Appunti per il 1° parziale di Metallurgia

REAZIONI ALLO SFORZO

● La principale reazione di un metallo ad uno sforzo è la DEFORMAZIONE.

● La deformazione è uno spostamento degli atomi del reticolo dalle loro

posizioni iniziali.

● Questa si divide in due:

- Elastica se gli atomi non vedono rompersi i loro legami e quindi ritornano alla posizione

iniziale di equilibrio quando lo sforzo viene a cessare. (spostamento reversibile)

- Plastica quando i legami iniziali tra gli atomi si rompono e se ne creano altri con altri

atomi (senza variazione di volume!), pertanto quando lo sforzo viene a cessare non

riescono più a tornare nella loro posizione iniziale di equilibrio. (spostamento irreversibile)

● Al crescere del movimento delle dislocazioni si aumentano i loro accavallamenti e si avrà

massima deformabilità a cavallo dei piani a massima densità atomica (rivedi parte sui sistemi di

scorrimento)

LE PROVE MECCANICHE

● Finora abbiamo visto come è strutturato un metallo, i legami che uniscono gli atomi, le proprietà

meccaniche e che il suo comportamento meccanico è diverso e varia in base a:

- Tipo di materiale

- Tipo di carico a cui è assoggettato

- Condizioni in cui il carico è applicato (chimiche e fisiche)

- Geometria del materiale: ovvero che misure ha il materiale soggetto a prova, di cui le più

rilevanti sono lunghezza utile L e sezione trasversale A

0 0

● Per questo motivo ci sono tanti tipi di prove meccaniche, che donano informazioni diverse:

- Prove Statiche(Trazione, Torsione, Compressione): in cui il carico e costante o

lentamente crescente nel tempo

- Prove cicliche: In cui il carico varia tra un massimo e un minimo per un numero elevato

di volte

- Prove ad urto: Il carico è applicato molto rapidamente per verificare la capacità del

materiale di assorbire energia all’impatto.

N.B: Tutti i grafici delle prove che andremo a vedere, sono grafici Sforzo-Deformazioni che riportano

lo sforzo e la deformazione nominale; pertanto anche se in certi casi, come dopo la strizione, la

resistenza di un materiale sembra decrescere, non è affatto così in quanto bisogna tenere conto

dell’area istantanea e non di quella nominale.

PROVA DI TRAZIONE (quella che ci da più informazioni)

● Finalità della prova: Questa prova ha la finalità di fornire informazioni utili su:

- Modulo elastico (E)

- Carico unitario di snervamento (Rp )

0,2

- Carico unitario di rottura(Rm)

- Allungamento percentuale A %

0

- Strizione percentuale Z %

0

PROVINI

Possono essere a sezione circolare o rettangolare e sono formati dal tratto a sezione uniforme

● (calibrato) + le due estremità a sezioni maggiorate per l’afferraggio

La lunghezza del tratto prismatico è data da:

● - Tratto utile L : sul quale si fanno le misure relative alle deformazioni

0

- Tratto calibrato L: lunghezza del tratto prismatico prima dei raccordi

con le teste

Definisco L-L circa pari alla dimensione max della sezione trasversale

● 0

Affinchè le grandezze trovate siano indipendenti dalla geometria del provino,

● bisogna fissare il valore corretto del tratto utile L che viene stabilito in base alla sezione iniziale

0

S della provetta tramite questa formula: o L =n*d con k=5,65 e n=5

0 0

MACCHINE PER LA PROVA DI TRAZIONE

Sono formate principalmente da 3 parti principali:

● 1) Parte per produrre lo sforzo: Incastellatura (2 colonne e 2 traverse) con parte mobile ed

una fissa +comando idraulico azionato da motore elettrico

2) Parte per la trasmissione dello sforzo: formata dalle 2 morse per afferrare i campioni

3) Parte per la misura dello sforzo e della deformazione: cella di carico + estensimetro

per misurare gli allungamenti

RISULTATI DELLA PROVA A TRAZIONE

Vengono ricavate 2 grandezze principali durante la prova:

● - L’allungamento L del tratto di provino con lunghezza iniziale L

∆ 0

- La forza F applicata al provino

● Da esse vengono poi ricavati lo sforzo e la deformazione ε= L/L , i quali vengono

=F/A ∆

0 0

definiti ingegneristici in quanto riferiti rispettivamente ad A e L delle situazioni iniziali

0 0

● Andiamo adesso ad analizzare i Risultati: per farlo partiamo da un grafico “grezzo” del

comportamento meccanico di un materiale sottoposto a prova di Trazione, per poi analizzare i

punti interessanti del grafico in questione.

● Il grafico in figura ci dice come sono legati fra loro e ε

● Per capire meglio il grafico (in questo caso ingegneristico) lo dividiamo in:

- Parte Elastica

- Parte Plastica: Carico di Snervamento, rottura, resistenza alla rottura

e strizione.

● Durante la prova la sezione del campione si riduce man mano che si allunga, quindi si può

parlare di sforzo vero: .

=F/A

● Nel campo delle piccole ε si ha una piccola differenza tra gli sforzi nominali e quelli veri ma nel

campo delle grandi ε diventa sostanziale

● Allo stesso modo ε si può calcolare riferendosi alla lunghezza attuale del provino, diventando ε

naturale, tramite la formula: ε=ln(L/L ).

0

● La differenza di ε tra quella nominale e quella naturale inizia a sentirsi per ε>0,4

LA PARTE ELASTICA:

➔

● Sul tratto iniziale del grafico della prova di trazione si ha un andamento lineare che sta ad indicare una

proporzionalità tra la forza e l’allungamento.

● In questo campo il materiale ha un comportamento completamente reversibile di scarico in cui torna ad

avere le dimensioni iniziali una volta finito il carico.

● Esiste quindi una proporzionalità lineare tra il carico e l’allungamento: F=K L

∆

● Si arriva quindi a definire la legge di Hooke: che descrive il legame sforzo-deformazione in campo

=E*ε

lineare (infatti è l’equazione di una retta con coefficiente angolare E).

● Essa è ovviamente valida solo nei tratti lineari elastici e la pendenza del tratto lineare viene definita come E

ossia come modulo elastico (o di Young)

● La parte di deformazione elastica, non è uguale in tutti i metalli: ci sono metalli in cui è lineare, mentre ce

ne sono altri in cui la parte elastica è una curva, pertanto non si utilizzerà il modulo elastico ma modulo

tangente e modulo secante.

Parte elastica lineare: Parte elastica curva

● Definiamo alcuni termini utilizzati durante la descrizione della prova di trazione:

- comportamento elastico: è il comportamento di un materiale che allo scarico ripercorre

lo stesso legame F- L

∆

- elasticità: caratteristica di un materiale che ripercorre allo scarico la stessa legge -ε

- limite elastico: carico oltre al quale cessa il comportamento elastico

- limite di proporzionalità: carico oltre al quale cessa il comportamento lineare

LA PARTE PLASTICA SENZA STRIZIONE

➔ ● Carico unitario di Snervamento: è un fenomeno che si presenta (non è

sempre presente) in diversi materiali quando raggiungono un certo livello

di deformazione. Esso separa il campo delle piccole deformazioni (nel

campo proporzionale) da quello di quelle grandi e viene determinato come

il punto in cui la curva non ha più andamento lineare.

-ε

PROCEDIMENTO GRAFICO PER TROVARE IL PUNTO DI SNERVAMENTO

● Per trovarlo bisogna tracciare una linea parallela alla parte elastica,

passante per una data (0.002) e vedere l’intersezione con il grafico.

● La deformazione plastica inizia alla decrescita dello sforzo e siamo quindi

al limite di snervamento superiore che porta poi ad una fluttuazione

della deformazione attorno ad un valore medio chiamato limite di

snervamento inferiore che coincide con il minimo valore di sforzo.

● Esso si ha principalmente nei metalli a reticolo CCC

● Una volta superato il tratto elastico, quando scarico il primo esso recupera

solo la deformazione elastica, il resto no.

● Quando vado a caricare nuovamente non avrò più la stessa curva poichè

durante il primo carico le dislocazioni sono aumentate divenendo ostacolo

per quelle già esistenti e modificando le proprietà del materiale a causa

n

dell’incrudimento. =k*ε

● Essendo state rallentate per superarle dovrò fornire più energia e quindi aumentare il carico per

poter nuovamente deformare il provino

LA PARTE PLASTICA CON STRIZIONE

➔

● Dopo lo snervamento, per effetto dell’incrudimento lo sforzo da applicare per continuare la deformazione

cresce fino ad un max che è chiamato carico unitario di rottura , che indica lo sforzo massimo

R

sostenibile dal materiale sotto trazione. Ma in questo punto non si ha la rottura vera e propria del provino

(che avverrà solamente dopo) ma si ha un calo dello sforzo.

● Prima di esso le deformazioni sono distribuite uniformemente lungo tutta la lunghezza del provino ma

arrivati a si ha il fenomeno della strizione, ossia che la deformazione si localizza e si ha un piccolo

R

restringimento della sezione dove si localizzano le deformazioni successive.

● Si arriva infine alla frattura che si forma al centro del restringimento della strizione; in sua

corrispondenza avremo un valore chiamato carico di frattura.

● Nel caso di un materiale con una rottura di tipo duttile, la deformazione si localizza poiché

nessun materiale è esente dalle impurità. Infatti si hanno difetti nel tratto utile della provetta

(inclusioni non metalliche) che si possono rompere creando dei microvuoti chiamati dimples che

riducono la sezione resistente del provino.

DUTTILITÀ

● La duttilità è la misura della deformazione plastica che il materiale può subire senza rompersi

● Un materiale che presenta scarsa deformazione plastica viene definito come fragile, infatti al

crescere della duttilità il tratto plastico sarà molto più lungo mentre un materiale fragile avrà un

tratto plastico molto breve che termina subito con rottura

● Essa può essere definita in termini di allungamento e riduzione di sezione. Si parla infatti di:

- Allungamento percentuale A% che rappresenta la % di deformazione plastica

accumulata fino a rottura e si esprime così: A%=((L -L )/L )*100 e dipende da L

f 0 o 0

- Riduzione percentuale di sezione Z% che è data da Z%=((A -A )/A )*100) ed è

0 f 0

indipendendente sia da A che da L

0 0

EFFETTO DEL PROVINO E DELLA TEMPERATURA

● I risultati della prova possono essere influenzati dalle condizioni in cui si trova il provino quando

viene testato (deformazioni precedenti, trattamenti termici, impurità) →solo E non influenzato!

● La temperatura influenza invece tutto (anche E); infatti si ha che:

- ↑T ↑modulo