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Dipartimento di Meccanica e Aeronautica Università di Roma La Sapienza Gestione dei Processi Produttivi Materiali 22 --- durezza --- trazione -- resilienza statiche dinamica 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

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Gestione dei Processi Produttivi

Materiali 22

--- durezza --- trazione -- resilienza

statiche dinamica

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

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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 sfericodiametro 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 aHRC = f(a) (scala convenzionale)

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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.

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Scala di conversione delle varie durezzeScala di conversione delle varie durezzeScala di conversione delle varie durezzeScala di conversione delle varie durezze

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Prova di trazione

Capacità di un materiale di resistere a forze (sollecitazioni) esterne

Macchina di prova

Sfo

rzo (

F /

A )

Deformazione ( ∆l / lo )

Modulo elasticoLimite elasticoLimite di rotturaAllungamento a rotturaEnergia di rottura

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e

σE

l

lle

A

0

0

0

=

−=

=

Diagramma semplificato

(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

Tensione nominale

Deformazione convenzionale

Modulo di Young(in campo elastico)

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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)

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Modulo elastico

Carico di snervamento

Carico massimo

Allungamento a rottura

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Duttilità dei materiali

La massima deformazione che il materiale può sopportare prima della frattura

10000 0 0×

AAA

lll ff

Riduzione di area =

Allungamento =

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Ogni materiale ha la suacurva caratteristicaSforzo NOMINALE / Deformazione CONVENZIONALE

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A

P=σ

l

dld =ε)

lln(

0

l=ε

A

A

A

P

A

0

0

⋅==

n

00

0

0

A

P,

l

l

A

A,

l

lle ==

−=

e)(1σσ n +=

ed essendo

dove A rappresenta l’area della sezione reale del provino

relazione ottenuta integrando gli incrementi infinitesimi di deformazione tra la lunghezza iniziale l0 e quella attuale

Tensioni e Deformazioni REALI

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Curve tensione REALE / deformazione REALE

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VANTAGGI nell’impiego delle deformazioni reali

vale il Principio di sovrapposizione degli effetti

forniscono una rappresentazione adeguata dal punto di vista fisico

l0

La deformazione totale sarà pari alla somma dei valori di deformazione impressi in ciascuno degli stadi di carico

per 2l0

per ≈0)

lln(

0

l=ε

ln2

- ∞

sollecitazione di trazione

sollecitazione di compressione

l

)l(

l

∆le

0

0

0

−==

l

1 2

1 1

2 2

Deformazioni convenzionali

Deformazioni reali

+l0

-l0

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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

Modello PLASTICO

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)

E = Modulo di Young

C = costante caratteristica del materiale

m = sensibilità alla velocità di deformazione. E’ un coefficiente che dipende dalla temperatura e dalla deformazione plastica subita

Lavorazioni a Freddo

Lavorazioni a Caldo

εσ E=

nKεσ =

mCεσ &=

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Effetto della Temperatura

… sulle proprietà meccaniche di un acciaio al carbonio

sul diagramma tensione-deformazione

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Effetto della Velocità di deformazione

All’aumentare della temperatura la pendenza della curva aumenta ⇒ La resistenza a trazione diventa più sensibile alla velocità di deformazione a temperature elevate

Aluminum

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Correlazione durezza – Carico di snervamento / rottura

Prove sperimentali effettuate sudiversi materiali hanno dimostratoche il rapporto fra la σs e la HVè praticamente costante in un ampio intervallo

HB ≈ HV ≈ 0,3 σs

titanioottone, ghisa, acciaio

Una prova di durezza può essere considerata equivalente ad una prova di compressione eseguita su una piccola porzione di

materiale

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Prova di resilienza

Comportamento del materiale in condizioni dinamiche, urto, fragilità

mazza battente

provino

Pendolo di Charpy

Capacità del materiale di resistere ad urti

Kxx = mgh’ – mgh

xx = varie modalità di prova

T transizione fragile / tenace

T

K

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Comportamento meccanico

in funzione di -- struttura-- composizione chimica-- trattamenti termici

esempio: acciaio con diversi contenuti di carbonio