Sviluppo di un sistema di afferraggi per test meccanici a temperature superiori ai 500°C

The field of high-temperature material characterization is currently experiencing steady growth, driven by increasing demands for performance and reliability in strategic sectors such as aerospace, automotive, energy, and advanced manufacturing. The continuous evolution of materials and manufacturing processes makes it necessary to develop technical solutions capable of ensuring reproducible and accurate mechanical testing under very severe operating conditions. In this context, the design of suitable gripping systems plays a key role in the correct definition of material behavior at elevated temperatures. This thesis focuses on the design of gripping systems intended for the execution of mechanical tests in air at temperatures reaching up to 600 °C. The development was carried out in collaboration with Step-Lab, a company specialized in the design and production of machinery for mechanical testing, with the aim of ensuring reliability and compatibility with the thermal conditions imposed during the tests. The initial phase of the work involved a literature review on the state of the art of high-temperature mechanical testing, followed by the definition of the gripping system geometry and its subsequent validation through structural and thermal FEM analyses. Once defined and assembled, the systems were used to perform a series of experimental tests on Inconel 718 specimens. This material, already widely employed in the aerospace sector, is also the subject of significant development in projects related to clean energy production carried out at the laboratories of the local INFN facility. Manufactured using additive manufacturing processes and subsequently subjected to heat treatments aimed at enhancing their mechanical properties, the specimens were tested in order to obtain a more comprehensive characterization of their properties.

Il settore della caratterizzazione dei materiali a temperature elevate risulta oggi in costante crescita, spinto dalle sempre maggiori esigenze di prestazioni ed affidabilità in ambiti strategici quali aerospace, automotive, energetico e di manifattura avanzata. L’evoluzione di materiali e processi produttivi rende necessario lo sviluppo di soluzioni tecniche in grado di garantire prove meccaniche riproducibili ed accurate in condizioni operative molto gravose. In questo contesto, la progettazione di sistemi di afferraggio adeguati assume un ruolo chiave per la corretta definizione del comportamento dei materiali a temperature elevate. Il presente lavoro di tesi si concentra sulla progettazione di afferraggi finalizzati all’esecuzione di prove meccaniche in atmosfera a temperature che raggiungono i 600°C. Lo sviluppo è stato condotto in collaborazione con Step-Lab, azienda specializzata nella progettazione e produzione di macchinari per l’esecuzione di prove meccaniche, con l’obiettivo di assicurare affidabilità e compatibilità con le condizioni termiche imposte durante i test. La fase iniziale della progettazione ha riguardato un’analisi in letteratura relativa allo stato dell’arte per le prove meccaniche a temperature elevate, seguita dalla definizione della geometria degli afferraggi ed infine la loro validazione tramite analisi FEM strutturali e termiche. Una volta definiti ed assemblati, i sistemi sono stati impiegati per condurre una serie di prove sperimentali su provini di Inconel 718. Materiale già largamente impiegato in settore aerospaziale, segue un enorme sviluppo in progetti correlati alla produzione di energia pulita condotti presso i laboratori della sede locale dell’INFN. Realizzati tramite procedure di manifattura additiva e sottoposti successivamente a trattamenti termici finalizzati ad incrementarne le proprietà meccaniche, vengono sottoposti a prove meccaniche al fine di ottenere una caratterizzazione più completa delle proprietà.