Propriet Meccaniche3 2

1

Fig. 2.6.

Deformazione Elastica

Allungamento di una barra cilindrica sottoposta alla forza di trazione F

Propriet Meccaniche: comportamento elastico

Propriet Meccaniche: Comportamento elastico

Esercizio 1 Sforzo

Esempi di Esercizi

Esercizio 2

Sforzo

Esercizio 3Sforzi e deformazioni

Esercizio 4

Sforzi e deformazioni: aumento della sezione resistente

Esercizio 5

Sforzi e deformazioni: effetto del materiale

Esercizio 6

Sforzi e deformazioni: materiale polimerico

Esercizio 7

Modulo elastico

Deformazione Plastica

a) deformazione plastica ideale preceduta da deformazione elastica ideale. b) deformazione plastica ed elastica per un materiale reale.

Determinazione dello sforzo di snervamento allo 0.2% di deformazione permanente residua

CCC

CFC

CFC

EC

CFC = 12 piani di facile scorrimento (massima densit atomica) CCC = 8 piani EC = 3 piani

Lavorazione plastica dei metalli

Incrudimento

Foreste di dislocazioni dopo incrudimento

Principi di Rafforzamento dei Metalli1. Incrudimento (aumento sforzo di snervamento e durezza per deformazione plastica a freddo) 2. Rafforzamento mediante bordo di grani (al diminuire della dimensione della grana cristallina aumenta lo sforzo di snervamento) 3. Rafforzamento per aggiunta di elementi leganti (sostituzionali o interstiziali) 4. Rafforzamento per precipitazione (formazione di altra fase, anche dopo la formatura. Duralluminio)

Ostacolo al movimento delle dislocazioni Aumento dello sforzo di snervamento, dello sforzo di rottura e della durezza. Diminuizione dellallungamento e della resilienza (duttilit e tenacit).

Ricottura

Incrudimento e Sviluppo della Grana Cristallina (durante laminazione a caldo)

Sviluppo della Grana Cristallina (durante laminazione a caldo)

Modalit di frattura

a) campione metallico rotto in campo elastico (frattura fragile), superficie liscia b) campione metallico rotto in campo plastico (frattura duttile), superficie granulare

Modalit di fratturaGeneralmente si distinguono due tipi di frattura: Duttile: il materiale sottoposto allo sforzo prima di arrivare a rottura si deforma sensibilmente nel campo plastico, assorbendo quindi parte dell'energia come energia di plasticizzazione; Fragile: il materiale sottoposto allo sforzo non subisce (almeno macroscopicamente) deformazione plastica e si frattura in campo elastico.

Esempio di frattura fragile

Modalit di frattura (materiale policristallino)Frattura Trans-Cristallina o Trans-Granulare: la frattura passa attraverso i grani cristallini del materiale. La frattura cambia direzione passando da un grano allaltro, in quanto segue la direzione (cristallografica) di minima resistenza. tipica dei metalli a T ambiente.

Frattura Trans-granulare

Formazione di micro-cavit (dimples)

Modalit di frattura

Frattura Inter-Cristallina o Inter-Granulare: la frattura passa lungo i bordi dei grani cristallini del materiale e non attraverso i grani stessi. Questo avviene quando il bordo di grano debole o fragile. Accade nei metalli a T elevata.

Frattura Inter-granulare

Nei metalli, la frattura tipicamente duttile (sia trans- che inter-granulare, ad esempio secondo la T di prova), mentre nei materiali a legame covalente o ionico, la frattura fragile (avviene per propagazione di cricche presente sulla superficie del materiale). La frattura fragile nei materiali policristallini pu, avvenire anchessa sia in modo trans- che inter-granulare (a seconda ad esempio di infragilimento del bordo grano da parte di ambienti aggressivi (es. idrogeno negli acciai), o per corrosione intergranulare, o per segregazione o precipitazione al bordo grano di elementi infragilenti (es. carburi). Nei vetri e nei materiali amorfi, non ci sono dislocazioni e la frattura avviene in modo fragile.

Tenacit

Tenacit

Resilienza

Tenacit

Fig. 2.7a Materiale FRAGILE

Fig. 2.7b Materiale TENACE

Resilienza: energia assorbita in campo Elastico

Tenacit: energia assorbita in campo Elasto-Plastico

Tenacit

Deformazione Viscosa vy xdv/dy

Forza applicata: F Area interessata: S

= F/S = dv/dyRelazione di Newton: in un fluido Newtoniano, lo sforzo proporzionale alla velocit di deformazione.

dipende dalla T secondo una equazione di tipo Arrhenius: = k exp(-E/RT)con k = costante; E = energia di attivazione del flusso viscoso; R = costante dei gas; T = temperatura assoluta

Modelli Viscoelastici

e

e

Modello di Maxwell: pu essere rappresentato da un ammortizzatore puramente viscoso e da una sorgente puramente elastica connesse in serie. Se il materiale posto sotto uno sforzo costante, la tensione si rilassa gradualmente (tempo di rilassamento = la tensione si riduce ad 1/e del valore iniziale). Allo scarico, parte della deformazione non viene recuperata (deformazione permanente).

e

Modello di Kelvin-Voigt: pu essere rappresentato da un ammortizzatore Newtoniano e di una sorgente elastica Newtoniana connessi in parallelo. Sotto l'applicazione di uno sforzo costante, il materiale si deforma ad un tasso decrescente, approssimandosi asintoticamente ad uno stato stabile di tensione. Quando rimosso lo sforzo, il materiale si rilassa gradualmente fino al suo stato non deformato. La deformazione viene recuperata completamente, nel tempo.

Modello a 4 Elementi: combina il Modello di Maxwell e una sorgente Hookiana in parallelo. Sotto uno sforzo costante, il materiale si deformer istantaneamente (parte elastica della tensione), e dopo questo continuer a deformarsi asintoticamente. Quest'ultima porzione sia una parte elastica che viscosa della deformazione totale. La deformazione non viene recuperata completamente nel tempo.