Proprietà meccaniche e termiche

Proprietà da prova a trazione:

Duttilità: Elongazione totale del provino a rottura; è una misura della deformazione plastica che un materiale può subire; non considera la deformazione elastica perché viene recuperata.

Modulo di elasticità E: tratto lineare, legato alle forze di esame e rende conto della rigidità.

Snervamento: da el a pl, oltre il quale a deformazione è permanente.

Resilienza: energia elastica assorbita da un campione deformato elasticamente, rappresentata dall'area sottostante il tratto lineare della curva s-e.

Resistenza a trazione: per metalli, massimo sforzo che si può applicare.

Sforzo di frattura: dove si ha la rottura del provino, è minore della resistenza a trazione per la formazione del collo di strizione che riduce la sezione del provino.

Tenacità: energia assorbita dal provino a frattura, è l'area sottesa a tutta la curva s-e.

Viscoelastico: molto comune nei polimeri a Tamb perché la Tg è molto vicina, anche nei.

vetri o nei ceramici quando alzo la T. Per la trattazione devo considerare il comportamento viscoso dei fluidi newtoniani, poiché i materiali viscoelastici manifestano natura di solidi elastici e fluidi viscosi. VISCOSITA: i materiali amorfi si deformano con un meccanismo di flusso viscoso in determinate campi di temperatura, analogamente a come si deformano i liquidi. Se c'è uno sforzo di taglio esiste una relazione lineare tra lo sforzo e la velocità di deformazione attraverso la viscosità. (τ = η dγ/dt). Nel caso di deformazione elastica invece la relazione di linearità tra sforzo e deformazione elastica è data da s = Ee; le derivate parziali sono il gradiente di velocità che si sviluppa nel tempo, perpendicolare ai piani su cui agisce la forza. F/A = τ = η dv/dt. È un'espressione dell'attrito interno che esiste tra le particelle di fluido in moto e determina una resistenza. Mentre per i moduli elastici la diminuzione con la temperatura è molto lenta, per quelviscosi è molto rilevante, e il lavoro di deformazione viene dissipato in Q in maniera irreversibile (processo teoricamente attivato). Per i fluidi Newtonian il comportamento è lineare per la η=cost, mentre no per fluidi dilatanti o pseudoplastici. COMPORTAMENTO: parlo di viscoelasticità lineare se i coefficienti di proporzionalità (E elastico e η viscoso) sono indipendenti da sforzo e deformazione. • Solidi di Hooke: relazione lineare sforzo-deformazione (τ=G x γ) • Fluidi newtoniani: relazione lineare sforzo-velocità di deformazione (τ= η dγ/dt) ESPERIMENTO DI CREEP: ci fa apprezzare le differenze tra i 3 comportamenti in funzione della legge di Newton, ossia voglio uno sforzo costante nel tempo e vedo come si deforma. 1) ELASTICO PURO: vedo una deformazione istantanea γ costante nel tempo: a t1 recupero la deformazione. 2) VISCOSO PURO: lo sforzo varia nel tempo e non recupero la deformazione: è irreversibile. 3) VISCOELASTICO: non si

Il comportamento di un corpo viscoelastico è simile ai precedenti, in quanto richiede uno sforzo costante. Tuttavia, il materiale si deforma nel tempo, ma non in maniera lineare. Inoltre, se viene rimosso lo sforzo, si verifica un recupero parziale della deformazione.

Per studiare il comportamento di un corpo viscoelastico, si può effettuare un esperimento di rilassamento, applicando una deformazione costante nel tempo e osservando come si comporta lo sforzo.

Esistono due tipi di comportamento viscoelastico:

1. Viscoelastico: Lo sforzo diminuisce nel tempo, si verifica un rilassamento.
2. Elastico ideale: Lo sforzo rimane costante e non dipende dal tempo.

Quindi, per i corpi viscoelastici:

• Non è possibile definire in modo univoco i coefficienti di proporzionalità tra lo sforzo e la deformazione (dipende dal tempo).
• Il comportamento dipende dalla storia meccanica del materiale e varia se viene applicato uno sforzo costante o una deformazione costante.
• I polimeri organici e i vetri vicini alla temperatura di transizione vetrosa (Tg), così come i metalli e le ceramiche ad alte temperature, mostrano comportamento viscoelastico, in quanto riescono a rilassare la tensione subita nel tempo.

Un modello matematico utilizzato per descrivere il comportamento viscoelastico è il modello di Maxwell, che considera il materiale come una combinazione di un elemento elastico (molla) e un elemento viscoso (stantuffo).

ritardata2) Applico una sollecitazione costante nel t, poiché il due elementi sono in serie, lo sforzo è lo stesso per entrambi.t=te=tv, ma le def. soni distribuite nei due elementi; c'è un recupero elastico e una def.viscosa

3) La v di deformazione totale è v= t/eta+t/G

MODELLO DI KELVIN-VOIGT: def. elastica ritardata

1) sollecitazione t istantanea e costante nel t, poiché gli elementi sono in parallelo lo sforzo è ripartito tra i due elementi, mentre la def. è uguale gamma=gamma e = gamma v

2) Riesco a deformare la molla sse aspetto abbastanza per il pistone; è una def. graduale nel tempo, dopo un t pari al t di ritardo t=eta/G la def. raggiugne un valore pari al 60% di quello finale.

MODELLO A 4 ELEMENTI: MAX+KELV IN SERIE

1) modello più generale di VE, lo stato di deformazione dipende anche dalla deformazione passata;

2) Nel tempo recupero ELASTICO, ELASTICO RIT, MA NON VISCOSO

FRATTURA

FRATTURA FRAGILE: avviene molto rapidamente,

senza preavviso e non è accompagnata da deformazione plastica significativa: avviene cioè in campo elastico. La frattura duttile, viceversa, avviene in seguito a deformazione plastica. È legata a meccanismi che risentono dell'influenza della temperatura e dalla struttura del materiale interessato. Succede così che un materiale tipicamente duttile possa comportarsi in modo fragile se viene soggetto ad un urto o se viene raffreddato al di sotto di una temperatura critica. Tipica dei materiali ceramici a T non elevate e avviene in modo spontaneo. Immagino di avere un vetro o un ceramico con modello a sfererigide e osservo che sforzo devo applicare per rompere il materiale: RESISTENZA TEORICA DI COESIONE. Avrò quindi un lavoro (W=2xgamma s) impiegato per creare due nuove superfici, quindi applico un lavoro necessario per rompere i legami di superficie e necessario per vincere la forza di legame. Integrando ottengo lo sforzo max per ottenere frattura (sigma= sqrt(Exgammas/a0)). Questo valore teorico è di gran lunga maggiore di quello reale per rompere un materiale, e la discrepanza è spiegata dalla presenza di difetti (fessurazioni, cricche). Infatti queste facilitano la frattura, in più la propagazione avviene gradualmente sulla superficie. MODELLO di CONCENTRAZIONE DELLO SFORZO:

Si immagini una lastra con un taglio, alla quale venga applicato un carico. Nella zona del taglio lo sforzo non è ripartito equamente su tutta la sezione della lastra, ma si accumula in corrispondenza dell'apice del taglio. Le linee di sforzo deviano in corrispondenza del taglio per poi riallinearsi lontano da esso, concentrandosi all'apice del difetto. Se considero una fattura ellittica, avrò sigma max=2sigma sqrt(c/ro), dove 2 sqrt(c/ro) è il fattore di concentrazione dello sforzo. Ossia se applico sforzo sull'apice della cricca non sento sigma ma sigma max, e lo sforzo è uguale alla resistenza.

propagazione, si ha una frattura duttile. Invece, se il tasso di energia rilasciata è minore delle forze che si oppongono alla propagazione, si ha una frattura fragile. Il modello di Griffith è molto importante per comprendere il comportamento dei materiali fragili e duttili durante la propagazione delle cricche.rottura dei legami, allora Aho frattura nei materiai fragili. Ma posso generalizzare ai materiali plastici tenendoconto dell’energia di def.plast.

FATTORE DI INTENSITA DELLO SFORZO: indipendentemente dalla forma della cricca o def.plastica lo sforzomax si ha all’apice, proporzionale allo sforzo e alla sort della semilunghezza della cricca. Quindi definisco K ilcriterio di intensità dello sforzo che dice che a frattura origina quando K assume valore critico, ossia quando losforzo è critico (sigma f= Kc/sqrt pi c); la presenza di cricca indica una rediribuzione degli sforzi, se mi avvicino allacricca aumenta. La frattura avviene quando K è critico (tenacia a frattura) e si ha la propagazione della frattura(K=sqrt 2E gamma s). K dipende solo dalle proprietà del materiale intrinseche, E e gamma s, non dalla dimensionedella cricca. I bordi di grano ostacolano la propagazione della cricca.

FRATTURA DUTILE: parte dello sforzo va in def.plast., quindi

presenza di cricche non influisce particolarmente. La frattura è prceduta dalla formazione del collo di strizione. La frattura duttile avviene nei materiali cristallinicapaci di deformarsi significativamente in modo plastico, perciò è un fenomeno che interessa tipicamente i metalli.

1. Un provino di materiale duttile sollecitato a trazione manifesta, in corrispondenza dello sforzo di snervamento,la formazione di un collo di strizione. In questa zona si formano dei vuoti dovuti a meccanismi di scorrimentodelle dislocazioni che tendono a congiungersi fino a formare una fessura che si ingrandisce in un pianoperpendicolare alla direzione dello sforzo applicato. Questa fessura si propaga successivamente in unadirezione a 45° rispetto allo sforzo.
2. Ciò produce la frattura a cono e coppa tipica della frattura duttile e una superficie rugosa.

TENACITA: capacità di un materiale di assorbire energia prima di arrivare a frattura

RESILIENZA: energia assorbita

durante la def.elastica, indica la capacità di un materiale di assorbire energia se sottoposto a def.el e di rilasciare in fase di scarico. In un materiale fragile le due coincidono, mentre per un metallo no per la def.plastica. per misurarla uso la TENACITA ALL'INTAGLIO: si aumentano le probabilità che la frattura avvenga in caso elastico (fragile) anche per materiali duttili. La sollecitazione è impulsiva, il provino è intagliato a bassa T.DUREZZA: misura della resistenza di un materiale alla def.plastica; le misure di durezza non sono assolute, ma dipendono dal tipo di tecnica utilizzata per la misura: non è una vera proprietà del materiale; ma è una prova poco costosa, non distruttiva, si può correlare con altre proprietà come la tenacità a frattura. Si misura forzando un indentatore sulla superficie del materiale controllando la velocità di applicazione e intensità del carico. Quindi misurola.profondità e le dimensioni geometriche dell'impronta esprimo la durezza come H=F/A. Devo distinguere per ipolicristalli tra durezza media e delle varie fasi. PROVE DI FATICA: applico una variazione di s