Appunti parte 2 di Materiali del corso

CERAMI STESSA

CI

CONFRONTO SEI FLESSIONE

DI

LA DI

CON

29 ottobre 2020 FSIIÉÉÌÀ Nell'ambito della durezza di un materiale esiste una

(

# scala, detta scala mineralogica/scala Mohs, che

µ ma identifica la durezza in termini relativi: resistenza alla

durezza

di

Prove scalfittura superficiale di un materiale nel momento in

)

Kgza

↳ cui viene scalfito da un altro materiale (diameante

sintetico) con valore massimo pari a 10.

2

mm Questa scala però non è quella utilizzata dal punto di

vista ingegneristico.

Noi identifichiamo la durezza con i risultati di prove

sperimentali che vengono fuori dal uso di una

o

strumentazione specifica (durimetro

microdurimetro): imporre un carico/forza sulla

superficie del campione del cui materiale vogliamo

conoscere la durezza. Il carico viene imposto

mediante una punta di forma specifica (a seconda

del tipo di punta le misure di durezza hanno un nome

specifico)

Se premiamo la punta sulla superficie del materiale con una certa forza per un certo tempo (normato), una volta tolta la

punta rimane un impronta (la cui forma dipenderà dalla punta - indentatore, Rockwell): il parametro sarà legato alla

dimensione del impronta che rimane.

La durezza è importante e interviene in tutti quei fenomeni di potenziale danneggiamento superficiale che derivano da

sollecitazioni tribologiche (se abbiamo due corpi a contatto in moto relativo, premuti da una forza, che sfregano l'uno

contro l'altro, intuitivamente mi aspetto che ci sia il consumo del materiale e il materiale che si consuma di meno e quello

che ha la superficie più dura)

Un altro aspetto importante da prendere in considerazione è l'entità del carico, cioè il valore della forza che viene applicata

dal indentatore sulla superficie:

- volendo avere come risposta una proprietà della superficie, non applichiamo carichi troppo alti in funzione della

dimensione del campione in quanto potrei romperlo

- non applichiamo carichi troppo alti in quanto dobbiamo misurare la durezza superficiale di rivestimenti sulla superficie in

quanto vogliamo provare la durezza al usura della superficie. Se i rivestimenti sono dell'ordine di qualche decina di micron,

è evidente che la forza da applicare non deve essere tale da far scendere l'impronta ad una profondità superiore, in quanto

)

METRI

non avrai la risposta del rivestimento ma quella del materiale sottostante. ( uso MICRODURI

ali

ordine carichi applichi inferiori

INDENTATORI al

NANO

se nanometro →

spessore grammo

→

.

Dato che viene lasciata un'impronta significa che c'è stata una deformazione; la deformazione che il materiale subisce in

superficie segue quello che abbiamo detto parlando della se c'è una deformazione permanente di forma é evidente

σε:

che c'è stata una deformazione plastica, non recuperabile. La misura dell'area dell'impronta viene fatta nel momento in

cui il carico viene tolto, quindi l'impronta utilizzata per fare i conti è quella che trattiene solo le deformazioni permanenti.

Se ci sono deformazioni permanenti c'è sempre comunque stata una fase di deformazione elastica.

Ad un aumento di durezza corrisponde un aumento di carico di snervamento: A parità di carico l'impronta lasciata è più

piccola, siccome la durezza è data dal rapporto delle due grandezze, cresce, quindi è stata minore la deformazione

plastica del materiale ed è maggiore il carico di snervamento.

- del

La dimensione media cristallino

grano

{

-

↳ ) proprietà

della influisce

microstruttura

( sulle

parametro

- del materiale

estrinseche

gighe

{

dimensione

D= del l

media

carico

unite cristalli

grano

DUREZZA

PROVE DI

TIPOLOGIE

PRINCIPALI DI : di un

fatto

deve essere

✓ della

duro superficie

più

materiale

del

seconda

a

indentato re

di ceramica

÷

Brinell Sfera di acciaio o carburo di HB

tungsteno, diametro 11 mm

E

È 2

136°

Piramide a base HV= 1.854 P/d

Microdurezza

2 quadrata di diamante

Vickers

È del

diagonali impronta

le

conosco

→

a

/ di residua

¥ di

più piccoli

è 2

Microdurezza Piramide HK= 14.2 P/d

integrammo

× Knoop diamantata con ha direzione preferenziale

→ una

base rombica

Diamante di forma conica,

Rockwell e 60 kg

con angolo al vertice di

Rockwell 100 kg

120°; oppure sfere di

superficiale 150 kg

acciaio diametro 1.588, HRB

3.175, 6.350 e 17.70 mm

In realtà non prevede di fare un

rapporto tra forza applicata e un

parametro geometrico superficiale

del impronta, ma sullo strumento

esiste già una scala graduata che da

un valore relativo alla profondità di

penetrazione

Le prove di durezza non sono confrontabili: solamente per una classe di materiali (acciai) esistono corrispondenze tra il

valore Brinell, Vickers e Rockwell.

Altrimenti bisogna prendere la stessa tipologie di prova perché non sono disponibili corrispondenze tra le scale

Le prove studiate finora hanno una cosa in comune: il modo in cui la forza viene applicata. Quando la forza varia varia

quasi statiche)

lentamente nel tempo. (sollecitazioni

(Per la durezza è proprio stativa, costante)

prove di impatto / resilienza

Comportamento in esercizio:

il componente può essere sottoposto anche ad una sollecitazione impulsiva, ad un urto.

La risposta del materiale è diversa a seconda che io applichi sollecitazioni quasi

statiche o impulsive.

Un provino con dimensioni a norma viene sottoposto ad un urto: la prova

Charpy : un pendolo con una massa viene fatta

per eccellenza è quella

impattare su un provino che tipicamente ha un intaglio (quindi una

diminuzione di sezione resistente proprio dove impatta il martello) sulla

faccia opposta a quella di impatto.

Mi posso aspettare che il martello, colpendo il campione, rompa il provino

e risalga ad una certa altezza.

FESSERIA La rottura di un campione determina assorbimento di energia: l'energia

iniziale potenziale (mgh1) è diversa da (mgh2) con h2 altezza di risalita

1¥00 ha

ha < Oh di

se calcoliamo energia che

quantità viene

mg = della

dividiamo l'

la sezione

assorbita resistente

e area

per

dove

( MATERIALE

l' RESILIENZA

intaglio) assorbita

DEL

c' è energia

-

^

( rottura

sezione

!

diversi

L' di caduta

altezza dalla

di

( modulo resilienza sottesa 6-E fermandoci

a re a

=

è ,

non uguale e )

elasticità

finita di

al

energia limite

di

quella -

risalita di

a volume

Ogni materiale ha un valore di resilienza: se vogliamo mantenere costante l'altezza h1 (da cui parte la massa m del

martello) e invece di prendere un provino con sezione 1cmx1cm prendo un provino 1mx1m, il materiale con massa

maggiore assorbirà più energia per rompersi (h2 < h1).

La resilienza è però una proprietà del materiale: ci dobbiamo svincolare dalla dimensione del campione

↳ dimensioni

ASSORBITA

ENERGIA dalle

dip

ottengo parametro in

DIVIDO un

→ .

SEZIONE

DELLA

SUPERFICIE

Se abbiamo materiali con comportamento fragile, ovvero un materiale con una curva sforzo deformazione elastica

lineare fino a rottura, la quantità di energia che il materiale assorbe per rompersi è molto piccola. Se invece abbiamo a

che fare con un materiale a comportamento duttile, la quantità di energia che necessita il materiale per rompersi può

essere invece molto alta.

I materiali a comportamento fragile hanno valori di resilienza molto vicini allo 0, i materiali a comportamento duttile hanno

valori di resilienza sensibilmente superiori a 0.

Quando abbiamo dei componenti che devono anche resistere a sollecitazioni d'urto non possiamo scegliere un materiale

fragile in quanto si romperebbe facilmente. Scegliamo invece materiali che sono a comportamento elasto-plastico

incrudente. → diminuzione

Metallo CFC di tollerabile

resilienza ma

) comportamento

( Nichel

Ni Buon

→

es

Più . hanno

)

CRIOGENICI (

↳ acciai ADDATI A →

T Bassa

duttile .

Nichel

tutti

Metallo CCC a bassa resistenza,

(tipo acciai di basso carbonio);

assorbita Materiali termoplastici

Energia

Più di resilienza

valore

Leghe ad alta resistenza

fragile → basso

più

di

ad valore

alto carico

= di snervamento

Quando aumentiamo la resistenza, per esempio aumentando

Temperatura il carico di snervamento si riduce la duttilità, ridurre la duttilità

non significa che il materiale diventa fragile, ma si sposta un

po' verso il comportamento più fragile.

L'aumento del carico di snervamento porta l'aumento della durezza del materiale,

una diminuzione di duttilità e resilienza, quindi una maggiore tendenza alla fragilità

Il valore della quantità di energia assorbita dal materiale dipende in generale dal fatto che il materiale sia fragile o duttile,

abbia un legame metallico o covalente, ma anche dalla possibilità che il materiale assorba più o meno energia.

Il meccanismo di assorbimento di energia è controllato anche dal fatto che all'interno le dislocazioni si possono muovere.

Se si muovono le dislocazioni si attivano meccanismi di deformazione plastica quindi il materiale assorbe più energia.

Questo richiede una sorta di energia di attivazione: quindi se facciamo prove di resilienza a temperature diverse la

tendenza di carattere generale è che al diminuire della temperatura, quindi al togliersi dell'energia, il movimento delle

dislocazioni diventi un po' più difficile ( quindi c'è una diminuzione di resilienza ). Il valore di resilienza non è indipendente

dalla temperatura.

Per le CCC la resilienza diminuisce andando verso temperature più basse, ma comunque mantiene dei valori mediamente

alti. Individuare il carico di snervamento per le CCC metalliche è più facile: sulla curva è presente un tratto quasi

σ ε

orizzontale. Le strutture CCC hanno un numero significativo di dislocazioni con pari energia di attivazione e quando si

raggiunge il valore soglia si muovo tutte insieme: di con