Metallurgia - Riassunto prove meccaniche

Corso di

Metallurgia e materiali non

metallici

A.A. 2012-2013

Prove meccaniche

Riassunto completo di "Metallurgia e materiali non metallici" 1

LA PROVA DI RESISTENZA ALLA TRAZIONE

Scopo: determinare la risposta di un materiale metallico quando

sottoposto ad uno stato di sollecitazione di trazione uniassiale:

•Ricavare un provino (di forma definita dalla normativa) dal materiale che si

vuole esaminare

F F

•Applicare una forza centrata sull’asse longitudinale in senso tale da allungare

il provino, fino alla sua rottura.

•Registrare e diagrammare i valori sforzo-deformazione ottenendo così la

cosiddetta curva di trazione (dalla cui analisi si ricavano delle grandezze

caratteristiche utili per scopi di progetto e/o verifica) 2

Normative

• UNI EN 10002 Materiali metallici - Prova di trazione

Parte 1: Metodo di prova a temperatura ambiente

Parte 5: Metodo di prova a temperatura elevata

• ASTM E 8 - 00b Standard test methods for tension testing of metallic materials

• ISO 6892 Metallic materials - Tensile testing at ambient temperature

• ISO 783 Metallic materials - Tensile testing at elevated temperature 3

MACCHINA DI PROVA Traversa fissa

Cella di carico

Estensometro

Afferraggi per il provino

Traversa mobile

Unità di controllo 4

PREPARAZIONE DEL PROVINO

Tratto a sezione cilindrica Raccordo Testa (filettata)

Provino proporzionale:



L k S

0 0

L = lunghezza totale

t

L = lunghezza tratto

c

cilindrico

L = lunghezza tratto utile

o

Per provini proporzionali a sezione circolare:

 

L k S 5d

K = 5.65 corto 0 0 0

 

K = 11.3 normale-lungo L k S 10d 5

0 0 0

PREPARAZIONE DEL PROVINO

a Provino proporzionale:



L k S

0 0

Per provini proporzionali a sezione rettangolare: (lamiere, nastri)

  '

L k S 5d

K = 5.65 corto 0

0 0   '

K = 11.3 normale-lungo L k S 10d 0

0 0

’

d è il diametro fittizio che avrebbe una

0

sezione circolare di uguale area. 6

All’interno l’hp

del tratto utile Lo è verificata di distribuzione uniforme

dello sforzo nella sezione (hp di De Saint Venant).

F F

d > = max dimensione

trasversale F

s S 0

l’asse

Lo sforzo è diretto longitudinale del provino ed il suo valore è lo

stesso in tutti i punti della sezione 7

CURVA DI TRAZIONE x gli acciai

]

2

[N/mm Cella di estensometro

carico

Periodo della strizione

[s Periodo delle grandi deformazioni l

(campo plastico) [mm]

F [N]

Periodo delle piccole

deformazioni

(campo elastico) e [%]

[ 

F

s  N mm 2 sforzo o carico unitario

/

S 0 

  

L L

L mm

e   0 deformazione

 

L L mm

  8

0 0

I. Periodo delle piccole deformazioni

Campo elastico proporzionale : la curva di

s trazione può essere approssimata con una retta.

e Vale la relazione di proporzionalità tra sforzi e

c.e. non deformazioni:

proporzionale s e

= E detta legge di Hooke

s p E = modulo di Young o modulo di

] elasticità longitudinale

c.e.

2

[N/mm proporzionale s =Fp/S : carico unitario al limite di

p 0

s proporzionalità

e [%]

e 0.05%

= l’andamento

Campo elastico non proporzionale

: del diagramma si discosta dalla

proporzionalità; scaricando il provino si ha una deformazione residua massima dello 0.05%

s =Fe/S : carico unitario al limite di elasticità

e 0 9

Significato di E

La curva il cui materiale ha un E maggiore avrà, a pari sforzo, una deformazione minore: cioè

questo materiale tende a deformarsi di meno: è elasticamente più rigido.

Questa indicazione è molto utile in fase di progettazione: permette il calcolo delle

deformazioni di una struttura sottoposta a determinati carichi in campo elastico.

E

E2

s E1

e2 e1

Il modulo elastico E dipende dalla struttura del materiale ed è influenzato dalla temperatura.

E [Mpa] 20°C 200°C 400°C

207000 186000 155000

Acciaio al carbonio 193000 176000 159000

Acciaio inox 10

72000 66000 54000

Leghe di alluminio

Deformazione elastica

s

Se gli sforzi rimangono al di sotto di il reticolo cristallino, pur deformandosi, non riceve

e

energia sufficiente per innescare il moto delle dislocazioni (sempre presenti nella massa

metallica); quindi al cessare di tali forze la deformazione si annulla. 11

II. Periodo delle grandi deformazioni

] Al crescere della forza le deformazioni

2

[N/mm incominciano a diventare importanti

s e [%]

Fenomeni contrastanti:

•Diminuzione della sezione resistente (uniformemente su Lc); a causa di questo la forza

tenderebbe a diminuire al crescere della deformazione (perché sarebbe come tirare un

provino di diametro via via sempre più piccolo).

•Incrudimento:è l’aumento di resistenza intrinseco del materiale; il suo effetto sul

diagramma sarebbe invece quello di fare aumentare la forza per progredire nella

deformazione. l’effetto dell’incrudimento

In questa fase è prevalente su quello della diminuzione della

sezione quindi la curva continua ad avere una pendenza positiva, anche se via via sempre

più piccola e comunque minore di E 12

Incrudimento: l’aumento

è di resistenza del materiale in seguito a deformazione

plastica, legata al movimento delle dislocazioni che, trovando degli ostacol