Schemi Tecnologia meccanica - I Compitino

Il carico di snervamento e il punto di rottura

È.FIelastico ed è più dif cile individuare il Ianentocarico di snervamento. Per cui si MIde nisce come: “il carico corrispondentead una deformazione plasticapermanente dello 0.002%” LEsaminando la curva di flusso plastico si individua il modulo di elasticità, poi sitraccia una retta parallela al modulo di elasticità e corrispondente ad unadeformazione dello 0.002%. Questa retta appena tracciata intersecherà la curvadi flusso plastico in un certo punto che diventerà convenzionalmente il punto delcarico di snervamento.Quindi anche se deformando il materiale, senza arrivare al carico di snervamentoconvenzionale, rilevassi una deformazione plastica, essa sarebbe comunqueinferiore allo 0.002%.É catteIIInasfervamentofrettaparallelaPUNTO di ROTTURAVediamo nel dettaglio cosa accade nel momento del rottura del provino.Si hanno comportamenti diversi a seconda che il materiale sia fragile o duttile:(1) MATERIALE DUTTILE: dopo

aver raggiunto l'UTS in una sezione del provino si andrà a concentrare la deformazione (strizione), questo perché dove ci sono piccole imperfezioni (microcricche, bolle d'aria) si cominceranno a formare delle piccole cavità e si avrà la rottura di alcuni grani cristallini. (b). All'aumentare del carico applicato aumenteranno anche le cricche no a formare un'ampia zona di rottura (c). Nel punto in cui avviene la rottura i bordi sono a 45 gradi rispetto alla direzione di applicazione del carico (perché a 45 gradi lo sforzo di taglio è massimo ed esso è quello che determina la rottura dei reticoli cristallini) (d). La rottura avviene e i due pezzi hanno (nel punto di rottura) la caratteristica FORMA COPPA-CONO.

(2) MATERIALE FRAGILE: per i materiali fragili fanfani il comportamento è completamente diverso. C'è una lievissima deformazione, una propagazione rapida delle cricche (perpendicolare alla direzione

del carico applicato). Si può avere una frattura di 2 tipi: - FRATTURA INTERGRANULARE, la propagazione della cricca è lungo il bordo digrano. - FRATTURA TRANSGRANULARE, la cricca passa attraverso i grani, che si spezzano PROVA di FLESSIONE Effettuare la prova di trazione sui materiali fragili è particolarmente difficile (difficoltà di misurare l'allungamento a rottura, facilità che il provino si spezzi in corrispondenza delle pinze di bloccaggio) quindi si preferisce utilizzare le prove di flessione a 3 punti. I risultati misurati sono: - DUTTILITÀ La DUTTILITÀ è una caratteristica qualitativa del materiale e indica la capacità di un materiale di deformarsi plasticamente sotto un carico prima di giungere a rottura. La duttilità si misura con l'allungamento percentuale a rottura che può essere calcolato in 2 modi: - con una VARIAZIONE di LUNGHEZZE (%EL), si divide l'allungamento Δl (lunghezza finale menolunghezza iniziale) per la lunghezza iniziale l del provino.
È meno accurata perché quando si entra nel campo della deformazione plastica NON uniforme NON si ha più la conservazione del volume.
- con una VARIAZIONE di AREE (%AR), si divide il -ΔA (area iniziale meno area finale) per l’area finale. È la misura più corretta perché in campo plastico NON uniforme avviene il necking e NON si ha più la conservazione del volume.
L’allungamento a rottura è utile per classificare i materiali in 2 grandi categorie:
1. MATERIALI FRAGILI: materiali con BASSO ALLUNGAMENTO a ROTTURA (<5%) [tipo i materiali ceramici]. Di solito sono materiali con un modulo di elasticità maggiore dei duttili e carichi di snervamento e rottura molto vicini tra loro e con valori elevati.
2. MATERIALI DUTTILI: materiali con un allungamento a rottura >5% [tipo i materiali polimerici]. Sono materiali caratterizzati da un modulo dielasticitàrelativamente basso, carichi di snervamento e rottura più bassi a piuttostodistanti fra loro.Gli acciai possono essere sia fragili sia duttili ma in generale essi hannosostanzialmente lo stesso modulo di young.
• TENACITÀLa TENACITÀ è definita come l'energia che è necessario spendere per portare arottura il materiale, o meglio, è l'abilità di un materiale di assorbire energia incampo plastico (è la capacità di resistere agli urti).Vista in maniera grafica è l'area sotto la CURVA TENSIONE-DEFORMAZIONEVERE. rotturadT EoSi misura con il Pendolo di Charpy.-i MATERIALI DUTTILI hanno elevata deformabilità quindi l'area sottesa alla curvaè ampia e l'energia richiesta per la rottura è maggiore.-i MATERIALI FRAGILI si deformano poco ma necessitano di carichi più alti perrompersi, l'area sottesa alla curva è meno estesa.
• DUREZZADUREZZA è la capacità di un materiale di resistere all'indentazione. È utile usare delle PROVE di DUREZZA perché la durezza è direttamente correlata alla capacità del materiale di resistere all'usura. La peculiarità di questi test è che NON sono prove distruttive, il componente sottoposto alla prova può comunque essere utilizzato. - PROVA BRINELL: è la prova più comune ed è più usata. Questa prova serve a caratterizzare complessivamente la durezza del materiale, questo perché l'indentatore ha forma sferica e durante la prova ciò produce degli stati tensoriali deformativi (triassiali) che vanno a snervare un'ampia zona sottoposta alla prova. (Quindi il valore che si ottiene è abbastanza slegato dalla durezza dello stato superficiale e dipende dalla durezza della zona sottostante al punto indentato). Questa prova si può condurre se lo spessore del

Il componente nel punto considerato è >= 8 volte l'altezza dell'impronta lasciata dall'indentatore.

Se l'impronta lasciata dalla prova BRINELL è:

• CIRCOLARE: allora il materiale è isotropo
• ELLISSOIDALE: il materiale è anisotropo

La durezza BRINELL può essere correlata alla massima resistenza del materiale stesso (perché la prova interessa sezioni abbastanza ampie del materiale).

Si può dire con scarsissima accuratezza che il valore di durezza brinell è proporzionale al carico di rottura (UTS) (?).

• PROVA KNOOP: pensata per studiare la durezza dello strato superficiale (prove di microdurezza), così come prova vickers.

• PROVA VICKERS: si piazza a metà strada tra prova brinell e prova knoop. Si misurano le 2 diagonali lasciate dall'indentazione, si fa la media è si inserisce nella formula.

Prova brinell, knoop, vickers si assomigliano tutte: si applica un carico, si mantiene, si scarica.

misura dell'impronta.

• PROVA ROCKWELL: si usa un indentatore che può essere a forma di cono o a forma di sfera tuttavia non si va a misurare l'impronta ma è la macchina stessa che rende un valore misurando il RITORNO ELASTICO (ovvero di quanto risale l'indentatore, dopo la rimozione del carico, a causa del ritorno elastico del materiale)
• TENSIONE e DEFORMAZIONE REALI

Rappresentare la curva di flusso plastico in termini ingegneristici è comodo perché permette di svincolarsi dalle dimensioni del provino e garantisce che la curva sia rappresentativa del solo materiale. Tuttavia la tensione e deformazione ingegneristiche differiscono da quelle reali perché durante la prova il materiale tenderà a ridurre la propria sezione resistente e quindi la tensione varierà istante per istante al variare dell'area del provino.

Quindi definiamo: σ-TENSIONE VERA ( ): è il rapporto (in un certo istante) fra il carico

esterno (P) ela sezione resistente effettiva (A)ε-DEFORMAZIONE VERA ( ): si ottiene facendo il logaritmo naturale dellalunghezza del provino in un certo istante della prova diviso per la lunghezzainiziale del provino.

-COEFFICIENTE di POISSON (ν): è il rapporto tra deformazione in direzionetrasversale alla direzione di applicazione del carico e la deformazione reale nelladirezione di applicazione del carico.

Dove asinosurresiamontananoti sempreunatonnara Le scritteRelazioni chesopradefiniscono deformazioneTENSIONE edi NONPoissonVERE COEFFe PIÙ UtslDOPOVALGONOi aDa un certo punto in poi la curva sforzo-deformazione ingegneristica è la curvasforzo-deformazione reale cominciano ad allontanarsi, perciò si approssimal’andamento delle 2 curve con una CURVA dall’andamento ESPONENZIALE,ovvero:K e n vengono determinati con un’approssimazione ai minimi quadrati, ovvero sicerca di trovare i K e gli n che minimizzano l’errore tra la

curva reale e la curva ingegneristica. K e n sono:

- INDICE di RESISTENZA del MATERIALE (K)

- COEFFICIENTE di INCRUDIMENTO (n): quanti ca l'incrudimento del materiale.

Per n=0 la curva di flusso plastico è caratterizzata da una tensione di flusso plastico costante e quindi K diventa il carico di snervamento [ perché si avrebbe σ = K * (1) ].

Più n è elevato è maggiore sarà l'incrudimento cioè maggiore sarà lo scostamento, dalla curva di flusso plastico, del valore della tensione di snervamento.

INDIVIDUARE il VALORE dell'UTS

Si parte dalla veri ca sperimentale che il punto UTS è il MASSIMO della CURVA TENSIONE-DEFORMAZIONE INGEGNERISTICHE, cioè è il punto in cui la derivata di quella curva è uguale a zero.

Si dimostra che se la curva di flusso plastico è rappresentata da una CURVA ESPONENZIALE allora il valore dell'UTS sarà quello in corrispondenza del punto in cui:

DEFORMAZIONE

(ε) = COEFF. di INCRUDIMENTO (n)• APPROSSIMAZIONI della CURVA di FLUSSO PLASTICO

All’aumentare della TEMPERATURA il comportamento di flusso plastico di un materiale cambia e molto spesso con i valori meccanici che si hanno a disposizione (tipo carico di snervamento, modulo di young) NON è possibile definire una curva di flusso plastico precisa, però si possono fare delle approssimazioni.

Infatti per tracciare una curva approssimata ci bastano:

• modulo di elasticità
• carico di snervamento
• carico a rottura
• allungamento a rottura

Vediamo le varie approssimazioni:

1. COMPORTAMENTO PERFETTAMENTE ELASTICO
2. COMPORTAMENTO RIGIDO-PERFETTAMENTE PLAS