Analisi dei comportamenti e delle prove sui materiali

Fattori che influenzano la forza

L'azione di una forza agente su un corpo si può valutare considerando tre fattori: il materiale che viene interessato dalla forza, l'entità della forza e la geometria del corpo. Distinguiamo tre tipi di comportamento che un corpo può avere se sollecitato:

-comportamento elastico: se la forza è sufficientemente piccola il corpo si deforma ma ritorna alla sua forma originaria quando la forza deve rimossa;

-comportamento plastico: se aumenta la forza fino alla tensione di snervamento il corpo si deforma ulteriormente, e la deformazione non si recupera rimuovendo la forza;

-frattura: applicando una forza sufficientemente elevata il corpo si divide due o più parti.

Prove sui materiali

Sui materiali si possono fare prove statiche applicando un carico costante o crescente nel tempo; cicliche, in cui il carico oscilla tra due valori per un numero di volte elevato; ad urto, quando il carico è applicato rapidamente per verificare la capacità del materiale di assorbire l'energia dell'impatto.
Effettuando una prova di trazione il provino, che ha la forma di osso di cane, viene sottoposto a una forza di trazione lungo il suo asse e al variare della forza se ne studia la deformazione. È possibile definire quindi lo sforzo nominale, dato dal rapporto tra forze applicata e superficie, e la deformazione nominale.

La deformazione elastica dipende dallo stiramento dei legami atomici e in regime elastico viene annullata alla rimozione del carico.

La deformazione plastica invece non è legata alla rottura dei legami ma allo spostamento, dislocazione o scorrimento tra piani atomici, favoriti dalla presenza di difetti. Dopo il limite di snervamento un incremento di deformazione porta a un aumento di tensione, e questo fenomeno è detto incrudimento.

Comportamento fragile e duttile

La tenacità è la capacità del materiale di assorbire energia e di deformarsi drasticamente prima di rompersi. La si può calcolare come l'area del diagramma stress strain, il quale rappresenta il lavoro necessario per rompere un'unità di volume del materiale. Esistono due tipi di comportamento: -comportamento fragile: la frattura avviene senza deformazioni plastiche e il meccanismo che porta a rottura e la propagazione dei difetti. i materiali a comportamento fragile resistono meglio a compressione.

-il comportamento duttile invece si ha quando la frattura è proceduta da deformazioni plastiche. Il meccanismo di rottura è dovuto allo scorrimento plastico dei piani reticolari, tipico dei metalli, in quanto è permesso dal legame metallico.

Prove di flessione e fatica

Un'altra prova che si effettua è la prova di flessione: si sottopone a carico un provino a metà della sua lunghezza, il quale si flette e viene portato a rottura.

Nelle prove a fatica il materiale viene sottoposto a un carico ciclico con una frequenza e un'intensità con lo scopo di verificare il numero di cicli necessari alla rottura del provino.
La resilienza è la capacità di un materiale di assorbire energia elastica durante un urto. Per fare questo tipo di prova si usa il pendolo di Charpy, che con un'asta colpisce il provino e permette di calcolare in base alla sua posizione finale, o più in particolare alla differenza di quota, la resilienza. È importante definire anche l'effetto della temperatura sul comportamento dei metalli: essa infatti diminuisce con il diminuire della temperatura in modo più brusco quando si scende a una temperatura di transizione.