Proprietà meccaniche. Prove meccaniche. prova di trazione prova di compressione prova di piegamento prova di durezza prova di fatica prova di creep

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1 Proprietà meccaniche Prove meccaniche prova di trazione prova di compressione prova di piegamento prova di durezza prova di fatica prova di creep

2 Prova di trazione provini di dimensione standard deformazione a velocità costante sforzo crescente.

3 Provini standard per prove di trazione (a) Provino standard a sezione circolare (b) Provino standard a sezione rettangolare

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5 Proprietà meccaniche curva sforzo-deformazione Metalli Ceramici Polimeri

6 (1) Metalli σ m Modulo di Young (E) Carico di snervamento (σ s ) E σ s 0.2 % ε f Resistenza a trazione (σ m o σ t ) (carico massimo o carico di rottura) allungamento % a rottura (ε f ) (duttilità ) Up = σdε Lavoro plastico

7 Mechanical Properties of Metals How do metals respond to external loads? Stress and Strain Tension Compression Shear Torsion Elastic deformation Plastic Deformation Yield Strength Tensile Strength Ductility Toughness Hardness

8 Take Home Messages Make sure you understand Language: (Elastic, plastic, stress, strain, modulus, tension, compression, shear, torsion, anelasticity, yield strength, tensile strength, fracture strength, ductility, resilience, toughness, hardness) Stress-strain relationships Elastic constants: Young s modulus, shear modulus, Poisson ratio Geometries: tension, compression, shear, torsion Elastic vs. plastic deformation Measures of deformation: yield strength, tensile strength, fracture strength, ductility, toughness, hardness

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16 Sistemi di Scorrimento

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18 Lo sforzo assiale σ produce uno sforzo critico di taglio τ r sul piano di scorrimento A 1 nella direzione di scorrimento e provocare il movimento delle dislocazioni τ r = F A cosλ = 0 cosφ F A 0 cosλ cosφ = σ cosλ cosφ

19 Curva σ/ε di rame monocristallino e policristallino

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22 Duttilità Allungamento % a rottura ε f =(l f -l 0 )/l 0 Riduzione % di sezione S=(A 0 -A f )/A 0

23 Effetto della Lavorazione a Freddo sulla Resistenza a Trazione Incrudimento 1018-Laminato a freddo 1018-Ricotto Curve σ/ε per l acciaio 1018

24 sforzo e deformazione reali Sforzo reale = σ r = F A i (sezione istantanea) Deformazione reale = ε r =

25 Sforzo e Deformazione Reali A A A A A F A F r = = = σ σ A 0 l 0 l A V = = ( ) 0 +1 = + = = ε σ σ σ σ l l l ( ) = + = = ε σ σ σ σ l l l l l r A A l l r 0 0 = ln = ln ε ( ) ln +1 = ε ε r (prima della strizione) (dopo la strizione)

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29 Curva sforzo-deformazione per un acciaio a basso tenore di carbonio

30 (2) Ceramici σ σ ε

31 Prova di piegamento Modulo di rottura σ mr = σ = mr 3F L 2bd F L F f πr f 2

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36 3) Polimeri (1) polimeri termoindurenti (2) polimeri termoplastici vetrosi (comportamento fragile) polimeri termoplastici semicristallini (comportamento duttile o plastico )

37 Gomme o elastomeri (elastico)

38 Proprietà meccaniche dei più comuni polimeri a temperatura ambiente

39 Polimeri Duttili σ s σ r E Fino ad (1) comportamento elastico, il punto di massimo corrisponde al carico di snervamento (σ s ), la resistenza a trazione o carico di rottura (σ r ) corrisponde alla sollecitazione per la quale avviene la rottura del provino.

40 curva sforzo-deformazionie per il nylon 6,6, tipico polimero plastico

41 modulo elastico ricavato dalla pendenza del tratto lineare è un modulo apparente!!!!!! Dipende dalla velocità di applicazione del carico e dalla temperatura propagazione della strizione a tutta la lunghezza del provino

42 Polimerico termoplastico sotto sforzo. Le catene molecolari sono distese e scorrono le une sulle altre in modo da allinearsi nella direzione dello sforzo. Se lo sforzo è troppo elevato, le catene molecolari si rompono, causando la rottura del materiale.

43 Deformazione di polimeri semicristallini

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45 (a) PE ad alta densità, (b) PE a bassa densità e (c) lineare a bassa densità.

46 Curve sforzo-deformazione nominali del polimetilmetacrilato PMMA (vetro organico) in funzione della temperatura ( C).

47 E vs. T per polistirene amorfo

48 Effetto della temperatura (T) sul modulo elastico (E) per un polimero termoplastico lineare amorfo (PS) vetrosa Transizione vetrosa gommosa flusso viscoso Tg Tm

49 Effetto della temperatura (T) sul modulo elastico (E) per un polimero termoplastico lineare amorfo, semicristallino e poco reticolato.

50 Deformazione elastica (a) Elasticità lineare (b) Elasticità non lineare (c) Anelasticità

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52 Sforzo-deformazione per un solido a comportamento elastico lineare. Le scale sono calibrate per un acciaio. Energia elastica per unità di volume: Uel=1/2Eε 2 =1/2(σ 2 /E)

53 Sforzo/deformazione nel caso di un solido a comportamento elastico non lineare. Le scale sono calibrate per una gomma. U el ε = σdε Energia elastica per unità di volume 0

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55 Deformazione degli elastomeri (o gomme) Esempio 1: poliisoprene isoprene poliisoprene

56 Curve stress.strain fino al 600% di deformazione per una gomma naturale vulcanizzata e non vulcanizzata

57 Sforzo/deformazione nel caso di un solido a comportamento anelastico. Gli assi sono calibrati per una fibra di vetro.