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

TRAZIONE

• Proprietà meccanica: proprietà legata all'applicazione di un carico meccanico (forze, momenti, ....)
• È la prova meccanica più di uso e importante
• PROVA: campione a forma di osso di cane fissato tra due morsetti e poi tirato —> la macchina misura la forza necessaria per determinare la distanza dei morsetti; la prova termina con la rottura del campione descritto dalla curva sforzo-deformazione.
Asse x: valore dello sforzo
Asse y: deformazione
Supponendo di prendere un campione e sottoporlo alla prova di trazione, si riportano i dati in un diagramma cartesiano.
- Asse delle ordinate (y): ordinate ci sono le tensioni (sforzo);
- Asse delle ascisse (x): lunghezza che varia.
A, B, C, D: La curva è divisa in
- A: Tratto "tratto elastico lineare" —> sforzo chiamato SIGMA al limite di proporzionalità;
- B: Tratto ha un andamento parabolico definito "andamento

"elastico non lineare" —> SIGMA chiamato tensione al limite di elasticità;

- C: Tratto tensione al limite di snervamento;

- D: Tratto sezione con sforzo massimo;

- AB: Tratto parabolico;

- BC: Tratto snervamento, punto in cui il notevole presenta dei bruschi cedimenti, e inizia la fase plastica;

- CD: Tratto abbiamo allungamenti e un incremento degli sforzi no ad un SIGMA massimo;

- DE: Tratto abbiamo un allungamento del campione, le tensioni diminuiscono —> andamento calante.

L'ultima zona è l'area Plastica.

Sforzo minimo, grande elasticità metallico: deformazioni basse, carichi alti

Deformazione minima, tanto sforzo ceramico: deformazioni alte, carichi bassi

CURVA SFORZO-DEFORMAZIONE

ε1P1 = sigma con 1 —> deformazione ε2P2 = sigma con 2 —> deformazione

Si formarono due triangoli simili, perché danno due angoli congruenti. Così che possiamo scrivere un rapporto.

Lo sforzo nel tratto lineare da un valore E costante,

chiamatofi fiDEFORMAZIONE ELASTICA

Il comportamento elastico del materiale è dovuto da uno spostamento a livello microstrutturale da una posizione di equilibrio. Quando il carico viene tolto ritorna alla sua posizione iniziale.

1. Una deformazione elastica è reversibile.
2. Il meccanismo fondamentale della deformazione elastica è lo stretching dei legami atomici.

Modulo di Young: maggiore sarà la forza dei legami, maggiore sarà la deformazione tra gli atomi. Maggiore è la pendenza della curva, maggiore sarà la pendenza di elasticità. Modulo di Young -> in funzione della densità:

• I materiali ceramici hanno modulo molto alto;
• Quello degli elastomeri è ancora più piccolo.

Il valore più alto dell'asse x è 10 milioni di volte più alto del valore più piccolo.

SFORZO E DETERMINAZIONE

Sforzi e deformazioni e la legge che li lega sono dipendenti dal materiale ma

indipendenti dalla forma e dimensioni;

• Carichi e allungamenti invece dipendono anche dalla forma e dimensione del pezzo

SFORZO E FORZA

Sforzo nominale o sforzo ingegneristico

COMPORTAMENTI ELASTICI

Se la deformazione è istantanea e indipendente dal tempo e se, una volta rimosso lo sforzo, il materiale riprende la sua dimensione iniziale.

Econ = moduli di elasticità o di Young

Legge di Hooke.

Nel caso di sforzo di taglio:

con G = modulo di scorrimento o taglio.

SOLLECITAZIONE E DEFORMAZIONE DI TAGLIO

Su un corpo soggetto a taglio agiscono 2 F tra loro uguali e contrarie poste su due piani paralleli τ S/A

Sforzo di taglio = Forza di taglio/sezione interessata =

Lo sforzo di taglio deforma il corpo, spostando uno rispetto all'altro i due piani di applicazione delle F che sono distanti h γ

Deformazione di taglio = spostamento/distanza = a/h = tgθ

tgθ = θ γ = θ

TERMINOLOGIA PER LE PROPRIETÀ MECCANICHE

Sforzo o stress:

• Forza o carico

per unità di area della sezione trasversale su cui agisce la forza o il carico.

Deformazione:

• Variazione di allungamento della dimensione per unità di lunghezza.

Modulo di Young o Modulo elastico (E):

• La pendenza della parte lineare della curva sforzo-deformazione nella regione elastica, uguale al modulo di elasticità.
• Modulo di taglio (G): La pendenza della parte lineare della curva di deformazione da taglio e da taglio.

Il modulo young E rappresenta la rigidità del materiale, ovvero la resistenza alla deformazione elastica.

MODULO DI POISSON, ν:

Una deformazione elastica longitudinale in un materiale elastico è accompagnata da una variazione delle dimensioni laterali. Lo sforzo applicato genera una deformazione assiale +ε1 e una contrazione laterale -ε. Il rapporto:

2 modulo di Poisson.

Viene chiamato Il valore limite superiore è uguale a 0,5 e corrisponde ad una variazione nulla del volume nell'estensione. Tale

valore è raggiunto dal caucciù che si deforma in trazione in modo elastico senza variazione di volume (comportamento ideale). In tutti gli altri materiali, invece, si osserva un aumento di volume durante la trazione. In particolare più il legame interatomico è forte (ad es. diamante) più tale aumento è elevato. ν per i metalli è vicino a 0,35, per i ceramici è generalmente compreso tra 0,17 e 0,27, per i polimeri 0.4. Comportamento meccanico dei materiali: - E deformazione reversibile elastico - Plastico: deformazione permanente - Visco-elastico: deformazione dipendente dal tempo. COMPORTAMENTO PLASTICO Se togliendo il carico rimane una deformazione residua: deformazione plastica. TRATTO DELLA CURVA NON LINEARE -> informazioni sul comportamento plastico dei materiali, deformazioni irreversibili del materiale. All'aumentare della deformazione si nota una variazione della pendenza, che va a calare fino a raggiungere.

un picco, che superatosi ha una RIDUZIONE dello sforzo —> SFORZO DISNERVAMENTO. Oltre lo sforzo le dimensioni aumentano. Il carico massimo che raggiungo viene de nito RESISTENZA A TRAZIONE. Si raggiunge un MASSIMO ALLUNGAMENTO A ROTTURA (sopratt. materiali metallici). CARICO DI SNERVAMENTO: sforzo in corrispondenza del quale si ha una ssata deformazione plastica permanente residua nella prova di trazione. 0,2% di deformazione (0.002). Normalmente il carico di snervamento è determinato per lo Tale valore è arbitrario: in considerazione della speci ca necessità si possono considerare anche altri valori. È una grandezza molto importante nella progettazione strutturale poiché rappresenta la sollecitazione al di sopra della quale si manifestano signi cative deformazioni plastiche. Cosa succede dopo lo sforzo di snervamento? L’ incrudimento aumenta la rigidezza dei materiali, quindi aumento dello sforzo. fi fi fi fi fi Come si determina la resistenza a trazione

Sforzo massimo raggiunto nel diagramma nominale sforzo deformazione. Superato tale valore si osserva sul provino un restringimento localizzato della sezione: strizione. Proseguendo la prova, lo sforzo nominale (o ingegneristico) diminuisce a causa di tale restringimento no al raggiungimento della e ettiva rottura del provino. Lo sforzo reale aumenta. Aumento del caricodi snervamento

DUTTILITÀ

La duttilità indica la caratteristica del materiale di deformarsi permanentemente senza rompersi quando è sottoposto ad una forza, come succede ai metalli. Mi dice quanto un materiale si può deformare prima di raggiungere la rottura. Si valuta in due modi: allungamento percentuale - strizione percentuale duttilità del materiale. Fornisce un valore della ovvero la capacità generica di un materiale a essere deformato. Più elevata è la duttilità, maggiore è il valore dell’allungamento percentuale. Un materiale fragile è un materiale

che si rompe dopo un allungamento percentuale di circa il 5%. La componente elastica poi viene recuperata, più è largo questo intervallo più è duttile il mio materiale.

Strizione percentuale duttilità del materiale. Fornisce un valore della ovvero la capacità generica di un materiale a essere deformato plasticamente. È anche un indice di qualità perché diminuisce se nel materiale sono presenti inclusioni o porosità.

% strizione = (sezione iniziale - sezione finale) / sezione iniziale x100%

E effetto della temperatura. Le proprietà del materiale dipendono dalla temperatura. L'effetto della temperatura sulle proprietà di trazione di una lega di alluminio. All'aumentare il materiale diventa più duttile.

MATERIALE FRAGILE. Si dice un materiale elastico con un basso livello di deformazione plastica prima di rottura, per esempio a causa di uno sforzo di trazione. L'altezza della curva.

quando il campione si rompe è resistenza a trazione.

La resilienza è la capacità del materiale di assorbire energia senza rotture permanenti, una sottesa dalla curva nel tratto elastico. È l'energia assorbita dal materiale prima della rottura.

Il grafico dello sforzo e deformazione ci dà un'altra informazione importante. L'area sottesa dalla curva nel tratto elastico definisce la resilienza, ovvero il lavoro necessario per portare il materiale al nervamento oppure, per materiali fragili, l'energia necessaria per portare il materiale a rottura.

Tenacità: Capacità del materiale di assorbire energia dall'inizio fino alla rottura. L'area sottesa dalla curva sforzo-deformazione rappresenta l'energia assorbita dal provino fino alla rottura ed è indice della tenacità del materiale.

Materiale resistente, resiliente e/o tenace.

ESEMPIO—> + tenacefi fi fi

DIAGRAMMA SFORZO - DEFORMAZIONE

COMPORTAMENTO A ROTTURA

A.

Rottura fragile

Rottura che avviene dopo una piccola (o in assenza di) deformazione plastica. Il cedimento consiste nella perdita di coesione fra gli atomi, fenomeno che porta al distacco frontale del materiale. Tipica dei ceramici e di alcuni metalli.

Rottura duttile

Rottura che avviene dopo una deformazione plastica. Si pos