Università degli Studi di Catania

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1 Università degli Studi di Catania Dipartimento di Metodologie Fisiche e Chimiche per l Ingegneria Corso di Tecnologie di Chimica Applicata 6. Resistenza allo SNERVAMENTO Resistenza alla TRAZIONE DUREZZA DUTTILITA

2 Curve sforzo/deformazione per comportamento elastico Tutti i solidi hanno un limite elastico oltre il quale accade qualcosa Alcuni solidi fragili si rompono improvvisamente come il vetro, Altri solidi fragili si rompono progressivamente, come il cemento ed il cls La maggior parte dei materiali ingegneristici si deformano plasticamente modificando la loro forma in maniera permanente Per definire correttamente il comportamento dei materiali si fa ricorso ad apparecchiature che consentono di riportare in grafico la deformazione che esso subisce se sottoposto a sforzo.

3 Curve sforzo/deformazione per comportamento elastico La figura mostra una curva sforzo/deformazione di un materiale che ha un comportamento elastico perfettamente lineare. Per piccole deformazioni, tutti i solidi sono linearmente elastici. Le deformazioni sono in genere dell ordine dello 0,1 % La pendenza della curva è la stessa sia in trazione che in compressione e rappresenta il modulo di Young L area sottessa alla curva è la misura dell energia elastica assorbita per unità di volume Se il carico viene rimosso ritorna tutto allo stato iniziale

4 Curve sforzo/deformazione per comportamento elastico La figura sottostante, invece, mostra la curva sforzo/deformazione di un materiale che ha un comportamento elastico non lineare. Per piccoli sforzi si hanno grandissime deformazioni che, in genere, sono dell ordine di 5 volte la dimensione del materiale La forma della curva non è la stessa in trazione e in compressione L area sottesa alla curva evidenzia la grande quantità di energia elastica assorbita per unità di volume Se il carico viene rimosso ritorna tutto allo stato iniziale

5 Curve sforzo/deformazione per comportamento elastico La figura sottostante, infine, mostra la curva sforzo/deformazione di un materiale che ha un comportamento anelastico Per grandi sforzi si hanno piccolissime deformazioni La curva non ripercorre lo stesso cammino quando il materiale non viene più sollecitato La forma della curva è la stessa sia in trazione che in compressione L area tratteggiata evidenzia l energia dissipata dal materiale quando viene rilasciato Se il carico viene rimosso ritorna tutto allo stato iniziale

6 Curve sforzo/deformazione per comportamento non elastico La maggior parte dei materiali ingegneristici assumono una deformazione permanente se deformati per più dello 0,1 % Se poniamo a trazione un materiale duttile metallico, ad es. il rame, la sua curva sforzo/deformazione sarà così rappresentata Analogo comportamento sarà mantenuto da un materiale duttile non metallico, ad es. la plastilina

7 Curve sforzo/deformazione per comportamento non elastico La deformazione molto evidente comincia ad essere molto significativa Se si continua la trazione si noterà che ad un certo valore, all allungamento del materiale si accompagnerà una diminuzione della sezione. Ovviamente il volume totale del materiale rimarrà costante. Questo avviene al punto di massimo carico Lo snervamento, che sin ora si era esteso con gradualità, si estende rapidamente E si giunge alla rottura.

8 Curve sforzo/deformazione per comportamento non elastico Al punto di massimo carico è avventa la STRIZIONE che rappresenta perciò un punto di instabilità Notate infine che la lunghezza totale dei due pezzi che si ottengono dopo la rottura non coincide con la lunghezza appena prima della rottura. La differenza è dovuta all allungamento elastico prodotto dal carico finale

9 Curve sforzo/deformazione per comportamento non elastico Esaminiamo adesso il comportamento del materiale in compressione Per piccole deformazioni il comportamento è speculare rispetto alla trazione. Ma per valori più significativi la curva si allontana dalla specularità e non comparirà nessuna instabilità o strizione. Alla fine si potrà giungere alla frattura del provino.

10 Curve sforzo/deformazione reali per scorrimenti plastici La differenza tra le due curve è dovuta solamente alla geometria del provino Se invece di diagrammare in ordinate lo sforzo ideale,, cioè la forza diviso la superficie iniziale, riportassimo lo sforzo diviso la superficie reale effettiva del provino istante per istante, le due curve diverrebbero più simili ma non ancora coincidenti

11 Curve sforzo/deformazione reali per scorrimenti plastici Bisogna infatti considerare che una stessa variazione produce differenti deformazioni in trazione ed in compressione Quando il materiale viene sottoposto a compressione subisce una deformazione plastica δu maggiore rispetto a quando viene posto in trazione δl Ricordate, però, che il volume rimane costante

12 Curve sforzo/deformazione reali per scorrimenti plastici Le due condizioni possono essere confrontate correttamente solo considerando incrementi infinitesimi della deformazione:δ δε = δu / l = δl / l Allora, se gli sforzi in trazione o compressione vengono riportati in funzione di ε = dl/l = ln l/l 0 le due curve diventano l una immagine speculare dell altra ε = ln l/l 0 viene detta deformazione reale e si distingue dalla ε n = u/l 0 definita in precedenza come deformazione nominale

13 Curve sforzo/deformazione reali per scorrimenti plastici Dalle curve carico/allungamento o carico compressione è possibile calcolare ε reale Per calcolare σ basta ricordare che durante la deformazione plastica il volume rimane costante per cui possiamo scrivere A 0 l 0 = A l Da cui A = A 0 l 0 /l E quindi σ = F / A = F l / A 0 l 0 σ = F l / A 0 l 0 viene detto sforzo reale e si distingue dalla σ n = F / A definito in precedenza come sforzo nominale

14 L area sottesa alla curva sforzo/deformazione evidenziata nella figura sottostante rappresenta il lavoro plastico La conoscenza di tale lavoro risulta molto utile per determinare la forza che i vari macchinari devono esercitare per provocare una voluta deformazione plastica

15 Esaminiamo adesso una curva σ n / ε n che risulta molto utile per definire ed evidenziare alcuni fenomeni

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