TENSIONE INTERNA E DEFORMAZIONE PROVA DI TRAZIONE E NOMATIVA DIAGRAMMA SFORZO-DEFORMAZIONE DEFORMAZIONI REALI, ELASTICITA, TENACITA

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1 PROVA DI TRAZIONE (UNI EN ISO ) 1 INDICE TENSIONE INTERNA E DEFORMAZIONE PROVA DI TRAZIONE E NOMATIVA DIAGRAMMA SFORZO-DEFORMAZIONE RISULTATI DELLA PROVA DEFORMAZIONI REALI, ELASTICITA, TENACITA TIPOLOGIE DI ROTTURA 2 1

2 PROPRIETA MECCANICHE SONO QUELLE RIGUARDANTI LA RESISTENZA ALLE SOLLECITAZIONI ESTERNE AGENTI SUL CORPO LA MISURA DI QUESTE PROPRIETÀ SI ESEGUE MEDIANTE PROVE DA CUI SI DETERMINANO VALORI NUMERICI 3 TIPOLOGIA SI SUDDIVIDONO, A SECONDA DELLA VARIAZIONE DEL CARICO NEL TEMPO, IN: 4 2

3 MA QUALE PROVA FACCIO? 5 MA QUALE PROVA FACCIO? 6 3

4 PROVE STATICHE 7 TENSIONE INTERNA 8 4

5 TENSIONE INTERNA NORMALE (INGEGNERISTICA): F = S σ t [N/mm 2 ] 9 CARICO UNITARIO E DATO DAL RAPPORTO TRA IL VALORE DELLA FORZA AGENTE ISTANTANEAMENTE SULLA PROVETTA ED IL VALORE DELLA SEZIONE INIZIALE: F R = [N/mm 2 ] S o 10 5

6 TANGENZIALE TENSIONE INTERNA F S τ = s [N/mm 2 ] 11 DEFORMAZIONE LONGITUDINALE (INGEGNERISTICA): 12 6

7 TANGENZIALE: DEFORMAZIONE 13 LEGAME TENSIONE-DEFORMAZIONE CONSIDERANDO LA TENSIONE E LA DEFORMAZIONE LONGITUDINALI IL LORO LEGAME E DATO DALLA RELAZIONE: σ = E ε PER QUEL CHE RIGUARDA LE GRANDEZZE TANGENZIALI LA RELAZIONE E : τ = G γ 14 7

8 LEGAME TRA MODULI ELASTICI 15 PROVA DI TRAZIONE È LA PIÙ IMPORTANTE TRA LE PROVE MECCANICHE DISTRUTTIVE (PREVEDONO LA ROTTURA DEL PEZZO) SI POSSONO RICAVARE UNA GRANDE QUANTITÀ DI INFORMAZIONI SUL MATERIALE ESAMINATO 16 8

9 PROVA DI TRAZIONE CONSISTE NEL SOTTOPORRE UNA PROVETTA DEL MATERIALE IN ESAME AD UNO SFORZO ASSIALE GRADUALMENTE CRESCENTE FINO A PROVOCARNE LA ROTTURA DURANTE LA PROVA IL MATERIALE SUBISCE UN ALLUNGAMENTO ED UNA DIMINUZIONE DEL SUO DIAMETRO (STRIZIONE) 17 PROVA DI TRAZIONE LA PROVA DI TRAZIONE SUI MATERIALI METALLICI (ACCIAI, GHISE ) SI ESEGUE SU PROVETTE DI FORMA E DIMENSIONI PRESTABILITE, RICAVATE DA UNA PORZIONE DEL PEZZO O DEL PRODOTTO CHE SI VUOLE COLLAUDARE 18 9

10 SELEZIONE DEL CAMPIONE CAMPIONE RAPPRESEN- TATIVO DEL MANUFATTO. IL PRELIEVO NON DEVE ALTERARE IL MATERIALE ORIGINARIO. PRELEVARE PIU CAM- PIONI DALLO STESSO PEZZO. 19 MACCHINA DI TRAZIONE 20 10

11 PARTI PRINCIPALI INGRESSO - Generatore di funzione - Tastiera - Ingresso di segnale esterno CONTROLLO - LD forza - PN posizione - ST - deformazione Cella di carico Provino Estensimetro Attuatore Servovalvola PERIFERICHE Trasduttore LVDT CENTRALINA IDRAULICA SCHEMA DELL'IMPIANTO IN CIRCUITO CHIUSO 21 PROVETTA DI TRAZIONE PER ACCIAIO 22 11

12 PARAMETRI GEOMETRICI LE NORME IMPONGONO DEI LIMITI DAL PUNTO DI VISTA DIMENSIONALE: d 0 = 10 mm (COMUNQUE > 4 mm) L 0 = K S 0 L C = (L 0 + d 0 /2) (L d 0 ) 23 PARAMETRI GEOMETRICI PER SEZIONI CIRCOLARI SI HA: 2 π d 0 L o = 5,65 S o = 5,65 = 4 2 π d 0 L o = 11,3 S o = 11,3 = 4 5 d o 10 d o (N.C.) (N.L.) PER SEZIONI RETTANGOLARI SI HA: L = 5,65 S = 5,65 o o a 0 b

13 PROVETTE PER L ACCIAIO Lc Lo Lc Lo d0 Provetta cilindrica normale Lc L0 d0 Provetta cilindrica con teste filettate Lc Lo b 0 d0 Provetta cilindrica con teste d'appoggio Provetta a sezione rettangolare con teste semplici a 0 25 PROVETTE PER LA GHISA R25 Φ23 M 26 30min 30 Φ20 min provetta A con teste filettate 65min 65 Φ20 min provetta A con teste liscie M 26 R Φ23 30min 30min 65min 65 Φ20 Φ 20 min provetta B con teste filettate provetta B con teste liscie 26 13

14 ESECUZIONE DELLA PROVA DURANTE LA PROVA VIENE TRACCIATO IL DIAGRAMMA CARATTERISTICO DELLA PROVA STESSA SU DI ESSO SONO RIPORTATI IN ASCISSE (ASSE X) LE DEFORMAZIONI PRODOTTE ED IN ORDINTATE (ASSE Y) I CARICHI CHE AGISCONO SULLA PROVETTA 27 VARIAZIONE DIMENSIONALE 28 14

15 DIAGRAMMA CARICHI-ALLUNGAMENTIALLUNGAMENTI 29 CAMPO ELASTICO E IL TRATTO INIZIALE DELLA CURVA SFORZO- DEFORMAZIONE LA DEFORMAZIONE PRODOTTA E DISTRIBUITA UNIFORMEMENTE SU TUTTA LA PROVETTA ED E COMPLETAMENTE REVERSIBILE 30 15

16 CAMPO ELASTICO NEL CASO DI DEFORMAZIONE ELASTICA LINEARE L ANDAMENTO DEL TRATTO ELASTICO E DESCRITTO DALLA LEGGE DI HOOKE: σ = E ε 31 CAMPO ELASTICO-PLASTICO AL CRESCERE DELLO SFORZO CRESCONO ANCHE LE DEFORMAZIONI NASCONO DEFORMAZIONI DI TIPO PERMANENTE SNERVAMENTO QUANDO IL CARICO VIENE ELIMINATO LA DEFORMAZIONE NON SI ANNULLA COMPLETAMENTE 32 16

17 CAMPO ELASTICO-PLASTICO 33 CAMPO ELASTICO-PLASTICO IL VALORE DELLO SNERVAMENTO SPESSO VIENE UTILIZZATO COME DATO DI PROGETTO AL FINE DI LIMITARE LA DEFORMAZIONE DEL MATERIALE QUANDO CIÒ NON È POSSIBILE SI SOSTITUISCE A TALE VALORE IL CARICO DI SCOSTAMENTO DALLA PROPORZIONALITÀ 34 17

18 CAMPO PLASTICO A PARTIRE DALLO SNERVAMENTO SI HANNO DELLE DEFORMAZIONI DI ENTITA MOLTO MAGGIORE RISPETTO A QUELLE ELASTICHE 35 CAMPO PLASTICO NEL PUNTO MASSIMO DEL GRAFICO HA INIZIO IL FENOMENO DELLA STRIZIONE TUTTA LA DEFORMAZIONE SI CONCENTRA IN UN BREVE TRATTO DELLA PROVETTA 36 18

19 CAMPO PLASTICO SI PASSA DA UNO STATO DI TENSIONE MONOASSIALE AD UNO TRIASSIALE IL DIAMETRO DELLA PROVETTA CALA IN CORRISPONDENZA DELLA SEZIONE DI MASSIMA CONTRAZIONE SEZIONE RESISTENTE CRITICA 37 GRANDEZZE CALCOLATE LA PROVA DI TRAZIONE HA COME OBIETTIVO QUELLO DI DETERMINARE UN INSIEME DI GRANDEZZE RELATIVE ALLA RESISTENZA, ALLA DEFORMABILITÀ ED ALL ELASTICITÀ DEI MATERIALI 38 19

20 SFORZO DI SNERVAMENTO SFORZO MASSIMO O DI ROTTURA ALLUNGAMENTO % STRIZIONE % MODULO DI YOUNG GRANDEZZE CALCOLATE MISURE DELLA RESISTENZA MECCANICA MISURA DI DUTTILITA MISURA DI RIGIDEZZA 39 GRANDEZZE NON CALCOLATE SFORZO AL LIMITE DI PROPORZIONALITA SFORZO AL LIMITE DI ELASTICITÀ CARICO UNITARIO ULTIMO COEFFICIENTE DI POISSON 40 20

21 SFORZO DI SNERVAMENTO SUPERIORE PRIMO MASSIMO OTTENUTO NEL CORSO DELLO SNERVAMENTO (PUÒ RISULTARE ANCHE MINORE DI ALTRI MASSIMI OSSERVABILI) INFERIORE VALORE PIÙ BASSO DEL CARICO DURANTE LA DEFORMAZIONE PLASTICA, SENZA TENER CONTO DEGLI EFFETTI TRANSITORI INIZIALI 41 SFORZO DI SNERVAMENTO 42 21

22 SFORZO DI SNERVAMENTO 43 SFORZO MASSIMO DI ROTTURA 44 22

23 ALLUNGAMENTO % A ROTTURA 45 ALLUNGAMENTO % A ROTTURA L'ALLUNGAMENTO PERCENTUALE DOPO ROTTURA È L'INDICE DI MAGGIOR EFFICACIA PER ESPRIMERE LA DEFORMABILITÀ DEL MATERIALE; ESSO DIPENDE DA: PROPRIETÀ INTRINSECHE DELLA MATERIA (COMPOSIZIONE CHIMICA, DIMENSIONI DEI CRISTALLI ECC ) 46 23

24 ALLUNGAMENTO % A ROTTURA DIMENSIONI DELLA PROVETTA: A PARITÀ DI DIAMETRO, LE PROVETTE CORTE SI ALLUNGANO PIU DI QUELLE LUNGHE (L ALLUNGAMENTO NELLA ZONA DI STRIZIONE E PIÙ INFLUENTE) POSIZIONE DI ROTTURA: SE LA ROTTURA NON E CENTRALE, L'ALLUNGAMENTO PERCENTUALE DIMINUISCE. 47 ALLUNGAMENTO % A ROTTURA 48 24

25 ALLUNGAMENTO % A ROTTURA LE NORME STABILISCONO CHE, PER PROVETTE CON n = 5, LA PROVA NON È VALIDA SE LA ROTTURA DISTA MENO DI 1/3 L 0 DA UNO DEGLI ESTREMI SE LA ROTTURA AVVIENE DENTRO L 0 MA FUORI DAI LIMITI SOPRA SPECIFICATI È POSSIBILE ESEGUIRE UNA CORREZIONE 49 CORREZIONE ALLUNGAMENTO SI DIVIDE IL TRATTO L 0 IN N 10 PARTI UGUALI SIA n IL NUMERO MASSIMO DI TRATTI CHE CONTENGONO LA SEZIONE ROTTA (TRATTO AB). LA DIFFERENZA N n PUÒ ESSERE PARI O DISPARI 50 25

26 (N n) PARI SI MISURA IL SEGMENTO BC E SI CALCOLA A% CON LA FORMULA: A% = 100 AB + 2BC L o - L o 51 (N n) PARI 52 26

27 (N n) DISPARI SI MISURANO LE DISTANZE BC E BC E SI CALCOLA A% CON LA FORMULA: A% = 100 AB + BC'+BC"-L L o o 53 (N n) DISPARI 54 27

28 COEFFICIENTE % DI STRIZIONE È DEFINITO DALLA VARIAZIONE % DELLA SEZIONE DI ROTTURA S u RISPETTO ALLA SEZIONE INIZIALE S 0 : S o - S Z = 100 S NEL CASO DI PROVETTE CILINDRICHE SI HA: 2 d 0 - d Z = 100 d o 2 0 u 2 u 55 MODULO DI YOUNG DALLA LEGGE DI HOOKE IL MODULO ELASTICO PUÒ ESSERE DETERMINATO DA: σ E = ε NEL CASO DI LEGHE CON RETICOLO C.F.C. LA CURVA DI TRAZIONE SI DISCOSTA DALLA RETTILINEITÀ ANCHE PER PICCOLISSIME TENSIONI, QUINDI SI HA: E = lim ε 0 σ ε = tg β 56 28

29 MODULO DI YOUNG RICORDANDO ANCHE: ε = L L o F σ = S F S o = R (carico unitario) E = SI HA: F S o L o L 57 MODULO DI YOUNG 58 29

30 ESEMPI COMPARATIVI 59 VALORI COMPARATIVI 60 30

31 GRAFICO REALE E FITTIZIO 61 OSSERVAZIONE DURANTE LA DEFORMAZIONE AVVENGONO DUE FENOMENI OPPOSTI: 1. INCRUDIMENTO DEL MATERIALE RAFFORZAMENTO 2. RIDUZIONE DELLA SEZIONE RESISTENTE INDEBOLIMENTO 62 31

32 VARIAZIONE DIMENSIONALE 63 OSSERVAZIONE NEL CAMPO ELASTO-PLASTICO PREVALE L EFFETTO DI RAFFORZAMENTO PER INCRUDIMENTO MENTRE NEL TRATTO PLASTICO PREVALE L EFFETTO DI INDEBOLIMENTO PER RIDUZIONE DELLA SEZIONE RESISTENTE INSTABILITÀ ALLA TENSIONE 64 32

33 ESEMPI COMPARATIVI 65 GRAFICO CON VARIAZIONE DI C 66 33

34 GRAFICO CON VARIAZIONE DI T 67 CONFRONTO TENACE-DUTTILE 68 34

35 CONFRONTO TENACE-DUTTILE 69 TRAZIONE SU POLIMERI 70 35

36 CONSIDERAZIONI PER IL PROGETTISTA R m HA UN VALORE IMPOR- TANTE, MA LO SNERVAMENTO LO È ANCORA DI PIÙ IN ESERCIZIO NON SI DEVE AVERE NESSUN TIPO DI DEFORMZIONE PERMANENTE PER IL TECNOLOGO A% E Z% RAPPRESENTANO DEGLI INDICI DI DEFORMABILITÀ PLASTICA DEL MATERIALE 71 BIBLIOGRAFIA SCIENZA E INGEGNERIA DEI MATERIALI. UNA INTRODUZIONE ; W.D.CALLISTER Jr ED EDISES METALLURGIA VOL.3; G.M. PAOLUCCI ED LIBRERIA PROGETTO, PADOVA I CRITERI DI SCELTA E DI TRATTAMENTO DEGLI ACCIAI DA COSTRUZIONE E DA UTENSILI ; VOL.1 CIBALDI CESARE AQM NORME UNI 72 36

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