Proprietà generali dei materiali - Modulo 1

ARGOMENTI LEZIONE 24.09.2019

• PROPRIETÀ GENERALI: il costo
• PROPRIETÀ GENERALI: la densità
• la curva sforzo/deformazione del movimento elastico
• la curva sforzo/deformazione del movimento elasto-plastico
• PROPRIETÀ MECCANICHE: la duttilità
• PROPRIETÀ MECCANICHE: la resistenza
• PROPRIETÀ MECCANICHE: la rigidità
• PROPRIETÀ MECCANICHE: la tenacità
• problema d'esempio: la curva sforzo/deformazione

PROPRIETÀ GENERALI

1. IL COSTO: È un fattore da non sottovalutare nella scelta di un materiale: ogni materiale ha un suo mercato, a seconda delle condizioni economico/politiche del luogo della sua produzione o della sua reperibilità e anche le tecniche necessarie a lavorare vari materiali hanno costi differenti.

UNITÀ DI MISURA: €/ton oppure €/dm³

2. LA DENSITÀ: peso per unità di volume, strettamente legato al numero atomico dell'elemento di cui compone il materiale (COMPARAZIONE ATOMICA).

UNITÀ DI MISURA: Mg/m³ - g/cm³ - kg/dm³

ARGOMENTI LEZIONE 24.09.2019

• PROPRIETÀ GENERALI: il costo
• PROPRIETÀ GENERALI: la densità
• la curva sforzo/deformazione del movimento elastico
• la curva sforzo/deformazione del movimento elastoplastico
• PROPRIETÀ MECCANICHE: la duttilità
• PROPRIETÀ MECCANICHE: la resistenza
• PROPRIETÀ MECCANICHE: la rigidità
• PROPRIETÀ MECCANICHE: la tenacità
• problema d'esempio: la curva sforzo/deformazione

PROPRIETÀ GENERALI:

1. IL COSTO: È un fattore da non sottovalutare nella scelta di un materiale; ogni materiale trova un suo mercato, a seconda delle condizioni economico/politiche del luogo della sua provenienza e della sua reperibilità e anche le tecniche necessarie a lavorare tali materiali hanno costi differenti. UNITÀ DI MISURA: €/ton oppure €/dm³
2. LA DENSITÀ: peso per unità di volume, strettamente legato al numero atomico dell'elemento, in che compone il materiale (COMPOSIZIONE ATOMICA). UNITÀ DI MISURA: Mg/m³ - g/cm³ - kg/dm³

Costo del materiale

CURVA SFORZO/DEFORMAZIONE = andamento di un diagramma sforzo (ordinate) - deformazione (ascisse) che descrive le PROPRIETÀ MECCANICHE di un dato materiale ovvero la resistenza di quel materiale a una sollecitazione.

sforzo = sollecitazione rapportata all’AREA (A₀) della superficie sulla quale è applicato il carico

σ = F/A_{0      N}/^mm2      = MPa

DEFORMAZIONE = variazione dimensionale a seguito della sollecitazione

ε = L-L₀/L₀       espressa in percentuale %

COMPORTAMENTO ELASTICO :

• se si rimuove la sollecitazione,
• si raggiunge la rottura, il materiale torna alle dimensioni originarie.

Il materiale elastico segue la Legge di Hooke: \( \sigma = E \cdot \varepsilon \)

Modulo di Young: \( E = \frac{\sigma}{\varepsilon} = \) GPa

è indice dell’elasticità del materiale

Osservazioni:

• Lo sforzo è sempre direttamente proporzionale alla deformazione e viceversa
• Maggiore è il valore del modulo di Young (elasticità), minore sarà l’allungamento
• Maggiore è lo sforzo a rottura
• Ogni materiale ha un preciso valore di E

Materiali a comportamento elastico:

• Questi materiali non consumano lavoro per deformarsi plasticamente
• Ceramiche e vetri (altissimo valore di E ⇒ alto sforzo a rottura ⇒ basso allungamento a rottura)
• Subiscono deformazioni elastiche impercettibili
• Elastomeri (bassissimo valore di E ⇒ basso sforzo a rottura ⇒ alto allungamento a rottura)
• Sono molto deformabili, ma tornano alle dimensioni originali quando scarichi

Comportamento elastoplastico:

• Oltre ad uno sforzo critico, detto “sforzo di snervamento”, il materiale abbandona il comportamento elastico
• Ed entra nel transito a comportamento plastico, dove non vige più la legge di Hooke;
• In una simile sollecitazione applicata e rimossa, il materiale flettus non ritorna alla posizione origine (per il transito elastico)
• Ma resta deformato (per il transito plastico), poiché ci si unifica a livello atomico uno spostamento irreversibile degli atomi, che formano così nuovi legami in una nuova posizione.

Materiali a Comportamento Elastoplastico:

• quasi tutti i metalli
• suoli polimerici
• meno ceramici

Proprietà Meccaniche

1. La Duttilità = capacità di un materiale di essere deformato plasticamente, assumendo le forme più varie. I materiali dal comportamento elastico non sono duttili; quelli dal comportamento elastoplastico sì. L'indice della duttilità è l'allungamento a rottura (%)
   • Materiali duttili: Polimerici > Metallici > Ceramici
   • da 600% a 100% > da 40% a 20% > da 1% a 0%
2. La Resistenza = capacità di un materiale di opporsi forze applicate senza rompersi e senza deformarsi in modo permanente. Nei materiali dal comportamento elastico l'indice della resistenza è lo sforzo a rottura (MPa) Nei materiali dal comportamento elastoplastico l'indice della resistenza è lo sforzo di snervamento (MPa).
3. La Rigidità = capacità di un materiale di subire deformazioni nel suo tratto elastico L'indice della rigidità è il modulo di Young (E) (GPa).
4. La Tenacità = capacità di un materiale di assorbire energia deformandosi, quindi maggiore capacità di propagare un difetto all'interno del materiale durante la sollecitazione fino alla frattura.