Informazioni sulle prove
La prova creep acciaio è una prova di scorrimento viscoso a temperatura elevata che misura la deformazione lenta e progressiva di un materiale metallico sottoposto a un carico costante nel tempo, e il suo collaudo è indispensabile per tutti i componenti in acciaio destinati a operare in condizioni di alta temperatura e pressione prolungata. I settori che richiedono sistematicamente questo tipo di caratterizzazione comprendono la generazione di energia termoelettrica e nucleare, la petrolchimica, i reforming e i crackers, le caldaie a recupero, le turbine a gas e a vapore, le centrali geotermiche, l'industria dei forni industriali e la produzione di componenti saldati per reattori, scambiatori di calore e tubazioni di vapore. La prova creep acciaio viene inoltre impiegata nella qualificazione di nuovi acciai martensitici e austenitici, nella valutazione della vita residua di componenti già in esercizio e nella verifica della stabilità dimensionale di bulloneria, flange e tubi laminati.
Lo scopo della prova è determinare il comportamento viscoso del materiale in tre fasi caratteristiche: creep primario, in cui la velocità di deformazione diminuisce progressivamente; creep secondario o stazionario, in cui la velocità di deformazione si mantiene approssimativamente costante al valore minimo; e creep terziario, in cui la deformazione accelera fino alla rottura per cavitazione, crescita dei grani e danneggiamento dei bordi grano. Le tecniche coinvolte includono prove a carico costante e a deformazione costante, prove a temperatura controllata con forni a convezione o a radiazione, misura continua della deformazione tramite estensimetri differenziali ad alta temperatura, e prove di stress rupture in cui si registra il tempo a rottura a sollecitazione fissata. I risultati consentono di ricavare i parametri di Monkman-Grant, l'esponente di Norton della legge potenza del creep, il parametro di Larson-Miller per l'estrapolazione a lunga durata e la tensione di snervamento termico a lunga scadenza.
Il processo tipico di prova prevede la fabbricazione di provini cilindrici con filettature o spalle, il calcolo del carico corrispondente alla tensione nominale di esercizio moltiplicata per il fattore di sicurezza, il montaggio della catena di carico, il posizionamento del provino nel forno con tre termocoppie di classe 1 sulla lunghezza calibrata, la stabilizzazione termica per almeno un'ora e l'applicazione del carico in modo graduale. I parametri principali monitorati sono la temperatura di prova (tipicamente tra 450 e 750 gradi Celsius per gli acciai ferritici e fino a 950 per gli acciai austenitici refrattari), il carico applicato in newton, la deformazione longitudinale registrata in micrometri, il tempo di prova espresso in ore fino a 10.000 ore o più per le prove estese, il tempo a rottura, l'allungamento a rottura e la riduzione di area. Le prove interrotte permettono inoltre analisi metallografiche dell'evoluzione microstrutturale, della crescita delle particelle di precipitato e del danneggiamento da cavità secondo le classi di Neubauer.
prova creep acciaio Elementi di prova
- Macchine di prova a carico elettromeccanico con celle di carico di classe 0,5, per programmi di carico variabile e prove di creep-fatica combinata.
- Forni a tre zone con resistenze a filo metallico e controllo PID, in grado di mantenere la temperatura entro più o meno 3 gradi Celsius sulla lunghezza calibrata.
- Termocoppie di tipo N e K di classe 1 fissate al provino, con acquisizione continua della temperatura su canali multiplex.
- Estensimetri differenzali aste e diaframma per misura della deformazione a caldo con risoluzione in micrometri sul provino cilindrico.
- Estensimetri a laser e a capacità per la misura senza contatto della deformazione su provini piccoli e provini tubolari.
- Sistemi di acquisizione dati multicanale con registrazione periodica di carico, deformazione e temperatura per tutta la durata della prova.
- Sistemi di refrigerazione delle aste di trazione e schermature termiche, per preservare la catena di carico e la strumentazione.
- Camere ambientali per prove in atmosfera controllata o aria secca, per limitare l'ossidazione del provino a temperature oltre 700 gradi Celsius.
- Macchina universale per prove di trazione con forno a 1000 gradi Celsius, per la misura della trazione breve durata a temperatura elevata.
- Durometri Rockwell, Brinell e Vickers per la misura della durezza prima e dopo la prova e la caratterizzazione dei profili di durezza nel giunto saldato.
- Durometro Vickers a caldo fino a 900 gradi Celsius, per la valutazione del softening microstrutturale a temperatura di esercizio.
- Microscopio ottico a inversione con analisi di immagine, per l'esame della microstruttura, delle cavità intergranulari e della dimensione di grano.
- Microscopio elettronico a scansione con EDS, per l'analisi frattografica e l'identificazione dei precipitati responsabili del rafforzamento.
- Diffrattometro a raggi X per l'identificazione delle fasi precipitate, come M23C6, MX, fase Z e fase Laves negli acciai long-lived.
- Programmi di calcolo per l'analisi dei parametri tempo-temperatura, con regressione Larson-Miller, Manson-Haferd e Orr-Sherby-Dorn.
- Attrezzatura di fabbricazione provini con tornio CNC e rettifica, per la produzione di provini cilindrici filettati, provini piatti e provini tubolari.
- Sistemi di interruzione controllata della prova con raffreddamento sotto carico, per l'analisi microstrutturale a deformazione intermedia.
Riepilogo
La prova creep acciaio di ZHONGXI Testing copre la caratterizzazione dello scorrimento viscoso a temperatura elevata di acciai al carbonio, acciai bassolegati Cr-Mo e Cr-Mo-V, acciai martensitici 9-12% cromo, acciai inossidabili austenitici e leghe a base nichel, con misure di tempo a rottura, velocità di creep, deformazione a scadenza, rilassamento e analisi microstrutturale del danneggiamento. Il servizio comprende prove a carico costante, stress rupture, prove interrotte e prove di interazione creep-fatica su provini cilindrici, piatti, tubolari e campioni prelevati da componenti in esercizio. I tempi di esecuzione delle prove di durata contenuta vanno da 7 a 15 giorni lavorativi, mentre i programmi estesi a migliaia di ore e i preventivi vengono definiti dagli ingegneri in base al numero di prove, alla matrice di temperature e carichi e al tipo di campione fornito.