Prove Meccaniche. Proprietà meccaniche. Prove meccaniche

Proprietà meccaniche

Prove meccaniche Prove Meccaniche

• prova di trazione

• prova di compressione

• prova di resilienza

• prova di durezza

• prova di piegamento

• prova di fatica

• prova di creep

Prova di trazione

Si esegue su provini di dimensione standard, per mezzo di una

macchina in grado di deformare il provino a velocità costante, in

seguito all'applicazione di uno sforzo crescente.

Provini standard per prove di trazione

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

•I provini sono provvisti di due estremità che servono per l'ammorsaggio alla macchina (dette "teste del provino"), per cui la lunghezza utile del provino (sulla quale si svolgono le misurazioni di deformazione) è minore della sua lunghezza totale.

•La geometria del provino è studiata in modo tale che si abbia rottura nel tratto utile, in quanto vicino alle morse non si ha una forza puramente uniassiale, ma entrano in gioco anche le forze applicate dalle morse che fissano il provino. Nel tratto utile la sezione è minore di quella relativa alla zona di afferraggio, ciò consente di ottenere uno sforzo maggiore a parità di forza applicata, e quindi ottenere rotture in quel tratto.

il risultato della prova di trazione è una curva sforzo-deformazione

Prova di trazione

σ _n

ε _n

sforzo nominale

deformazione nominale

σ

= rapporto tra la forza applicata e la sezione iniziale del provino (A

)

ε

= rapporto tra l'allungamento (l-l

) e la lunghezza iniziale (l

)

σ

Curva sforzo deformazione: Metalli

•Modulo di Young (E)

•Carico di snervamento ( σ

)

•Resistenza a trazione ( σ

o σ

)

(sforzo massimo o carico di rottura)

•Allungamento % a rottura ( ε

)

σ

ε

E

0.2 %

•Allungamento % a rottura ( ε

) (duttilità)

•Strizione % (riduzione percentuale di area) (duttilità)

•Energia Elastica e Plastica per unità di volume:

(Aree sottese dalla curva σ / ε )

∫ ^{σ d ε}

Curva sforzo deformazione (Metalli): limite elastico

Deformazione elastica

•La deformazione è proporzionale allo sforzo;

•La deformazione si annulla completamente in seguito alla rimozione dello sforzo;

•L'energia elastica assorbita durante l'applicazione dello sforzo viene restituita integralmente alla sua rimozione (recupero elastico).

Deformazione plastica

•Deformazione permanente, che avviene a volume costante, manifestata da molti materiali quando sollecitati oltre il limite elastico.

Slope E

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% (ε = 0.002).

Limite (o carico) di snervamento

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 (movimento delle dislocazioni).

Deformazione plastica

Deformazione Plastica: Scorrimento delle dislocazioni

Illustrazione schematica di come il movimento di una dislocazione a spigolo produca uno scorrimento sotto l’azione di uno sforzo di taglio.

Viene agevolata dalla presenza di difetti di linea:

Deformazione Plastica: Scorrimento delle dislocazioni

In quanto il movimento delle dislocazioni coinvolge la rottura

contemporanea di un numero limitato di legami.

Lo scorrimento avviene preferenzialmente su piani a massima densità atomica (basso sforzo di taglio, bassa energia)

Se lo scorrimento su tali piani è impedito, allora lo scorrimento avviene su piani a minore densità atomica.

Scorrimento nei Cristalli

Sforzo massimo

(Resistenza a trazione o carico di rottura)

Sforzo massimo (Resistenza a trazione o carico di rottura):

•Lo sforzo massimo a cui può resistere il materiale è dato dal massimo della curva.

•La rottura si verifica al punto finale della curva σ

/ ε

.

Strizione:

•Concentrazione della deformazione in corrispondenza di una data sezione del provino.

•Si manifesta in corrispondenza del punto di massimo della curva sforzo/deformazione.

Strizione

La rottura del provino (separazione in due parti) si verifica effettivamente al punto finale della curva.

Recupero della deformazione elastica al momento della rottura

Allungamento percentuale a rottura

• E’ una misura della duttilità di un materiale, ovvero della deformazione plastica che un materiale può subire prima di giungere a rottura.

%

0 100

 ⋅





 

 −

= l

l l _f

ε f

• Misurato usando un calibro unendo le due parti fratturate l

= lunghezza finale (dopo la rottura)

l

= lunghezza iniziale

0

 

  l

Riduzione Percentuale di Area

• La riduzione percentuale di area (strizione %) è un’altra misura della duttilità

• Il diametro della zona fratturata viene misurato con un calibro

0 f

A A

− × 100%

Strizione percentuale = ^{0 f}

0

A A A 100%

− ×

A

= sezione iniziale

A

= sezione finale (dopo la rottura)

Strizione percentuale =

Energia Elastica e Plastica per unità di volume

Energia per unità di volume richiesta per generare una deformazione plastica fino alla frattura finale (lavoro plastico di frattura).

Energia elastica per unità di volume rilasciata alla rottura del provino.

Energia Elastica per unità di volume