Appunti Tecnologia dei materiali

DUREZZA

Prova di durezza => mi permette di valutare i materiali non solo sotto forma di provini ma anche sotto forma di manufatti

Durezza = misura della resistenza del materiale ad una deformazione plastica (localizzata e confinata dentro una porzione moltopiccola del materiale)

Questo tipo di prova non provoca la rottura del materiale, anzi mi consente di utilizzare delle modalità di prova che non producono difetti che sono distinguibili (visibili ) in modo tale che si possano fare su oggetti finiti.

Ad esempio: vado a misurare la durezza di un materiale valutando la sua capacità di provocare un graffio sul minerale più tendo o essere graffiata da un minerale più duro. a seconda dell’impronta e

Come si procede: abbiamo un provino su cui viene fatto premere un penetratore per un certo tempo, della profondità possiamo dire se il materiale è più o meno duro. Un materiale più duro sarà ovviamente un materiale per

cuil'impronta è più piccola, viceversa sarà meno dura se l'impronta è grande.

Caratteristiche: prova non distruttiva, è limitata ad una porzione di materiale, può essere permanente.

CIRCa 20-25 ses correlata empiricamente con lo sforzo a rottura del materiale.

1. Durezza Brinell: carico è una sferail che viene applicato dimateriale estremamente duro, questa sfera deforma plasticamente ilmateriale, una volta rimosso misuro l'impronta lasciata. BHN (brinell hardness number)

2. Durezza Vickers piramide di diamante a base quadrata, che utilizzausata con carichi dell'ordine della decina di kili ma anche più bassi.

3. Microdurezza Knoop: nel caso della durezza Knoop e alcuni casi di microdurezza, Vickers abbiamo a che fare con la questo mi permette di misure nei grani cristallini, andare a fare come ad esempio vedere se ci sono grani con durezza diversa o zone costituite da fasi diverse, oppure mi consente

di non avere una compenetrazione troppo elevata e quindi andare a misurare il rivestimento o modificazione superficiale.

4. Durezza Rockwell: ha diverse scale che implicano sia diversi tipi di penetrative (cono di diamante, sfera di acciaio) sia il diverso carico applicato-> anche qui si misura quanto entra dentro al penetratore. La conversione da una scala all’altra o da una modalità di prova all’altra non è esistono tabelle di conversione immediata, ma

Attenzione: i materiali morbidi in queste prove non possono essere ovviamente impiegati perché cedevoli e deformabili. Esistono altre durezza shore modalità di prova e quella che viene utilizzata in questi casi è la (per elastomeri e plastiche morbide). Anche qui si ha un penetratore nella scala A è un tronco di cono e viene caricato con 1 kg, nella scala B è un cono e viene caricato con 5 kg. A si utilizza per le gomme più tenere, B per quelle più dure.

Si applica il

carico e si va a vedere quanto il penetratore entra all'interno del provino. A seconda di quanto questo affonda avrò un valore di durezza.

Si noti che mentre con le durezze viste prima io ho una proporzionalità con lo sforzo a rottura, in questo caso la misura di durezza è soprattutto una misura per valutare la qualità di un materiale; quindi non si può utilizzare per valutare le proprietà meccaniche come la resistenza meccanica. Altre 2 durezze in cui per le plastiche molto morbide o per esempio per i gel, vengono utilizzati carichi più bassi e penetratori che hanno un raggio sferico all'estremità.

N.B. Al momento della progettazione bisogna tenere conto di tutte le proprietà dei materiali. sforzi interni=tensioni residue,

Fino ad ora abbiamo parlato di sforzi applicati ovvero di sforzi esterni, in realtà esistono anche gli che sono gli sforzi che rimangono intrappolati dentro al materiale. (Sono dovuti ad

ciò che vado a fare è piegarlo in su e ingiù, sulle stesse porzioni del filo si va a cambiare lo sforzo che sentono, che non è costante nel tempo ma cambia periodicamente; in fenomeni di fatica questo modo la resistenza del materiale diminuisce => del materiale = riduzione della resistenza del materiale a causa della variazione periodica dello sforzo e quindi della deformazione prodotta. Le rotture a fatica producono delle deformazioni plastiche localizzate e non necessariamente ben visibili. Fatica: riduzione della resistenza di un materiale a causa della variazione periodica e ripetuta nel tempo di sforzo e deformazione. Esempio è quello della rottura della protesi femorale, che avviene a livello del neck, a causa di sforzi variabili. tre diversi livelli di carichi ciclici:

• Esistono vibrazioni a bassissima ampiezza, ad esempio acustiche
• fatica ad alto numero di cicli, con sollecitazioni inferiori allo sforzo di snervamento (es.: protesi d'anca,

piattaforme petrolifere, serbatoi in pressione, semiassi e bielle di automobili, rotori di elicotteri, ecc.)

• fatica a basso numero di ciclici (oligociclica), con sollecitazioni superiori allo sforzo di snervamento (es.: rottura della linguetta di una lattina)

Ciclo= periodo di variazione dello sforzo

Esempi di cicli di sforzo:

1. Sforzi uguali in tensione e compressione
2. Sforzo in tensione più grande dello sforzo in compressione
3. Tutto lo sforzo è in tensione

Molto pericolosi sono gli sforzi a trazione perché provocano la rottura del materiale.

Se andiamo a vedere la superficie di un oggetto che si è rotto a fatica, si vedono a livello macroscopico delle fratture (= linee di spiaggia) ad esempio perché lo stato di propagazione ha avuto delle interruzioni, possono essere anche fratture a livello microscopico -> striature di fatica -> linee che dipendono dallo sforzo e tendono ad aumentare allo sforzo

Linee di spiaggia (macroscopiche):

Tipiche di componenti per cui lo stadio di propagazione della cricca subisce ripetute interruzioni. Ogni banda di linee di spiaggia rappresenta un periodo di tempo in cui si ha la crescita della cricca.

Striature di fatica (microscopiche): ogni striatura rappresenta la distanza di avanzamento del fronte di cricca durante un singolo ciclo di carico. La larghezza della striatura dipende da, e aumenta con, l'aumentare dello sforzo.

Localmente il materiale subisce delle deformazioni plastiche che per effetto di cambiamento della direzione dello sforzo mi provocano un avanzamento della frattura prova a fatica. Il provino viene fatto ruotare perpendicolarmente all'asta; le parti del provino vanno a sentire sforzi diversi di trazione e compressione in questo modo (alternativamente).

Visto che è una prova a rottura, si ottengono delle curve dette curve S-N dove su y si ha

L'ampiezza dello sforzo in funzione del numero di cicli che portano a rottura il provino. (In scala logaritmica)

Con queste curve posso identificare un certo livello di sforzo e vedere dopo quanti cicli ho rottura oppure a quale livello di sforzo la rottura corrisponde.

I fenomeni di rottura sono fenomeni statistici; significa che in realtà non ho una curva ma una serie di curve che corrispondono a rotture diverse e a probabilità diverse della rottura.

Il comportamento a fatica non è necessariamente lo stesso perché esistono materiali che dopo un certo valore di sforzo presentano un asintoto orizzontale ossia un limite di fatica; per valori di sforzo più bassi non si ha rottura per fatica. Altri materiali non hanno un limite di fatica quindi anche per sforzi bassi posso avere rottura per fenomeni di fatica (leghe di alluminio).

Ampiezza dello sforzo (S) in funzione del logaritmo del numero di cicli a rottura (N)

Si può

determinare: -> resistenza alla fatica per N1 cicli -> vita a fatica (o limite di fatica) per lo sforzo S1

Velocità di propagazione delle cricche di fatica associata alla presenza di difetti

È una rottura abbastanza lenta:

1. Fase iniziale: crescita della cricca estremamente lenta
2. Fase intermedia: crescita rapida della cricca (direzione della cricca perpendicolare alla direzione del massimo sforzo di trazione). Possiamo avere una rottura anche dopo un milione di cicli. (=>viavia che i legami si rompono la cricca si estende allora diminuisce la sezione resistente del materiale)
3. Fase finale: crescita instabile della cricca fino a rottura (la cricca si orienta perpendicolarmente alla direzione del massimo sforzo di trazione).

Avendo una frattura che avanza posso fare una trattazione che riprende le considerazioni della tenacità a frattura. Si trova di nuovo il fattore di intensificazione degli sforzi. Se noi riportiamo la velocità di propagazione della cricca