Scienza dei materiali parte II di V - Proprietà dei materiali

proprieta meccaniche

Comportamento elastico deformazione

forza

di

L'applicazione provoca una

una

sforzo F

A

di sollecitariane statica

Tipi trazione alla superficie

ortogonale alla superficie

ortogonale

compressione

taglio alla superficie

parallela

Unità di misura

N 106Pa

MPa

Pa ma

Relazione tra sforzo e deformazione

trazione compressione

e l lo AL

E lo

o o

Io dimensione del Perro

forza nella

della

prima

direzione

sua

L dopo l'applicazione

della forca lo

al variazione generata ao

da

Sforzo taglio

di d tg

f b

0 di molto

taglio

angolo normalmente piccolo

0

0 0

tg

b e

Se la deformaciane istantanea

è dal

e indipendente tempo

rimossa la

la forra materiale

se

e il riprende

dimensi ne

il elastico

comportamento è

iniziale detto completamente

reversibile

Tutti i materiali hanno solido

allo stato un di

campo

deformazione il

entro comportamento

hanno

quale un

elastico lineare

deformazioni

Le adimensionali

sono

Legge di Hooke

In deformazione piccola

di

caso EE

Tra rione modulo

E elastico o

modulo Young

di

Gg modulo taglio

di

Taglio 8

c

E 6 in

misurano 8Pa

si

costanti elastiche

e sono e

Compressione uniforme per effetto della pressione idrostatica

Vo

v

D Av

K K vo

Vo

finale

volume

voi volume iniziale

di

K comprimibilità elastica

coefficiente costante

P idrostatica

pressione

considerano le deformazioni

si

Segno positive volume

di

che contrazione

causano

Materiali hanno elevate costanti

rigidi elastiche

E

Valori di 3 Copa C

polimeriespansi deformabile

rigidi

io 1

103 diamante

6Pa di fusione diminuisce

diminuisce

E temperatura

la

se E

F E E

metallici polimeri

ionici

solidi

covalenti

E diminuisce della

all'aumentare temperatura

la

aumenta

vibrazionale

aumenta quindi

l'energia

del forza diminuisce

la

lunghezza legame e

Relazione tra sforzo e deformazione

lineare della deforma

elastico nel corso

Comportamento Eec

elastica

immagazzina

zione si energia espressa

J m3

in 02

Elle E sottesa

area

a E alla curva

2 Ed la è

deformazione completamente

E

0.00 inferiore

reversibile se 0.001

a

La E

è proporzionale a

pendenza ceramici rigidi

O più

MPa acciaio metalli

alluminio polimeri

ao

a E

AE

AE E E

Meccanismo della deformazione elastica

le dalla

deformazioni derivano

elastiche delle

variazione

aitro

46

distanze interatomiche

In i atomi

e

si

elastico legami ritorna

gli

campo non rompono tolto

nella equilibrio il

volta

loro di

no una

posizione

carico Condon Morse

di

UNA forca delladistanza

infunzione

F repulsiva

torre la

metallici ceramici

Nei deformazione

e

interatomiche lo cioè

raramente 0.5

supera di

somma nell

sta

curva intorno a

a è

la lineare

quasi

r curva

distanza la di

e Hooke

vale legge

interatomica E è alla

proporzionale pendenza

DF

della di

curva nell'intorno

attrattiva a

dir

di equilibrio

a punto

Nell di la lineare

intorno è

curva circa

a DF e E

F cost

o E

di

Il elastico

modulo la della

è resistenza alla

misura separazione

atomi

degli forte

F pendevamaggiore

legame quindi maggiore

e rigidezza

µ

e

8 ar

è

o

IL e

o

o

e legamedebole

Coefficiente Poisson

di

In la

oltre

trazione deformazione assiale avvengono

delle deformazioni lungo delle

assi perpendicolari

deformazioni secondarie laterali

o

Ei asse sforzo

allo

E

Ez

Ez En

U U sforzo

assi allo

E

Poisson

Il coefficiente di quarta

è elastica

costante

una

deformazioni

le laterali assiale

quella

che con

lega Etat

Cass

ideale

U 0.5 deformazioni

le

caso non comporta

variazioni volume

di

no

il

U materiale

0.5 si

c espande a

se sottoposto

trazione in

si

e contrae compressione

metalli 35

U NO 0.27

ceramici 0.17

Più il Poisson

coefficiente di

è

grande le

meglio

deform zioni

secondarie la primaria

riescono a compensare

del

di materiale

volume

variazione

è

minore la

e liquidi gelatinose

sostanze

0.5 e

In materiale 0.5

isotropo E

un U

omogeneo e

biologici

Molti sono

materiali molto complicati e

muscoli Li

spesso anisotropi 1

Correlazione tra elastiche

costanti

Con K E

E

0.4 U

26

E 1

1 ZU

E 3K 1 G

È K

Misura sperimentale del modulo elastico

si trazione

effettua di metalli

su polimeri

una e con

prova fino

sollecitazione assiale velocità costante

mono a a

rottura del provino

motore provino circolare

sezione

a

IIIIItia.jp l

provino Incustodito per

concentrare

non

le sollecitazioni

alle estremità

fissaggio

Limiti trazione

della di

prova osso

ad

provini distruttiva

prova falli la si

provini sono non

i apposta per prova

controllo

può usare qualita

come materiali fragili

non essere eseguita su

può scorri

c'è

non

si i e

legami

elastica non

la deformazione

Durante rompono

di cristallini

merito piani

Misura non distruttiva onde

di

Si delle

misura la sonore

frequenza ultrasuono

o

propagazione

di

all'interno sollecitato da

materiale meccanico

impulso

re un

un

danneggiamento

no permanente

fragili

materiali

applicabile a

utile il qualita

controllo

per

durata breve

buona riproducibilità

Principio deforma

vibra

il materiale si

cioè elasticamente quando

xilofono

viene colpito uno

come

Non influence forza

della

c'è cui viene

nessuna applicato

con

l'impulso TU L e

0.9465

F 2

t

T forma

fattore di sfere

calcolare cubi

si può e

non per

U frequenzadell'onda sonora

L del

lunghezza campione

materiale

densità

f del

del

t campione

spessore dallaforma del

la dalle

delle

vibrazioni materiale

dimensioni

frequenza dipende e

Oltre il limite di linearità

di

limite linearità

il

Dopo deformazioni

alcuni elastiche

hanno

solidi ma più

non

alle forze

proporzionali

ad gli elastomer

esempio

Sono di

grado immagazzinare

in

restituire quantità

elevate

e

di elastica E

energia

deformazione

alcuni hanno

solidi plastica cioè permanente

tratto lineare

il

oltre Era

Os E

Er frattura

c'è la

limite

Superato anche questo

Comportamento materiali

dei vari

Vetri deformazione

ceramici la

e manca plastica

frattura elastico

in campo

frattura fragile di

Metalli limite linearità

limite

elasticità

di

limite rottura

di

carico

elasticità

di a

Polimeri carichi

termoplastici di rottura

snervamento e

bassi

più

allungamenti molto

rottura

a metalli

ai

superiori

Materiali il modulo è

compositi media

una pesata

ai volume

in

rapporti

rispetto dei

moduli

dei componenti

Limite elastico di vari materiali avereun'idea

degli

per

ordini di era

grande

Comportamento plastico

metalli

nei

Deformazione elastica ritorna

allo stato

iniziare

rilascio

stress

Frattura fragile pianodi

clivaggio frattura

stress

piano frattura

di dovuto di

alla schianto

clivaggio

cristallini si

che

piani separano

Deformazione plastica slittamento

stress

Lo dei reversibile

slittamento si sono

è

piani perché

non

dei

rotti formati altri

legami sono

ne

se

e

La è

determinariane del di difficile

carico snervamento

definisce il

convenzione

quindi corri

si carico cui

per a

dello

deformazione 0

una 2

spande permanente e

di

il

prende nome Joe snervamento scorrimento

Cisco dei piani

cristallini

E

0.2

Moto delle dislocazioni

di cristallo

Deformazione perfetto

un

Scorrimento all'altro

di rispetto

atomico

piano

un forti

di molto

rottura legami

la è

resistenza cristallo

di 1000 volte

10000

perfetto

un

reale

quella

Deformazione di cristallo reale

un forti

Rottura di minore di la

legami per

numero

un presenta

di dislocazioni atomi

di

solo scorre

piccolo numero

un

Le direzioni

dislocacioni si muovono piani

su e

densità

di atomica

massima orientamento

con

450

vicino dalla del

direzione carico

più a

Formazione di

bande scorrimento

di

in monocristallino

materiale

un

Ff A di taglio

componente

Ft

di Flosci

direzione

piano ray di Area del di

scorrimento scorrimento

piano

scorrimento A

A cosca

e

Tensione al piano

tangente

di

Legge Fear cosa

I cosca

c

Schmidt

la

Se a tensione

450

X di è massima

taglio

Comportamento degli acciai

limite inizia la deformazione

superiore permanente

E limite

limite di lo

inferiore snervamento procede

snervamento

superiore la

frastagliato deformazione

Andamento dalle

comincia zone

permanente fino centrali

periferiche quelle

a

05 muumuu dell tra

interazioni

Limite di a causa le

le atmosfere di

dislocazioni

snervamento e

inferiore nel reticolo

soluto

dovute alla di

segregazione

lineare

tratto cheviene attratto

saluto verso

E

elastico le del

dislocazioni causa

a elastiche

tensioni

di

campo

trazione

di e compressione

La di

linea dalle

dislocazione atmosfere

persepararsi per

procedere

nel ha tensionimaggiori

movimento di

bisogno

è tensione la

la

Quando terminata

separazione

la per propagare

fino limite

deformazione il inferiore

diminuisce a raggiungere

Questo di si in

sviluppa

snervamento

processo Liters

bande di

dette

regioni

formano

Queste bande si in punti

di tensioni

delle

concentrariane con

45

di

angolo

un lebande murmure

che si in

sono propagate

Dopo il aumentare

tutto occorre

provino ha

sollecitazione

La incrudimento

si

le

cioè dislocazioni bande

e

interagiscono dihide

e

ostacolano vicenda

si a

il diventa

cristallo più

sempre E

difficile deformare

da plasticamente

Bande Liters traccia

di di di

piani scorri

superficiale

ad atomica

merito densità

alta

in i

cui carichi di sono

taglio

il

sufficienti movimento

per provocare

delle dislocazioni

Curva reale e curva ingegneristica

Nelle è

la del considerata

curve sezione

ingegneristiche provino

costante la il

la

durante sezione varia

In quindi

realtà carico

e

prova

reale di

dal riportato

sopportato materiale quello

è maggiore

nella curva ingegneristica

reale

curva rottura

a li sottesa alla

area definisce

di curva quanta

zona

striscione assorbire

si può

energia deforma

della

rottura causa

a

mia zione

ingegneristica area grande

mat riale

moltotenace

E

deformazione

Fino al di curve

le

10 due approssimabili

sono

l'altra

l'una con

Solidi ionici inoltre

Gli dislocazioni

sfavoriscano i

ioni delle

il moto reticoli sono

densità atomica

ad

ci elevata

densi e piani

sono

poco pochissimi

fragili

materiali

sono deformazione

si serra

e rompono

plastica quindi meno della

anche

con energia causa

a

repulsi ne

ionica

Solidi covalenti delle dislocazioni

i il

direzionali moto

sfavoriscano

legami e

densità atomica

ci ad alta

piani

sono

non fragili

sono

Solidi molecolari la

duttile deformazione

il materiale

deboli

I legami rendono ma

delle dislocazioni

dal la

sono parte

moto

dipende

non maggior

totalmente amorfi

o

parzialmente

Resistenza dei materiali

Il di

carico lo

cis

di sforzo

snervamento qual è

sapere

permette deformazioni

che essere

massimo senza produrre

applicato

può il che

è nella

usa pratica

permanenti er

no

si

parametro la deformazione plastica

es e

N.mn frattura

la polimeri

nei e

ios nelle materie plastiche sono

4 diamanti dovute allo delle

acciai scorrimento

10 sicsiano

3 Alti catene

vetro polimeriche

leghe polietilene la

102 dalla

legherai cemento dipendenza temperatura

elastomer è molto che nei

più marcata

metalli

o puri metalli

polimeri

i espansi alla frattura

Resistenza

di looks

carico rottura in ama

teorica

sostanza sperimentale

liscio

solido

Un dovrebbe

resistenza alla

avere 45,5

una 600

al

al

frattura proporzionale

modulo molto

elastico e 23

cu 1200

quella

di

maggiore

osservata 8.0

Vetro 800

comune

dovuta

è

La discrepanza 30

2100

Fe

di piccole

all'esistenza materiale

cricche nel 0.5

NaCl ciao 18

800

Ag

frattura

Meccanismi di ummm

duttile Frattura fragile

Frattura Frattura poco deformazione

senza

strizione duttile con poca plastica

completa strizione

Frattura Icaro

Coppa m fibrosa

taglio di

rottura taglio

ricca di

angolo

con un

450

avvallamenti emisferici

duttile

Frattura creste

faccepiane

Frattura fragile spigoli frattura

V

striature a transgranulare

vivi tra grani

Materiali metallici

I basso

di

metalli hanno molto

snervamento

puri carico

un ma

di deformazione

capacità

grande

una plastica

Metodi di rafforzamento

metalli facilmente

dislocazioni puri

nei

le molto

si muovono

hanno carichi

bassi di snervamento

e quindi

La blocca

reticolo

tensionali nel

di campi

presenza

il di

richiede

delle dislocazioni perché si

movimento

atomi di equilibrio

in

già

spostare posizione non

delle

anche causa pulsioni stati

tra gli

a

e reticolo

nel

tensionali

Sistemi di rafforzamento

solide

soluzioni interstiziali

sostituzionali O

incrudimento del

affinamento grano

fase

seconda

Rafforzamento solida

soluzione

per diverso

elementi atomico

inseriscono

si in con

lega raggio

il risulta distorto tensionali

reticolo campi

presenta

e

che aumentano

deformazione

si plastica e

alla

oppongono le

il carico dei

di resistenti

snervamento più

sono

leghe metalli puri

rispettivi

bronzo

ottone acciai

esempi rame

zinco stagno

rame

acciai c

inox al

e attrazione dislocazione

difetto

Forze di repulsione Atomo sostituzionale attratto

piccolo

dalla di

di

zona compressione una

dislocazione

deadline atmosfere

spigolo

a di

Cottrell dalla

e zona

respinto

tegame trazione

Atomo dalla

attratto

grande zona

da

di trazione respinto quella

e

a compressione

esempi Ci

Bronzi Sn

leghe bronci

il fortemente distorto

reticolo è sn

molto rafforzato

quindi sn

bassa solubilità

si di

ha però Zn

Ottoni leghe Eu ottoni

Il distorto

debolmente

reticolo è rafforzamento in

minor

quindi

e di Zr

Solubilità Fino al 40

facile creazione

solubilità alta la

più

della lega

rafforzamento detto

Questo è

acciai

negli

alligazione

per

Incrudimento work hardening

di

Presenza molte dislocazioni dell'aumento

bloccate causa

a

ma

densità

della la deformazione

loro durante

Un molto

deformato è

metallo già meno

es.FI

deformabile di fer