Le proprietà dei Materiali INGEGNERIA INDUSTRIALE
Proprietà dei Materiali Ogni materiale può essere pensato come un insieme di attributi - proprietà Non è un materiale per sé che il progettista cerca ma una specifica combinazione di attributi Con il nome di un materiale identifichiamo un particolare profilo di proprietà
Proprietà dei Materiali
Proprietà generali costo specifico dei materiali (eur/kg) (2013) Gold 10000 1000 Silver Price (EUR/kg) 100 10 Aluminum nitride Silica glass Granite Ceramic foam Rigid Polymer Foam (HD) Tungsten alloys Titanium alloys Nickel-based superalloys Polyetheretherketone (PEEK) Polytetrafluoroethylene (Teflon, PTFE) Polyhydroxyalkanoates (PHA, PHB) Stainless steel 1 Cork Cast Al-alloys Polypropylene (PP) Polyethylene (PE) Softwood: pine, across grain Phenolics 0.1 Cement Plywood Low carbon steel Polyvinylchloride (tppvc) Concrete Ceramics and glasses Hybrids: composites, foams, natural materials Metals and alloys Polymers and elastomers
Proprietà generali densità dei materiali (g/cm 3 )
Proprietà meccaniche rigido resistente tenace - leggero poco rigido: maggiore E poco resistente: maggiore s poco tenace: maggiore K troppo pesante: minore r
La prova di trazione
Le proprietà elastiche: Moduli MODULO ELASTICO trazione o compressione MODULO DI TAGLIO taglio MODULO DI POISSON rapporto tra def. laterale e def. assiale lat ax La misura accurata del modulo elastico si ottiene con sistemi dinamici: modi vibrazionali o velocità del suono
Le proprietà elastiche: Moduli In un MATERIALE ISOTROPO vale la relazione: G E 2 1 METALLI/CERAMICI ELASTOMERI 1/3 1/2 G 3/8 E G 1/3 E
Moduli elastici
Resistenza Meccanica s: assume un significato diverso secondo i materiali METALLI: È la tensione di snervamento (deformazioni plastiche permanenti: 0,2% della deformazione) sy è uguale in trazione o in compressione
Resistenza Meccanica s: assume un significato diverso secondo i materiali POLIMERI: la tensione a cui si perde la linearità sforzi/deformazioni sc 1,2 st
Resistenza Meccanica s: assume un significato diverso secondo i materiali CERAMICI: è la tensione di rottura sc= 10-15 st
Resistenza Meccanica s: assume un significato diverso secondo i materiali CERAMICI (materiali fragili): si usa il MoR MoR = sfles 1.3st
Resistenza Meccanica s: assume un significato diverso secondo i materiali MATERIALI COMPOSITI: una «deviazione» dello 0.5% si considera il limite del comportamento lineare-elastico (a trazione) I compositi con fibre sono meno resistenti a compressione che a trazione (<30%) per effetto del piegamento delle fibre
Resistenza Meccanica s: assume un significato diverso secondo i materiali Nel caso di carichi MULTIASSIALI abbiamo bisogno di un sistema per comporre le sollecitazioni METALLI: Von Mises o Tresca σ 1 σ 2 2 + σ 2 σ 2 3 + σ 3 σ 2 1 = 2σ2 eq σ 1 σ 3 = σ eq (σ 1 > σ 2 > σ 3 )
Resistenza Meccanica s: assume un significato diverso secondo i materiali Nel caso di carichi MULTIASSIALI abbiamo bisogno di un sistema per comporre le sollecitazioni POLIMERI: Von Mises modificato σ 1 σ 2 2 + σ 2 σ 3 2 + σ 3 σ 1 2 = 2σ eq 2 β 2 K = mod. di compr. cubica p = 1 3 σ 1 + σ 2 + σ 3 1 + βp K 2
Resistenza Meccanica s: assume un significato diverso secondo i materiali Nel caso di carichi MULTIASSIALI abbiamo bisogno di un sistema per comporre le sollecitazioni CERAMICI: legge di flusso di Coulomb σ 1 Bσ 2 = C B, C =costanti
Resistenza Meccanica Carico unitario di Rottura a trazione Mat. DUTTILI: il valore max nel diagramma su= 1,1-3 sy Mat. FRAGILI: la tensione di rottura su= sy
Tensile strength (MPa) Resistenza Meccanica s: assume un significato diverso secondo i materiali Tungsten alloys Silicon nitride Stainless steel 1000 Zirconia CFRP, epoxy matrix (isotropic) High carbon steel GFRP, epoxy matrix (isotropic) Polyamides (Nylons, PA) 100 Leather Copper Silica glass Cast Al-alloys 10 Granite Plywood Tin Polychloroprene (Neoprene, CR) 1 Silicone elastomers (SI, Q) Concrete Ceramics and glasses Hybrids: composites, foams, natural materials Metals and alloys Polymers and elastomers
Durezza H = P/A è una misura della resistenza locale che un materiale oppone alla penetrazione H 3su H MPa H v kg/mm 2 H V = H 10 durezza Vickers
Tenacità alla frattura È la misura della resistenza offerta da un materiale alla propagazione di una cricca Fattore intensità degli sforzi K IC Ys C c Tenacità: energia di frattura G IC 2 K IC E (1 )
Tenacità: La prova di impatto
Tenacità dei materiali
Fatica Azione ripetuta di carichi variabili: rottura del materiale per fatica. I carichi applicati possono anche essere inferiori al carico di snervamento o di rottura. Il processo implica l apparizione di una cricca che si propaga col ripetersi delle sollecitazioni, fino a raggiungere la sua lunghezza critica e provocare la rottura del materiale. Dse = valore di soglia: la frattura avviene per un numero molto elevato di cicli
Proprietà Termiche Temperatura di fusione: Tm Temperatura di trans. vetrosa: Tg Intensità dei legami chimici nei soildi Temperatura di impiego massima: Tmax (degradazione, ossidazione, creep,..) Temperatura di impiego minima: Tmin (fragilità)
Proprietà Termiche Conducibilità termica: (W/mK) q dt dx Condizioni stazionarie Diffusività termica: a (m 2 /s) a r C p Condizioni transitorie Coeff. di espansione termica lineare: a (K -1 ) DL a 1 L DT
Proprietà elettriche Resistività elettrica e conducibilità
Proprietà elettriche materiali conduttori materiali isolanti materiali semi conduttori
Proprietà elettriche