Come funziona il Pendolo di Charpy?
Come funziona, a cosa serve il Pendolo di Charpy? In questo articolo troverai risposta a queste, e alle altre principali domande
FUNZIONAMENTO DELLA PROVA DI CHARPY
Si tratta di un tipo di test molto semplice, ma che richiede ciò nonostante un macchinario di grande precisione, e opportunamente calibrato.
Dopo aver provveduto a realizzare gli intagli sul provino, questo viene inserito all’interno dei supporti presenti nel pendolo di Charpy. Il passaggio successivo consiste nel chiudere le apposite barriere di protezione, e avviare la prova.
Questo in quanto i pendoli di Charpy Easydur sono muniti di un meccanismo di sollevamento automatico del martello ponendolo nella posizione iniziale.
Al momento del rilascio, il martello si abbatte grazie alla forza di gravità e, conoscendo alcune costanti come il peso della mazza, è possibile calcolare il risultato in Joule, basandosi sul valore che viene misurato dall’encoder angolare, calcolando la differenza tra l’energia di partenza (l’altezza iniziale) e quella finale (l’altezza misurata dall’encoder, durante la risalita, a seguito della rottura del provino).
A COSA SERVE IL PENDOLO DI CHARPY?
Abbiamo capito come funziona il pendolo di Charpy, ora è essenziale capire quale sia il suo scopo in un laboratorio di prova. Si tratta di una macchina per prove di resilienza ad alta capacità di energia specifica per acciai e materiali compositi ad alta resistenza, che trova anche impiego nel mondo delle materie plastiche.
Il principale scopo della prova di Charpy, è individuare il valore di resilienza di un determinato materiale, ovvero la sua capacità di resistere ad urti dinamici. Il tutto, ovviamente, ha luogo mediante l’oscillazione della mazza calibrata.
Mediante il pendolo di Charpy, oltre al valore di resilienza, prendendo in esame il provino dopo la rottura, sono possibili ulteriori valutazioni come quella relativa l’espansione laterale.
I moderni pendoli di Charpy funzionano grazie ad uno specifico software di prova e montano spesso un PC Touch Screen, collegato al traduttore di posizione (encoder angolare) all’interno della cerniera, così da registrare l’angolo di risalita della mazza, permettendo la visualizzazione i risultati in modo pratico e affidabile.
Inoltre, il braccio motorizzato, caratteristiche imprescindibile per i fini di sicurezza e praticità d’uso, assieme al sistema di blocco automatico, garantisce il sollevamento e ripristino della mazza in posizione: la macchina è subito pronta la macchina per la prova successiva. Anche la procedura di taratura di calcolo degli attriti, secondo norma ASTM, viene effettuata così in modo automatico.
La prova di resilienza tramite pendolo di Charpy è solo un tipo di caratterizzazione dei materiali: altri tipi di test molto comuni sono le prove di trazione, anche fino a rottura, e le prove di durezza (Brinell, Rockwell, Vickers, secondo svariati standard).
Il pendolo di Charpy ha dunque lo scopo di determinare la resilienza, resistenza o tenacità di un dato materiale, a seguito di un impatto che avviene in maniera precisamente controllata (ovvero mediante l’impiego di una mazza, o martello, dal peso calibrato e dalla forma definita dalle normative internazionali come la UNI EN ISO 148-1).
Il risultato permette di conoscere il livello di deformazione che il materiale sopporta prima di arrivare alla rottura (si parla di deformazione plastica, oppure di deformazione permanente, termini legati al concetto di “resilienza” che, in meccanica, indica la capacità di un materiale di assorbire energia a seguito di un impatto). Oltre alla resilienza, la prova di Charpy permette di determinare la deformazione laterale del provino, e la geometria della frattura.
L’oggetto della prova tramite pendolo di Charpy è un provino intagliato (la forma di tale intaglio può essere a “U” oppure a “V”, e può essere realizzata in svariati modi, il più comune dei quali prevede l’utilizzo di un’apposita brocciatrice idraulica).
Il suddetto provino (generalmente di sezione quadra 10 x 10 mm, e lunghezza pari a 55 mm), viene dunque posizionato simmetricamente su due supporti, interni alla struttura del pendolo, che lo mantengono nella traiettoria della mazza calibrata. Al momento del rilascio, la mazza si abbatte sul provino.
COSA MISURA LA PROVA CHARPY?
La formula in gioco, per quanto riguarda la prova di resilienza con il pendolo di Charpy è semplice, e le grandezze sono, principalmente:
- K: espressa in Joule (J), rappresenta l’energia di impatto meccanica porta alla rottura del campione (la differenza di cui si parla sopra, tra l’energia del pendolo in stato di blocco, e l’energia che corrisponde alla mazza una volta lanciata, quando raggiunge l’altezza massima dopo la rottura del campione)
- m: massa del peso della mazza
- g: gravità terrestre (circa 9.81 m\s2)
- H: Posizione di partenza (altezza iniziale)
- h: Posizione d’arrivo (altezza finale)
il risultato è ottenuto tramite la seguente formula:
K = m * g * l * (cos β – cos α)
Alfa e beta sono rispettivamente l’angolo che intercorre tra la posizione di partenza e l’impatto con il provino, e l’angolo che intercorre tra l’impatto con il provino, e l’altezza massima finale.
QUANTO PESA LA MAZZA DEL PENDOLO DI CHARPY? COME ESEGUIRE GLI INTAGLI SUI PROVINI?
La mazza del pendolo di Charpy ha un peso variabile a seconda della “taglia” dello strumento impiegato. Il peso della mazza, come spiegato sopra, è una delle costanti che permettono di ottenere il valore K espresso in J, alla fine della prova di Charpy.
Tra le altre cose, la norma ASTM E23 tratta il tema dei provini e degli intagli, senza però definire con precisione quale vada usato e quando; piuttosto indica la forma ottimale in base alla velocità di prova, e alla forza e duttilità dei materiali provati con il pendolo di Charpy:
“NOTA 5 – il tipo di provino selezionato dipende largamente dalle caratteristiche del materiale da testare: spesso un certo provino non è ugualmente idoneo per materiali non ferrosi “morbidi” e per l’acciaio indurito. Per cui, varie forme di provino sono riconosciute come utilizzabili.
In generale, intagli più spigolosi e profondi sono impiegati per test su materiali molto duttili, o in caso di utilizzo di basse velocità di prova”.
La norma ISO 148-1 parla degli intagli, e ne descrive la designazione:
“NOTA 1: le lettere “V” o “U” sono utilizzate per indicare la geometria dell’intaglio, ovvero KV e KU.
Inoltre, alcuni numeri come 2 e 8 sono utilizzati per indicare il raggio del martello montato sul pendolo di Charpy, dunque per esempio indica un provino con intaglio a “V”, testato con un martello ISO raggio 2 mm (la frase tipo potrebbe essere “KV2, espresso in J, è l’energia assorbita da un provino con intaglio a “V” usando un martello ISO con raggio da 2 mm”).
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