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1 Proprietà meccaniche Necessità di conoscere il comportamento meccanico di un certo componente di una certa forma in una certa applicazione prove di laboratorio analisi del comportamento del componente provini di forma semplice e standardizzata oggetto reale prove --- durezza --- trazione -- resilienza statiche dinamica Materiali 22

2 Prova di durezza capacità di un materiale di resistere all indentazione F Il valore di durezza ottenuto è convenzionale secondo varie scale, che utilizzano vari penetratori Brinell (HB) penetratore sferico diametro sfera D diametro impronta d Vickers (HV) penetratore piramidale (angolo al vertice 136 ) diagonale impronta d Rockwell (HR) penetratore sferico o conico (angolo 120 ) profondità impronta a HRC = f(a) (scala convenzionale) Materiali 23

3 Materiali 24

4 geometria dell impronta in una prova di durezza Brinell: (a)metallo ricotto (b)metallo incrudito (c)deformazione di un acciaio dolce prodotta dall azione di un indentatore sferico. Osservazione: la profondità della zona deformata in modo permanente è circa un ordine di grandezza maggiore della profondità di indentazione. Materiali 25

5 Scala di conversione delle varie durezze Materiali 26

6 Prova di trazione Capacità di un materiale di resistere a forze (sollecitazioni) esterne Sforzo ( F / A ) Macchina di prova Deformazione ( l / l o ) Modulo elastico Limite elastico Limite di rottura Allungamento a rottura Energia di rottura Materiali 27

7 Diagramma semplificato Tensione nominale Deformazione convenzionale Modulo di Young (in campo elastico) σ e = E = P A σ e 0 l l = l 0 0 (a) forma iniziale e finale di un provino per prove di trazione mono-assiale standard (b) esempio di una sequenza di prova di trazione che mostra differenti istanti di deformazione del provino Materiali 28

8 Fasi di carico e scarico di un provino di trazione Se si annulla il carico dopo che il livello di tensione ha superato la tensione di snervamento (Y), la curva tensione-deformazione segue una linea retta avente la stessa pendenza del tratto elastico della curva. L inclinazione della curva è data dal modulo di Young del materiale (E) Materiali 29

9 Modulo elastico Carico di snervamento Carico massimo Allungamento a rottura Materiali 30

10 Duttilità dei materiali La massima deformazione che il materiale può sopportare prima della frattura Allungamento = Riduzione di area = l f 000 0f l l A A A 100 Materiali 31

11 Ogni materiale ha la sua curva caratteristica Sforzo NOMINALE / Deformazione CONVENZIONALE Materiali 32

12 Tensioni e Deformazioni REALI σ = P A dove A rappresenta l area della sezione reale del provino ε = l ln( l 0 ) relazione ottenuta integrando gli incrementi infinitesimi di deformazione tra la lunghezza iniziale l 0 e quella attuale d ε = dl l σ P A P A A l l = = ed essendo e =, =, = σn 0 A l0 A l0 A0 A l P σ = σ n (1 + e) Materiali 33

13 Curve tensione REALE / deformazione REALE Materiali 34

14 VANTAGGI nell impiego delle deformazioni reali vale il Principio di sovrapposizione degli effetti La deformazione totale sarà pari alla somma dei valori di deformazione impressi in ciascuno degli stadi di carico forniscono una rappresentazione adeguata dal punto di vista fisico 1 2 l 0 sollecitazione di trazione sollecitazione di compressione per 2l 0 per 0 Deformazioni convenzionali e = l l 0 = ( l l l0 0 ) 1 +l 0 1 Deformazioni l ε = ln( ) reali -l 0 l ln2 - Materiali 35

15 MODELLI REOLOGICI modelli che descrivono l origine, la natura e le caratteristiche di deformazione dei corpi sotto l azione di forze esterne Modello ELASTICO - LINEARE σ = Eε E = Modulo di Young Modello PLASTICO Lavorazioni a Freddo n σ = Kε K = costante caratteristica del materiale noto come coefficiente di resistenza n = Indice di Incrudimento (permette di rappresentare la resistenza che il materiale offre nel subire ulteriori deformazioni permanenti dopo lo snervamento) Lavorazioni a Caldo m σ = Cε& C = costante caratteristica del materiale m = sensibilità alla velocità di deformazione. E un coefficiente che dipende dalla temperatura e dalla deformazione plastica subita Materiali 36

16 Effetto della Temperatura sul diagramma tensione-deformazione sulle proprietà meccaniche di un acciaio al carbonio Materiali 37

17 Effetto della Velocità di deformazione Aluminum All aumentare della temperatura la pendenza della curva aumenta La resistenza a trazione diventa più sensibile alla velocità di deformazione a temperature elevate Materiali 38

18 Correlazione durezza Carico di snervamento / rottura Prove sperimentali effettuate su diversi materiali hanno dimostrato che il rapporto fra la σ s e la HV è praticamente costante in un ampio intervallo HB HV 0,3 σ s ottone, ghisa, acciaio titanio Una prova di durezza può essere considerata equivalente ad una prova di compressione eseguita su una piccola porzione di materiale Materiali 39

19 Prova di resilienza Capacità del materiale di resistere ad urti Comportamento del materiale in condizioni dinamiche, urto, fragilità Pendolo di Charpy mazza battente K xx = mgh mgh xx = varie modalità di prova K provino T transizione fragile / tenace T Materiali 40

20 Comportamento meccanico in funzione di -- struttura -- composizione chimica -- trattamenti termici esempio: acciaio con diversi contenuti di carbonio Materiali 41

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