143 x 10^-3 kJ/mol

C’= costante per una certa lega ad una deformazione data

L’equazione di cui sopra può essere utilizzata per identificare le condizioni di test accelerate, utili nel valutare le condizioni più moderate dello scorrimento viscoso a lungo termine. Questo è possibile grazie al fatto che, se è utilizzata la stessa lega, C’ è fissato sia per il test che per la vita in servizio, e che il grado di deformazione è il medesimo.

Si stabiliscono quindi:

t₁ = tempo di servizio in secondi

t₂= durata del test accelerato in secondi

T₁ = temperatura di servizio in °K

T₂ = temperatura di test °K

σ₁ = MPa

σ₂ = sforzo di test MPa

Infine, a condizione che la temperatura di test non superi 150°C e che lo sforzo non ecceda 50MPa, è possibile applicare le seguenti equazioni:

ln t₁ = n x ln(σ₂/σ₁)+ ln t₂ + Q/RT₁ – Q/RT₂

ln t₂ = n x ln(σ₁/σ₂)+ ln t₁ + Q/RT₂ – Q/RT₁

T₂=                            1                                
(1/T₁) – (R (n x ln(σ₁/σ₂) + ln (t₁/t₂))/Q)

T₁=                             1                               
(1/T₂) – (R (n x ln(σ₂/σ₁) + ln (t₂/t₁))/Q)

ln σ₁ =[ (n x lnσ₂)+ ln (t₂/t₁) + Q/RT₁ – Q/RT₂ ] / n

ln σ₂ = [(n x ln σ₁)+ ln (t₁/t₂)+ Q/RT₂ – Q/RT₁] / n