Proprietà meccaniche e proprietà tecnologiche

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Rita Gentili
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trazione Resistenza a compressione Durezza

1 Proprietà meccaniche e proprietà tecnologiche Materiale per usi strutturali Proprietà tecnologiche Malleabilità Duttilità Saldabilità Temprabilità Proprietà meccaniche Resistenza a trazione Resistenza a compressione Durezza Resilienza Resistenza a fatica Resistenza al creep Prove Tecnologiche Prove meccaniche

Proprietà Tecnologiche Estrudibilità L'estrudibilità è l'attitudine di un materiale di assumere una specifica forma,

Sono ben estrudibili le leghe leggere e gli acciai dolci Un esempio di materiale estrudibile è l acciaio.

Imbutibilità L'imbutibilità è l'attitudine di un materiale a lasciarsi trasformare in prodotti cavi, quest'operazione

Esempi di materiali imbutibili sono: alluminio, rame, ottone a caldo, acciaio, acciaio inox Esempi di materiali non

Malleabilità La malleabilità è l'attitudine di un materiale a lasciarsi trasformare in lamine più sottili.

2 Proprietà Tecnologiche Estrudibilità L'estrudibilità è l'attitudine di un materiale di assumere una specifica forma, quando viene spinta attraverso un foro sagomato. Sono ben estrudibili le leghe leggere e gli acciai dolci Un esempio di materiale estrudibile è l acciaio. Un esempio di materiale non estrudibile è la ghisa. Imbutibilità L'imbutibilità è l'attitudine di un materiale a lasciarsi trasformare in prodotti cavi, quest'operazione si svolge prevalentemente a freddo. Esempi di materiali imbutibili sono: alluminio, rame, ottone a caldo, acciaio, acciaio inox Esempi di materiali non imbutibili sono: ghisa, piombo, ottone a freddo. Malleabilità La malleabilità è l'attitudine di un materiale a lasciarsi trasformare in lamine più sottili. Esempi di materiali malleabili sono: acciaio, oro, ottone, argento, stagno. Esempi di materiali non malleabili sono: ghisa, piombo. Piegabilità La piegabilità è l'attitudine di un materiale a lasciarsi piegare senza difficoltà, quindi durante la plastica di piegatura il materiale non deve rompersi o rovinarsi. Esempi di materiali piegabili sono: acciaio, leghe (leggere), piombo. Esempi di materiali non piegabili sono: ghisa, bronzo

Proprietà Tecnologiche Saldabilità La saldabilità è l'attitudine che ha un materiale a lasciarsi unire alle

Esempi di materiali non saldabili: ghisa, bronzo.

qualsiasi forma una volta allo stato liquido. Esempi di materiali colabili: ghisa, ottone, bronzo.

Temprabilità La temprabilità è la capacità che hanno i metalli e le leghe metalliche di cambiare la propria

3 Proprietà Tecnologiche Saldabilità La saldabilità è l'attitudine che ha un materiale a lasciarsi unire alle sue parti o a un altro materiale tramite fusione. Esempi di materiali saldabili: acciaio, leghe. Esempi di materiali non saldabili: ghisa, bronzo. Colabilità La colabilità è l'attitudine di un materiale a riempire completamente un contenitore di qualsiasi forma una volta allo stato liquido. Esempi di materiali colabili: ghisa, ottone, bronzo. Esempi di materiali non colabili: acciaio. Temprabilità La temprabilità è la capacità che hanno i metalli e le leghe metalliche di cambiare la propria struttura in seguito ad un trattamento di tempra. Grazie alla tempra un materiale può indurirsi o addolcirsi. Esempi di materiali temprabili: acciaio, leghe leggere, ghisa, ottone, bronzo, oro. Esempi di materiali non temprabili: ghisa grigia, acciaio inox.

4 Solidi Forma e volume propri. Reticolo cristallino. I materiali amorfi (vetri, polimeri), in questo senso, non sono solidi.

Sappiamo che a ogni elemento chimico corrisponde un atomo con una struttura interna diversa. Gli atomi sono i mattoni con cui sono costruite tutte le sostanze che ci circondano.

E importante ricordare che la molecola, pur potendosi scomporre negli atomi costituenti, è la particella più piccola che ha le stesse caratteristiche della sostanza di cui fa parte.

5 Sappiamo che a ogni elemento chimico corrisponde un atomo con una struttura interna diversa. Gli atomi sono i mattoni con cui sono costruite tutte le sostanze che ci circondano. Difficilmente, però, una sostanza è formata da atomi singoli; più spesso i mattoni sono costituiti da più atomi (dello stesso tipo o diversi) legati insieme. Queste unità sono dette molecole. E importante ricordare che la molecola, pur potendosi scomporre negli atomi costituenti, è la particella più piccola che ha le stesse caratteristiche della sostanza di cui fa parte. Per fare un esempio particolarmente semplice: la molecola dell'acqua (H 2 O) è formata da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno: se separo idrogeno e ossigeno rompendo la molecola non ho più le caratteristiche dell'acqua!

Le molecole di una sostanza possono coesistere in tre modi diversi (i cosiddetti stati di aggregazione della materia): lo stato solido, lo stato liquido, lo stato gassoso.

6 Le molecole di una sostanza possono coesistere in tre modi diversi (i cosiddetti stati di aggregazione della materia): lo stato solido, lo stato liquido, lo stato gassoso. Cloro Sodio Nel primo caso le molecole sono saldamente legate fra loro da alcune forze di coesione che esistono fra molecola e molecola: queste forze fanno si che il solido sia compatto, più o meno a seconda del tipo di materiale, e mantenga un volume proprio e una forma propria. Le forze molecolari, attrattive a grandi distanze, divengono repulsive per distanze brevissime, cosicché gli atomi di un solido non possono avvicinarsi indefinitamente, ma si raggiunge una situazione di equilibrio. Gli unici movimenti permessi alle molecole di un solido sono delle vibrazioni, tanto piu intense quanto maggiore e la temperatura, attorno alla posizione di equilibrio. Nel caso in cui gli atomi che formano una molecola siano ordinati su un ideale reticolo tridimensionale, si parla di solido cristallino (nella figura è mostrata la disposizione degli atomi nel reticolo cristallino per il cloruro di sodio); invece, nel caso in cui le molecole siano attaccate le une alle altre senza un particolare criterio d'ordine, il solido è detto amorfo.

7 I liquidi hanno una struttura interna costituita da molecole vicine le une alle altre, disposte in maniera disordinata come nei solidi amorfi, in cui però l'intensità delle forze di coesione fra molecola e molecola non è tale da garantire la compattezza del materiale. In questo caso, infatti, le molecole possono scivolare reciprocamente andando a occupare zone collocate più in basso rispetto al livello del liquido. Com'è noto, infatti, i liquidi hanno volume proprio, ma non forma propria, adattandosi a quella del recipiente che li contiene.

8 Nei gas, le molecole sono reciprocamente molto più distanti (circa dieci volte) rispetto ai solidi e ai liquidi; pertanto, per tali sostanze, le forze intermolecolari possono essere spesso del tutto trascurate. Essendo libere di muoversi, le molecole di un gas si muovono rapidamente nello spazio a loro disposizione. Chiudendo il gas in un recipiente, le molecole urtano contro le pareti, esercitando su di esse una certa pressione.

9 Solidi Concetto di minima energia del sistema E Punto di equilibrio d

10 Solidi Tipi di reticolo: C, FCC, BCC

11 Prova di trazione Cella di carico Traversa mobile Estensimetro Sistemi di afferraggio Campione Basamento

12 Prova di trazione F Afferraggio Raccordo L 0 A 0 Zona utile σ = ε = F A L 0 L 0 L 0 = L L 0 -F

13 Prova di trazione σ Strizione Deformazione plastica σ = K ε n σ UTS σ y Incrudimento Deformazione elastica σ ε = E E ε

14 Prova di trazione Prova di trazione a fraddo di materiali metallici σ,σ true σ true = F A true ε ε true true L = = L 0 dl l A0 = ln A L = ln L0 ε

15 Deformazione elastica τ d τ

16 Deformazione plastica τ τ d Risultato netto σ y,teorica = volte σ y,reale

17 CURVA TENSIONE REALE E DEFORMAZIONE NATURALE L area sottesa dalla curva tensioni vere - deformazioni naturali rappresenta il lavoro di deformazione per unità di volume che può essere assorbito da un materiale prima della rottura; questa grandezza è detta tenacità ed è espressa dalla relazione: tenacità = σ dε ε f 0

18 Prova di trazione Energia di deformazione: tenacità F F dw dw = F dl W = L F dl L 0 dl l

19 Prova di trazione Confronto tra vari tipi di materiali σ Materiale ceramico Materiale metallico Elastomero ε

20 Sforzo e deformazione Classificazione delle lavorazioni In base a quanto detto le lavorazioni per deformazione plastica possono essere classificate in: Lavorazioni a freddo: quelle in cui la temperatura è al di sotto della temperatura di ricristallizzazione. Spesso sono usate nelle fasi finali di produzione perché permettono di ottenere ottime finiture superficiali e precisione dimensionale. Esse comportano la necessità di utilizzare forze maggiori per la deformazione del materiale, ma anche la possibilità di lubrificare agevolmente la zona di contatto pezzo-utensile. La massima deformazione ottenibile senza l uso di trattamenti termici intermedi è limitata dalle caratteristiche del materiale. Lavorazioni a caldo: quelle in cui la temperatura è maggiore di quella di ricristallizzazione. E possibile ottenere grandi valori della deformazione complessiva utilizzando forze minori. Il materiale ha però la tendenza ad ossidarsi e ciò provoca un decadimento delle caratteristiche di finitura superficiale. Le tolleranze dimensionali sono più ampie rispetto al caso precedente a causa della difficile prevedibilità degli effetti legati alle dilatazioni termiche.

21 Sforzo e deformazione Modello per la deformazione a freddo Una relazione molto utilizzata, a livello tecnologico, per la valutazione e la modellizzazione degli effetti della deformazione plastica a freddo è la seguente: σ f = K ε K ed n sono tabellati per diversi materiali e diverse temperature (<< T rixx ) n Note: Si trascura la presenza della zona elastica lineare, in quanto siamo interessati, a livello tecnologico, a ragionare in regime di grandi deformazioni. Si trascura l effetto piccolo alle basse temperature- della velocità di deformazione.

22 Sforzo e deformazione Modello per la deformazione a caldo Una relazione molto utilizzata, a livello tecnologico, per la valutazione e la modellizzazione degli effetti della deformazione plastica a caldo è la seguente: σ f = C & ε C ed m dipendono da materiale e temperatura e si trovano tabellati. Viene aggiunto un pedice f ad indicare il termine flow stress. Si noti che, in una prova di trazione si avrebbe: n ε& = dε = dt dl l 1 dt = v l Con v si intende la velocità di traslazione della traversa mobile della macchina.

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