Proprietà meccaniche materiali

8/18/2019 Proprietà meccaniche materiali

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Università degli Studi di Genova

Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale

Corso di Laurea in Chimica e Tecnologie Chimiche

FONDAMENTI DI TECNOLOGIE CHIMICHE PER L'INDUSTRIA E PER L'AMBIENTE(modulo II)

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CENNI SULLE PROPRIETÀMECCANICHE DEI MATERIALI

Aldo Bottinoe-mail : [email protected] Tel. : 010 3538724 - 3538719


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Proprietà meccaniche dei materiali

Un materiale per effetto della forza ad esso applicata si deforma in misurapiù o meno grande.

Al cessare della forza il materiale può riprendere lo stato originale(comportamento elastico) oppure rimanere deformato (comportamentoanelastico o plastico).

La sollecitazione alla quale può essere sottoposto un materiale durante

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eserc z o pu essere na ura versa per esemp o raz one,compressione, di urto, di flessione, etc).

La risposta del materiale a queste sollecitazioni può essere diversa aseconda per esempio alla temperatura, delle condizioni ambientali, dellemodalità di sollecitazione, etc.


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Misura delle proprietà meccaniche

Le caratteristiche meccaniche dei materiali vengono determinatesperimentalmente su appositi campioni (provini) e con appositeapparecchiature.

I parametri che entrano in gioco nella misurazione sperimentale delleproprietà meccaniche sono molteplici.

Ad esempio le dimensioni e la forma del provino incidono fortemente sul

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r su a o numer co e per avere r su a r pro uc necessar ostandardizzare cioè utilizzare provini di dimensione e forma ben definita.

Anche le apparecchiature devono essere standardizzate cosi come lemodalità di esecuzione delle prove.

Tutto ciò conformemente a norme nazionali o internazionali tipo UNI o ASTM.


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Definizione del tratto calibrato nelle prove di trazione

Prima di eseguire la prova, è necessario segnare il tratto calibratomediante due punzonature centrali poste alla giusta distanza tra loro.

Questa necessità deriva dal fatto che ladeformazione è prevalentemente localizzata nellezona di strizione.Come mostra la Figura la mancata indicazionedel tratto calibrato può portare a conclusionierronee.

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legati alle differenti lunghezze del tratto utile.Nelle prove correnti si considera frequentementeuna lunghezza del tratto calibrato di 5 cm.Se F è la forza applicata e So è la sezione iniziale del provino lo sforzo èdefinito come: = F/SoLa deformazione è rappresentata da: = (L- Lo)/Lo = L/Lodove: Lo = dimensione iniziale del provino

L = dimensione del provino a deformazione avvenuta.


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Deformazione elasticaLa Figura mostra una curva di trazione.Nel primo tratto della curva c'è

proporzionalità diretta tra sforzo edeformazione ed è valida la legge di Hooke:= E dove E prende il nome di modulo

elastico o modulo di Young.In questa zona il materiale è soggetto ad unadeformazione elastica e cioè perfettamente

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.provino recupera la dimensione iniziale.Il modulo elastico, esprime la rigidità delmateriale e cioè la sua capacità di resisteread una trazioneSe il materiale ha valori del modulo elastico alti occorrerà un caricoconsiderevole per deformarlo.[per esempio per deformare un campione di alluminio (E = 7140 kg/mm2) occorreràimpiegare un carico notevolmente superiore rispetto a quello necessario per deformare una materia plastica quale il polietilene (E = 10-140 kg/mm2)]


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Deformazione plastica. Snervamento Alla deformazione elastica segue la deformazione plastica, caratterizzatadalla mancanza di proporzionalità diretta tra sforzo e deformazione.

La deformazione plastica è permanente, per cui, una volta che si èprodotta, il campione non è più in grado di recuperare integralmente ledimensioni iniziali. Quindi il materiale deformato plasticamente è deformatoin modo definitivo.Il passaggio dall'elasticità alla plasticità èindividuato dal punto di snervamento.

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snervamento è detto carico di snervamentoed è indicato con RsIl carico di snervamento indica dunque ilcarico massimo che si può applicare senzache il materiale si alteri in manierairreversibile.Esso viene quindi assunto come misura dellaresistenza del materiale alle deformazioniplastiche.


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Carico tensile e carico di rotturaContinuando l'analisi della curva sforzo-deformazione si può individuare unpunto di massimo M ed il punto F, a cui si ha la rottura del campione.

Ad F corrisponde il carico di rottura.Sul piano pratico, ha però maggiore interesseil carico corrispondente ad M, detto caricotensile ed indicato con Rm.Il carico tensile definisce lo sforzo massimoche può essere applicato, in tensione, senza

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a trazione effettiva del materiale.La diminuzione dello sforzo tra M ed F èsoltanto apparente.Infatti in corrispondenza di M si ha laformazione di una strizione nella zonacentrale del provino, con conseguentediminuzione irregolare della sua sezione eduna diversa distribuzione degli sforzi.


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Duttilita' e fragilita' Sempre sulla base dell'andamento della curva sforzo-deformazionepossiamo definire altre caratteristiche del materiale come la duttilità e lafragilità.La duttilità è l'espressione del grado di deformazione plastica che unmateriale subisce per arrivare a rottura.La duttilità si può esprimere in termini di elongazione (percentuale):% EL = [(Lf - Lo)/Lo] 100o di riduzione di sezione (percentuale):

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% SR = [(So -Sf)/So] 100L'opposto della duttilità è la fragilità.Come mostra la Figura un materiale è duttile se arriva a rottura subendouna deformazione rilevante, è fragile se la deformazione a rottura èmodesta.

La duttilità e la fragilità dipendono fortemente dalla temperatura. Unmateriale, duttile a temperatura elevata, diventa fragile a bassa temperatura.Si può così definire una temperatura di transizione duttile-fragile, che delimitai due tipi di comportamento


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TenacitàLa tenacità di un materiale è definita come la sua capacità di assorbireenergia per arrivare a frattura.

La tenacità è espressa dall'area sottesa dalla curva sforzo-deformazionesottende, ed è dunque correlabile sia con la rigidità che con la duttilità.La tenacità non deve essere confusa con laresistenza meccanica.La resistenza meccanica è infatti legata alcarico specifico necessario a produrre la

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ro ura, men re a enac corre a aall'energia che deve essere fornita perchè siverifichi la rottura stessa.Quindi un materiale tenace deve essere nonsolo molto resistente (cioè in grado disopportare alti carichi specifici) ma anchedotato di notevole duttilità (cioè in grado dideformarsi molto prima che sopravvenga larottura).


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La Figura seguente rappresenta la tenacità come area totale sotto la curvadi trazione.

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ResilienzaLa resilienza ha lo stesso significato della tenacità, ma non è più legata alladi sforzo-deformazione che abbiamo considerato sinora.

Essa si riferisce a condizioni di carico molto veloci, in quanto lo sforzo vieneapplicato al campione in un tempo molto breve: si tratta di un vero e proprioimpatto da parte di un corpo rigido e si parla comunemente di resistenzaall'impatto.

Durezza

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Con durezza di un materiale si intende la resistenza locale che esso opponealla penetrazione da parte di un altro corpo.Schematicamente la prova di durezza consiste nel premere con una forzaopportuna, e per un certo tempo, un penetratore tipo contro il materiale inesame, e nel misurare la deformazione plastica residua sul pezzo.

Minore è la deformazione permanente più elevata è la durezza.

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