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Dipartimento di Meccanica e AeronauticaUniversità di Roma La Sapienza
Gestione dei Processi Produttivi
Materiali 22
--- durezza --- trazione -- resilienza
statiche dinamica
Proprietà meccaniche
Necessità di conoscere il comportamento meccanico di un certo componente di una certa forma in una certa applicazione
prove di laboratorio � analisi del comportamento del componente
provini di forma semplice e standardizzata oggetto reale
prove
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Prova di durezza capacità di un materiale di resistere all’indentazione
F
Il valore di durezza ottenuto è convenzionale secondo varie scale, che utilizzano vari penetratori
Brinell (HB)penetratore sfericodiametro sfera D diametro impronta d
Vickers (HV)penetratore piramidale (angolo al vertice 136°)diagonale impronta d
Rockwell (HR)penetratore sferico o conico (angolo 120°)profondità impronta aHRC = f(a) (scala convenzionale)
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geometria dell’impronta in una prova di
durezza Brinell:
(a)metallo ricotto
(b)metallo incrudito
(c)deformazione di un acciaio dolce prodotta
dall’azione di un indentatore sferico.
Osservazione: la profondità della zona
deformata in modo permanente è circa un
ordine di grandezza maggiore della profondità di
indentazione.
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Scala di conversione delle varie durezzeScala di conversione delle varie durezzeScala di conversione delle varie durezzeScala di conversione delle varie durezze
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Prova di trazione
Capacità di un materiale di resistere a forze (sollecitazioni) esterne
Macchina di prova
Sfo
rzo (
F /
A )
Deformazione ( ∆l / lo )
Modulo elasticoLimite elasticoLimite di rotturaAllungamento a rotturaEnergia di rottura
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e
σE
l
lle
A
Pσ
0
0
0
=
−=
=
Diagramma semplificato
(a) forma iniziale e finale di un provino per prove di trazione mono-assiale standard
(b) esempio di una sequenza di prova di trazione che mostra differenti istanti di deformazione del provino
Tensione nominale
Deformazione convenzionale
Modulo di Young(in campo elastico)
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Fasi di carico e scarico di un provino di trazione
Se si annulla il carico dopo che il livello di tensione ha superato la
tensione di snervamento (Y), la curva tensione-deformazione segue
una linea retta avente la stessa pendenza del tratto elastico della
curva.
L’inclinazione della curva è data dal modulo di Young del materiale (E)
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Modulo elastico
Carico di snervamento
Carico massimo
Allungamento a rottura
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Duttilità dei materiali
La massima deformazione che il materiale può sopportare prima della frattura
10000 0 0×
−
−
AAA
lll ff
Riduzione di area =
Allungamento =
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Ogni materiale ha la suacurva caratteristicaSforzo NOMINALE / Deformazione CONVENZIONALE
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A
P=σ
l
dld =ε)
lln(
0
l=ε
A
A
A
P
A
Pσ
0
0
⋅==
n
00
0
0
0σ
A
P,
l
l
A
A,
l
lle ==
−=
e)(1σσ n +=
ed essendo
dove A rappresenta l’area della sezione reale del provino
relazione ottenuta integrando gli incrementi infinitesimi di deformazione tra la lunghezza iniziale l0 e quella attuale
Tensioni e Deformazioni REALI
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Curve tensione REALE / deformazione REALE
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VANTAGGI nell’impiego delle deformazioni reali
vale il Principio di sovrapposizione degli effetti
forniscono una rappresentazione adeguata dal punto di vista fisico
l0
La deformazione totale sarà pari alla somma dei valori di deformazione impressi in ciascuno degli stadi di carico
per 2l0
per ≈0)
lln(
0
l=ε
ln2
- ∞
sollecitazione di trazione
sollecitazione di compressione
l
)l(
l
∆le
0
0
0
−==
l
1 2
1 1
2 2
Deformazioni convenzionali
Deformazioni reali
+l0
-l0
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MODELLI REOLOGICI modelli che descrivono l’origine, la natura e le caratteristiche di deformazione dei corpi sotto l’azione di forze esterne
Modello ELASTICO - LINEARE
Modello PLASTICO
K = costante caratteristica del materiale noto come coefficiente di resistenza
n = Indice di Incrudimento (permette di rappresentare la resistenza che il materiale offre nel subire ulteriori deformazioni permanenti dopo lo snervamento)
E = Modulo di Young
C = costante caratteristica del materiale
m = sensibilità alla velocità di deformazione. E’ un coefficiente che dipende dalla temperatura e dalla deformazione plastica subita
Lavorazioni a Freddo
Lavorazioni a Caldo
εσ E=
nKεσ =
mCεσ &=
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Effetto della Temperatura
… sulle proprietà meccaniche di un acciaio al carbonio
sul diagramma tensione-deformazione
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Effetto della Velocità di deformazione
All’aumentare della temperatura la pendenza della curva aumenta ⇒ La resistenza a trazione diventa più sensibile alla velocità di deformazione a temperature elevate
Aluminum
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Correlazione durezza – Carico di snervamento / rottura
Prove sperimentali effettuate sudiversi materiali hanno dimostratoche il rapporto fra la σs e la HVè praticamente costante in un ampio intervallo
HB ≈ HV ≈ 0,3 σs
titanioottone, ghisa, acciaio
Una prova di durezza può essere considerata equivalente ad una prova di compressione eseguita su una piccola porzione di
materiale
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Materiali 40
Prova di resilienza
Comportamento del materiale in condizioni dinamiche, urto, fragilità
mazza battente
provino
Pendolo di Charpy
Capacità del materiale di resistere ad urti
Kxx = mgh’ – mgh
xx = varie modalità di prova
T transizione fragile / tenace
T
K