Appunti modulo II di scienza dei materiali

Trazione

Prova di trazione:

Si sottopone il provino ad una prova che lo deforma.

Si definisce lo sforzo (in Pascal):

F = F / S₀

S₀ = Sezione del provino prima della prova

È un allungamento percentuale:

ε = (L - L₀) / L₀ × 100

Sono le norme UNI a stabilire forma e dimensione del provino standard. La normativa ci dà il rapporto tra la sezione S₀ e il tratto utile L₀:

• L₀ = 5 d (con provino tondo)
• L₀ = 5,65√S₀ (con provino a sezione rettangolare)

Per svolgere queste prove si possono usare macchine oleodinamiche o elettromeccaniche.

Inizialmente il provino subisce una deformazione elastica e se lo scarico torna alla lunghezza iniziale.

Quando la deformazione del provino si concentra in un'unica zona si parla di strizione, localizzata nel centro del tratto utile.

Dopo il valore di corrispondente alla strizione, il grafico decresce perché la sezione diminuisce (questo non è tenuto conto dal grafico trazione σ).

Quindi la parta sopra M su una sezione più piccola è più grande e su S₀ è minore → decresce.

Si definisce il modulo elastico o di Young:

E = σ / ε (in GPa)

È valido per la parte elastica.

Il modulo di Young dipende dal materiale e non cambia se sono presenti trattamenti termici se è legato alle forze tra atomi.

Lo si può trovare dalla pendenza della curva. Solo se quei estensimetri sono molto precisi.

Modulo elastico acciaio ≈ 200 GPa.

DAL GRAFICO σ-ε SI PUO' RICAVARE IL CARICO DI SNERVAMENTO

È POSSIBILE CALCOLARE DAL GRAFICO L'ENERGIA ASSORBITA A ROTTURA (AREA SOTTESA)∫dε f dL - 0.5σ_oL 0.εTENACITA' CAPACITA' DI RESISTERE ALL'AVANZARE DI UNA CRICCAAFFINITA' MAGGIORE È L'AREA SOTTESA, MAGGIORE È LA TENACITA'

DUTTILITÀ CAPACITÀ DI ESSERE LAVORATO (SENZA ROMPERSI)SI CALCOLA DA LI' ALLUNGAMENTO PERCENTUALE

SE SVOLGO UNA PROVA DI TRAZIONE(NON FINO A ROTTURA) MA LA INTERROMPODOPO UNA PICCOLA DEF. PLASTICA ILMATERIALE INCRUDISCESE ESEGUO DI NUOVO LA PROVA SULLO STESSO

PROVINO QUESTO AVRA CARICO DI SNERVAMENTOMAGGIORE

FRATTURA

LA FRATTURA DI UN MATERIALE PUÒ ESSERE DOVUTA A:

• BASSE TEMPERATURE
• ELEVATA APPLICAZIONE DEL CARICO
• DIFETTI (COME LE CRICCHE)

SE SOLLECITO UN MATERIALE CHE PRESENTA UN DIFETTO COME UNA CRICCA, IL VALORE DI ' IN QUELLA ZONA PUÒ AUMENTARE MOLTO FACENDO SÌ CHE LA FRATTURA DEL MATERIALE AVVENGA ANCHE PER VALORI DI ≪ _y. QUESTO PERCHÉ LO SFORZO IN PROSSIMITÀ DELLA CRICCA È LEGATO ALLA GEOMETRIA DELLA CRICCA STESSA TRAMITE IL PARAMETRO DETTO FATTORE DI INTENSITÀ DEGLI SFORZI K_I.

QUESTO PERCHÉ SI HA CHE

' = _nom [1 + 2 (a/p)^1/2]

UN ESTORO ALL'ESTREMO DI UNA CRICCA MOLTO APPUNTITA AVRÀ UN MOLTO PICCOLO ⇒ ' ≫ .

ESISTONO TRE MODI PRINCIPALI DI SOLLECITAZIONE E QUINDI DI FRATTURA:

• MODO I: APERTURA
• MODO II: SCORRIMENTO
• MODO III: LACERAZIONE

LA MECCANICA DI FRATTURA CI DÀ UN FATTORE DI INTENSITÀ DEGLI SFORZI K_I:

K_I = • • [πa/(σ_u)]^1/2 [K_I] = [N•mm^-3/2]

IL VALORE DI K_I CHE CAUSA LA FRATTURA DEL PROVINO È DETTO TENACITÀ A FRATTURA K_c E DIPENDE DAL MATERIALE E DA QUANTO LA CRICCA È “ACUMINATA”.

K_c = • [δ_nom πbσ_u v_n W_tbu]^1/2

QUESTA RELAZIONE VALE SOLO IN CAMPO ELASTICO.

K_c LEGA IL CARICO ALLA DIMENSIONE DEL DIFETTO E MI PERMETTE DI CALCOLARE LA SOLLECITAZIONE MASSIMA.

PER CALCOLARE IL R_pc SI ESEGUONO PARTICOLARI PROVE CON I PROVINI “CT” (COMPACT TYPE). ESISTE UNA NORMATIVA CHE REGOLA LA PROVA E LA DIMENSIONE DEL PROVINO.

SI MISURA IL CARICO IN FUNZIONE DELL'APERTURA DELLA CRICCA:

TIPO I TIPO II TIPO III

F CURVA ELASTICA PENDENZA DEL 95%

F SPOSTAMENTO

IL PUNTO MASSIMO DELLA CURVA ELASTICA CALCOLATA DOVE ESSERE TRA LA CURVA ELASTICA IDEALE E LA PENDENZA AL 95%.

L'indurimento dello stato cementato si ottiene per tempra (in olio)

• A causa della cementazione, però, nel cuore e sulla superficie ho composizioni diverse → si usa quindi una doppia tempra:
• Sul cuore si tempra prima il cuore portando il pezzo sopra A₃ dell'acciaio di partenza. Viene temprata nel mentre anche la superficie con struttura a grani grossi.
• Si tempra l'esterno con rigenerazione della struttura mentre il cuore subisce un'attenuazione dell'effetto () della temperatura.
• Si rinviene il pezzo a 100-200°C per aumentare la tenacità dello stato superficiale e per allentare le tensioni interne.

Nitrurazione

Si fa diffondendo azoto in campo fertilico cioè circa a 450-590°C, è preferibile 520°C. Non si usano temperature più alte perché si forma un composto molto fragile detto "Braunito". Il procedimento sfrutta l'indurimento per precipitazione di nitruri e carbonitruro. Si irindurisce spessori di decimi di mm. Non comporta trasformazioni di fase quindi non crea sensibili distorsioni.

• Nitrurazione vs Cementazione:

Pro:

• Maggiore durezza superficiale
• Durezza costante per riscaldamenti fino 500°C
• Non deforma i pezzi
• Non ingrossa i grani

Contro:

• Stato indurito più sottile
• Ciclo di produzione più lungo e costoso
• Acciaio da usare più costosi per i particolari elementi di lega presenti che devono formare nitruri non troppo fragili

Le Ghise

Sono leghe molto usate in fonderia.La lega viene fusa dentro il crogiolo e viene colata nello stampo che può essere un ceramico, un metallico o fatto direttamente in terra.Nella parte alta dello stampo c'è la marti doglia cioè un serbatoio nel quale si aiuta la formazione della cavità da ritiro che dunque non andrà a interessare il nostro pezzo. Il crogiolo, quindi, chiema (cioè si unisce) allo stampo poiché i due vengono messi in rotazione e tramite la forza centifuga il fuso risale il crogiolo ed entra nello stampo si ottiene il getto per colata.

Si possono ottenere getti di:

• Acciaio TF = 1537°C
• Ghisa TF = 1144°C
• Alluminio TF = 660°C
• Rame TF = 1083°C

Le leghe da fonderia devono poter riempire forme complesse e solidificare con basso ritiro.La ghisa è vantaggiosa proprio perché:

• Riempie forme complesse,
• Solidifica con basso ritiro,
• Costa poco

Tuttavia le ghise non sono né duttili, né tenaci e inoltre non si possono lavorare per deformazione.

Le ghise hanno un tenore di carbonio che va da 2,1% al 6,67%, ma in genere si producono ghise con 2,5%C e 4,5%C.

La struttura della ghisa è molto influenzata dagli elementi di lega come Si che è un grafitizzante e fa sì che il C solidifichi come grafite o il Mn che è antirafritizzante. Lo Si va in composizione dell'austenite modificando il tipo di ghisa che ottengo.La struttura dipende anche dalla velocità di raffreddamento e bassa favorisce la grafitizzazione.

Le ghise sono classificate in base a forma, dimensione e distribuzione della grafite.

Il diagramma T-E non segue Hooke quindi per valutare E si ricorre a formule empiriche ossia considerare una pendenza della retta che passa per l'origine e per σf da 1 del carico di rottura.