Riassunto esame Scienza e tecnologia dei materiali, Prof. Romano Rosa, libro consigliato Materiali per il design, Barbara del Curto

Proprietà meccaniche e termiche: pt. 1

20/10/2022

Prova di trazione

Prova di trazione —> risponde alle seguenti domande:

• Quanto è resistente?
• Quale sarà la sua deformazione sotto un determinato carico?

Tenacità —> dipende da durezza materiale, resistenza e deformazione. Dipende quindi anche dalla rigidezza.

All’aumentare della rigidezza aumenta l’area e la tenacità —> rigidezza.

• All’aumentare del carico massimo aumenta area e tenacità;
• (Curva 3) All’aumentare della deformazione aumenta area e tenacità, capacità del materiale di assorbire energia fino a rottura.

Tenacità e resistenza all’urto

Tenacità e resistenza all’urto —> Capacità di assorbire energia senza rompersi.

Sollecitazione applicata in modo rapido, il materiale è sottoposto a carichi veloci e non ha il tempo di deformarsi in modo plastico, la rottura avviene nel campo elastico, prima parte.

La capacità di un materiale a resistere ad una sollecitazione di impatto viene analizzata con la resilienza.

Prova di impatto Charpy

Prova: prova di impatto Charpy —> pesante pendolo che scende per gravità dall’alto, incontra sulla sua traiettoria pendolare la provetta unificata, la rompe e continua la sua corsa oltre la provetta risalendo fino ad una certa quota.

La macchina è tarata per dare immediatamente su un quadrante il valore dell’energia assorbita dalla provetta. Oltre alla provetta, anche gli appoggi della macchina e la testa della mazza che colpisce la provetta devono possedere forma e dimensioni unificate per garantire alla prova valori attendibili, confrontabili e ripetibili.

Effetto della temperatura sulle proprietà meccaniche

Effetto della temperatura sulle proprietà meccaniche.

Incrementa:

• Duttilità;
• Tenacità;
• Deformazione.

Decrementa:

• Modulo di elasticità;
• Limite di snervamento;
• Resistenza ultima.

h —> altezza iniziale.

H —> altezza finale.

Effetto della temperatura: metalli

Effetto della temperatura: metalli.

Variazione delle proprietà meccaniche di una lega di alluminio.

Curve sforzo-deformazione del ferro a tre diverse temperature.

Transizione da duttile a fragile

Transizione da duttile a fragile.

Esempio del Titanic —> materiale scadente, a contatto con acqua gelida non ha più un comportamento duttile ma fragile.

Esempio nave Liberty —> i meccanici non avevano valutato la duttilità del materiale a contatto con temperature fredde. Le prove vennero fatte a temperatura ambiente! Duttile-fragile.

La temperatura di transizione fragile è la T alla quale la frattura di un materiale cambia da duttile a fragile.

• FCC —> non hanno temperature di transizione duttile-fragile.
• BCC —> Queste leghe metalliche hanno temperature di transizione duttile-fragile, solo ad una certa temperatura il materiale è duttile.

Meccanica della frattura: tenacità a frattura

Meccanica della frattura: tenacità a frattura —> Studia la capacità di un materiale di resistere allo stress in presenza di un difetto. Consente la realizzazione di analisi teoriche e sperimentali sulla stabilità strutturale, o viceversa sulla rottura, di materiali contenenti cricche e difetti. La frattura di un materiale inizia nella zona in cui la concentrazione degli sforzi è massima, apice di una cricca acuta.

Prova di tenacità a frattura

Prova di tenacità a frattura: applicare uno sforzo di trazione su un provino che presenta degli intagli. Lo sforzo lungo l’intaglio è intensificato. Attraverso la prova determino il fattore di intensificazione degli sforzi.

Misura la capacità di un materiale difettoso di resistere ad un carico.

Per esprimere la combinazione degli effetti dello sforzo all’apice della cricca e della lunghezza della cricca, in generale si utilizza il parametro K fattore di intensità degli sforzi. Sperimentalmente si è trovato:

• Y = fattore geometrico adimensionale in genere = 1;
• σ = sforzo nominale applicato;
• a = lunghezza di una cricca superficiale, o metà di una lunghezza interna.

Il valore critico del fattore KI che causa il cedimento catastrofico del provino è detto tenacità a frattura KIC del materiale.

Ceramici

Ceramici —> I materiali ceramici sono relativamente deboli in trazione ma relativamente resistenti in compressione.

In generale sui ceramici si eseguono prove di resistenza a flessione.

Progettazione meccanica

I valori di tenacità a frattura dei materiali sono utili nella progettazione meccanica, in particolare quando si lavora con materiali di ridotta tenacità o duttilità, come le leghe di Al ad alta resistenza, gli acciai e le leghe di Ti.

I materiali che mostrano poca deformazione plastica prima della frattura hanno dei valori di tenacità a frattura relativamente bassi e tendono ad essere più fragili, mentre quelli con valori di KIC più alti sono più duttili.

I valori di tenacità a frattura possono essere usati nella progettazione meccanica per predire le dimensioni ammissibili dei difetti nelle leghe con ridotta duttilità in presenza di condizioni note di sollecitazione.

Materiali ceramici

Materiali ceramici.

Prova a flessione: nella parte centrale della barra viene applicato un carico, si ha una deformazione lungo il verso della forza applicata.

• Nella parte superiore vi è una compressione;
• Nella parte inferiore vi è una trazione.

Ceramici, tenacità a frattura: