Esercizi pre-compito risoluzione Scienza e tecnologia dei materiali

ESERCIZI PRE-COMPITO

1. Un laminato composito di densità 1,65 g/cm³ a matrice epossidica rinforzata con fibre di carbonio lunghe unidirezionali, viene sollecitato con una tensione pari a 500 MPa orientata a 45° dalla direzione di orientamento delle fibre. La densità della resina è pari a 1,20 g/cm³ mentre il modulo della stessa è pari a 3,3 GPa. La densità delle fibre è di 1,8 g/cm³ mentre il modulo è 215 GPa. Si calcoli la deformazione reversibile subita dal laminato lungo la direzione longitudinale.

   [ε=2.18x10^-3]

2. Si determini la porosità di una pasta cementizia dopo 7 giorni confezionata con un rapporto a/c=0.55, stagionata in ambiente umido sapendo, che il grado di idratazione è del 45%, che il volume di prodotti idratati è 2.06 volte quello di partenza e che la densità del cemento è 3150 Kg/m³.

   [P_c=46%]

3. Calcolare lo sforzo e la deformazione a rottura nominali e i corrispondenti valori reali per una prova di trazione su un provino cilindrico in acciaio, di lunghezza 12 cm, avente diametro pari a 11.8 mm. La frattura è avvenuta per un valore di carico pari a 8 tonnellate e il diametro finale del provino è risultato pari a 11.2 mm. Determinare inoltre la strizione percentuale subita dal provino.

   [σ=717,63 MPa; ε=0,11; σ=796,59 MPa; ε_r=0,104; strizione%=9,91%]

4. Determinare le percentuali di carbonio di una lega Ferro-Carbonio affinché, raffreddando lentamente fino ad una T leggermente superiore a 1148°C, si mantenga per il 55% in peso in fase liquida. Supponendo un quantitativo iniziale di lega pari a 1,2 Kg determinate, per entrambi i casi, quanta austenite γ rimane presente, raffreddandola ulteriormente fino ad una T leggermente superiore a 723°C.

   [C₁=5,36%; C₂=3,29%; m(γ₁)=262 g; m(γ₂)=690,48 g]

5. Un materiale ceramico di nitruro di silicio ha una resistenza di 300 MPa ed una tenacità alla frattura di 3.6 MPa√m. Qual è la cricca interna di maggior dimensione che questo materiale può supportare senza rompersi? Utilizzare Y=1 nella formula di calcolo della tenacità alla frattura.

   [Lunghezza cricca=0,0916 mm]

6. Il peso molecolare di un polimetilmetacrilato o plexiglas (PMMA) è pari a 2.4x10⁵ g/mol. Nell’ipotesi che tutte le catene abbiano la stessa lunghezza, determinare il grado di polimerizzazione ed il numero di catene contenute in 10 grammi di polimero.

   [DP=2,4x10³ meri/mol; n.catene=2,50x10¹⁹]

7. Il ferro viene studiato col metodo delle polveri. I primi due angoli ai quali si osserva un massimo di diffrazione valgono 28.53° e 40.78°.
   • a) Determinare se il ferro cristallizza CCC o CFC.
   • b) Determinare la costante reticolare sapendo che λ = 0.1 nm.
   • c) Determinare gli angoli ai quali appaiono i due successivi massimi di diffrazione.

   [CCC; a=0,288 nm; θ3=30,13°; θ4=45,23°]

1. Si consideri la cementazione gassosa a 927°C di un ingranaggio in acciaio e si calcoli il contenuto di carbonio a 0.50 mm dalla superficie dell'ingranaggio e dopo 5 ore di cementazione. Si assuma che il contenuto di carbonio alla superficie valga 0.90% e che quello iniziale sia 0.20%. Il coefficiente di diffusione vale 1.28x10^-11 m²/s.[C_x=0,535%]
2. Il coefficiente di diffusione del Cr nel composto Cr₂O₃ è 6x10^-19 m²/s a 727 °C e 1x10^-13 m²/s a 1400 °C. Calcolare il coefficiente di diffusione a 1100 °C.[D=2,02x10^-15 m²/s]
3. Calcolare la densità planare, in ioni per nanometro quadrato, nei piani (111) e (110) per il ThO₂. I raggi ionici sono Th⁴⁺ = 0.110 nm; O^2- = 0.132 nm.[(111): ρ_p^{=7,46 an/nm2}; ρ_p^+=0; (110): ρ_p^{=4,54 an/nm2}; ρ_p^{+=36,36 cat/nm2}]
4. Il tempo di rilassamento per un elastomero a 25°C è di 40 giorni e si riduce a 30 giorni se la temperatura viene portata a 35°C. Calcolare l'energia di attivazione per il processo di rilassamento.[Q=21,35 kJ/mole]
5. Uno sforzo di 7.6 MPa è applicato ad un materiale elastomerico mantenendo costante la deformazione. Dopo 40 giorni a 20°C lo sforzo è diminuito a 4.8 MPa.a) Determinare la costante di rilassamento del materiale;b) Lo sforzo dopo 60 giorni a 20°C.[τ=87,04 gg; σ=3,81 MPa]
6. I pesi normalmente impiegati per le misure di durezza Vickers sono pari a 1kg, 2.5kg, 5kg, 10kg, 20kg, 30kg e 50kg. Considerando che, in genere, l'accuratezza maggiore si ha quando le diagonali dell'impronta sono pari a circa 0.5 mm, quali carichi dovranno essere impiegati per misurare la durezza di:- alluminio che ha una durezza attorno a 20 HV- ottone con durezza dell'ordine dei 60 HV- acciaio con durezza dell'ordine di 200 HV.[P₁=2,5 Kg; P₂=10Kg; P₃=30 Kg]
7. Vengono fatti dei test di durezza su di un provino impiegando sia un penetratore Vickers che un penetratore Brinell. Per la prova Vickers e carico di 30kg, le lunghezze medie della diagonale dell'impronta sono:- 1 prova: 0.527 mm- 2 prova: 0.481 mm- 3 prova: 0.497 mmPer la prova Brinell con una sfera di 10 mm e carico di 3000 kg, il diametro dell'impronta è di 4.01 mm. Calcolare la durezza del materiale.[HV=221 HV; HB=227,6 HB]
8. In una prova di resilienza un pendolo con una mazza da 5,1 kg e braccio di 0,75 m viene sollevato fino a 120 ° e poi lasciato cadere su un provino con sezione di 1 cm². Dopo la rottura del provino la mazza risale fino a formare un angolo di 50°. Calcolare l'energia assorbita nella rottura.[E=4,327 kJ]

Acciaio Ipereutettoidico

• % C < 0,8% C

Acciaio Ipereutettoidico

• % C > 0,8% C