Proprietà meccaniche

Prove meccaniche

• prova di trazione

• prova di compressione

• prova di piegamento

• prova di durezza

• prova di fatica

• prova di creep

Prova di trazione

• provini di dimensione standard

• deformazione a velocità costante

• sforzo crescente.

Prova di trazione

• La resistenza meccanica dei materiali può essere

testata tirando il metallo fino a rottura

Provino Estensimetro

I dati di forza sono ottenuti dalla cella di carico

I dati di deformazione sono ottenuti dall’estensimetro

Cella di carico

Provini standard per

prove di trazione

(a) Provino standard a sezione circolare (b) Provino standard a sezione rettangolare

il risultato della prova di trazione è una

curva sforzo-deformazione

sn vs en

sforzo nominale deformazione nominale

Proprietà meccaniche

curva sforzo-deformazione

• Metalli

• Ceramici

• Polimeri

sm

ss

ef

E

0.2 %

(1) Metalli

• Modulo di Young (E)

• Carico di snervamento (ss)

• Resistenza a trazione (sm o st)

(carico massimo o carico di rottura)

• allungamento % a rottura (ef)

(duttilità )

• Lavoro plastico

esdUp

Deformazione plastica

Deformazione permanente, che avviene a

volume costante, manifestata da molti materiali

quando sollecitati oltre il limite elastico.

Limite (o carico) di snervamento

• Valore dello sforzo per il quale si passa dal

campo delle deformazioni elastiche

a quello delle deformazioni plastiche.

• In pratica si assume il valore dello sforzo che

provoca una deformazione plastica residua

dello 0,2 %.

????

Meccanismo della deformazione plastica

in materiali metallici

????

Durante la deformazione plastica non si ha scorrimento

contemporaneo di grandi quantità di atomi, come mostrato in

figura, poiché il processo richiederebbe troppa energia. Ha invece

luogo un processo a più bassa energia che implica lo scorrimento di

un piccolo numero di atomi per volta.

Illustrazione schematica di come il movimento di una dislocazione

a spigolo produca uno scorrimento sotto l’azione di un basso sforzo di taglio.

Scorrimento delle dislocazioni

Spostamento di un tappeto per traslazione di una piega fatta alla sua estremità: (a) posizione

iniziale del tappeto, (b) difetto localizzato,

(c) e (d) spostamento della piega, (e) posizione finale del tappeto dopo lo spostamento

completo del difetto lineare (la piega).

Movimento di una dislocazione a spigolo attraverso un cristallo:

(a) il legame atomico in corrispondenza della dislocazione si rompe e si riforma

per permettere alla dislocazione di muoversi; (b) sequenza completa

dell’ingresso di una dislocazione in un cristallo, del suo movimento da

sinistra verso destra e della sua uscita a destra.

a

b

Lo scorrimento avviene in piani densi o strettamente impaccati E’ richiesto un basso sforzo di taglio perché avvenga lo scorrimento su piani densamente impaccati Se lo scorrimento è ristretto in piani impaccati, allora i piani meno densi diventano operativi E’ richiesta meno energia per muovere gli atomi lungo piani più densi

Scorrimento nei Cristalli

Strizione

Concentrazione della deformazione

in corrispondenza di una data sezione del

provino. Si manifesta in corrispondenza

del punto di massimo della curva sn/en.

Carico di rottura

(Resistenza a trazione)

(Carico massimo)

Lo sforzo massimo cui può resistere il

materiale. Corrisponde al massimo della

curva sn/en.

Rottura

La rottura del provino (separazione in due

parti) si verifica effettivamente al punto

finale della curva.

Allungamento percentuale

• L’allungamento percentuale è una misura della duttilità

di un materiale

• È l’allungamento del metallo prima della rottura,

espresso come percentuale della lunghezza iniziale

% allungamento =

• Misurata usando un calibro unendo le due parti

fratturate

• Esempio: allungamento percentuale di Al puro 35%

per la lega di alluminio 7076-T6 11%

Lunghezza finale – Lunghezza iniziale

Lunghezza iniziale

Riduzione Percentuale di Area • La riduzione percentuale di area è un’altra misura

della duttilità

• Il diametro della zona

fratturata viene misurato

con un calibro

• La riduzione percentuale di

area nei metalli diminuisce in

presenza di porosità

% riduzione

area = Area iniziale – Area finale

Area iniziale

Curve s/e per diversi metalli

• Allungamento % a rottura

• Contrazione % a rottura

Duttilità

ef=(lf-l0)/l0

S=(A0-Af)/A0

(2) Ceramici

s s

e

Prova di piegamento

3

2

3

R

LF

bd

LF

f

mr

f

mr

s

s

Modulo di rottura

????

Meccanismo di deformazione plastica

nei materiali ceramici

????

Visione dall’alto della struttura cristallina di NaCl che

indica (a) lo scorrimento sul piano (110) e nella direzione

[110] (linea AA’) e (b) lo scorrimento sul piano (100) nella

direzione [010] (linea BB’).

(1) polimeri termoindurenti

(2) polimeri termoplastici vetrosi (comportamento fragile)

polimeri termoplastici semicristallini (comportamento duttile)

3) Polimeri

Proprietà meccaniche dei più comuni polimeri a

temperatura ambiente

Polimeri Duttili

Fino ad (1) comportamento elastico, il punto di massimo corrisponde al carico di

snervamento (ss), la resistenza a trazione o carico di rottura (sr) corrisponde alla sollecitazione

per la quale avviene la rottura del provino.

ss sr

E

????

Meccanismo di deformazione plastica

di materiali polimerici

????

Polimerico termoplastico sotto sforzo. Le catene molecolari sono distese e scorrono le une sulle altre in modo

da allinearsi nella direzione dello sforzo. Se lo sforzo è troppo elevato,

le catene molecolari si rompono, causando la rottura del materiale.

Deformazione di polimeri semicristallini

(a) PE ad alta densità, (b) PE a bassa

densità e (c) lineare a bassa densità.