Issue 2

E. Lucon, Frattura ed Integrità Strutturale, 2 (2007) 2-9; DOI: 10.3211/IGF-ESIS.02.01b 2 1 INTRODUZIONE In determinate circostanze, il tempo può diventare una variabile importante nelle problematiche relative allo stu- dio della meccanica della frattura. In condizioni di ve- locità di deformazione 1 elevata, due fenomeni possono influenzare e complicare la valutazione della tenacità a frattura dinamica per un materiale metallico: 1 In questo lavoro, il termine "velocità di deformazione" è usato come sinonimo di "velocità di carico" o "velocità di caricamento" (traduzione letterale dell'in- glese " loading rate" ). Misure di tenacità a frattura su acciai utilizzando velocità di deformazione elevate Enrico Lucon Institute of Nuclear Material Science, Centro di Studi Nucleari del Belgio, SCK•CEN, Boeretang 200, B-2400 Mol (Belgio), e-mail: elucon@sckcen.be RIASSUNTO. La conoscenza delle proprietà meccaniche di tipo dinamico per i materiali metallici è utile ogniqualvolta la sensibilità alla velocità di deformazione è di rilevanza per un acciaio, e qualora le condi- zioni reali di carico per una struttura (in caso di normale esercizio o di situazioni d'emergenza) siano diverse dal caso statico. Inoltre, in alcuni studi l'aumento della velocità di deformazione serve a simulare gli effetti di altri meccanismi di fragilizzazione quali l'invecchiamento termico ( thermal ageing ) o l'irraggiamento. La presente memoria fornisce una panoramica dell'esperienza maturata al Centro Nucleare Belga (SCK•CEN) nel campo delle misure di tenacità a frattura su acciai in condizioni di velocità di deformazione elevata, con particolare riguardo alle prove di resilienza strumentata su provini Charpy precriccati (PCVN). Dopo una breve dissertazione sui meccanismi fondamentali che aiutano a comprendere gli effetti della velo- cità di deformazione sulla tenacità degli acciai in regime fragile e duttile, vengono presentate le procedure sperimentali ed analitiche per misurare la tenacità a frattura con velocità di deformazione elevata, prendendo in considerazione da un lato le principali normative internazionali (ASTM e ISO) e dall'altro il lavoro di normazione attualmente in corso sotto il coordinamento di SCK•CEN: la revisione della norma ASTM E1921 (metodo della Master Curve per la misura della tenacità in regime di transizione duttile/fragile) e lo sviluppo di una nuova norma ISO sulle prove di tenacità dinamica con provini PCVN. Quest'ultimo docu- mento è presentato in maggior dettaglio, concentrando l'attenzione sulla determinazione della tenacità dina- mica in campo fragile con il metodo dell' Impact Response Curve e in campo duttile (curve di resistenza J-R) mediante l'uso di metodi mono- e multi-campione. In conclusione, vengono presentati alcuni esempi tratti dalla banca dati sviluppata da SCK•CEN per le misu- re di tenacità dinamica, prevalentemente su acciai da vessel di uso nucleare ( RPV steels ). ABSTRACT . The knowlegde of dynamic mechanical properties is useful in all cases where the strain rate sensitivity of metallic materials is an issue, and whenever the actual loading conditions for a structure (ei- ther in normal operation or under accidental circumstances) are different from static. Furthermore, in some investigations increasing the loading rate is used to simulate other embrittling mechanisms such as thermal aging or neutron exposure. This paper provides an overview of SCK•CEN experience on measuring fracture toughness of steels at ele- vated loading rates, with specific emphasis on instrumented impact tests on precracked Charpy (PCVN) specimens. After briefly dwelling on the basic mechanisms which explain loading rate effects on cleavage and ductile fracture toughness, the experimental and analytical procedures for measuring fracture toughness at elevated loading rates are addressed, both in terms of official ASTM and ISO test standards and considering stan- dardization efforts currently in progress under SCK•CEN coordination: revision of ASTM E1921 ( Master Curve methodology for measuring fracture toughness in the ductile-to-brittle transition region) and a future ISO standard on instrumented PCVN testing. This latter document is examined in more detail, focussing the attention on the dynamic evaluation of brittle fracture toughness (Impact Response Curve) and the determi- nation of crack resistance curves using multiple and single-specimen techniques. Finally, selected examples from SCK•CEN database of dynamic toughness measurements will be illustrated, mainly relevant to reactor pressure vessel (RPV) steels.