Dipartimento di Meccanica e Aeronautica
Università di Roma La Sapienza
Gestione dei
Processi Produttivi
Proprietà meccaniche
Necessità di conoscere il comportamento meccanico di un certo componente di una certa forma in una certa applicazione
prove di laboratorio
provini di forma semplice e standardizzata
--- durezza
analisi del comportamento del componente
oggetto reale
--- trazione
-- resilienza
prove
statiche
Materiali
dinamica
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Prova di durezza
Gestione dei
Processi Produttivi
capacità di un materiale di resistere all’indentazione
F
Il valore di durezza ottenuto è convenzionale secondo varie scale, che utilizzano vari penetratori
Vickers (HV)
penetratore piramidale (angolo al vertice 136°)
diagonale impronta d
Brinell (HB)
penetratore sferico
diametro sfera D
diametro impronta d
Rockwell (HR)
penetratore sferico o conico (angolo 120°)
profondità impronta a
HRC = f(a) (scala convenzionale)
Materiali
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Materiali
Gestione dei
Processi Produttivi
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Gestione dei
Processi Produttivi
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.
Materiali
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Processi Produttivi
Scala di conversione delle varie durezze
Materiali
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Processi Produttivi
Prova di trazione
Sforzo ( F / A )
Capacità di un materiale di resistere a forze (sollecitazioni) esterne
Deformazione ( ∆l / lo )
Modulo elastico
Limite elastico
Limite di rottura
Allungamento a rottura
Energia di rottura
Macchina di prova
Materiali
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Processi Produttivi
Diagramma semplificato
P
A0
l − l0
e=
l0
σ
E=
e
σ=
Tensione nominale
Deformazione convenzionale
Modulo di Young
(in campo elastico)
(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
Materiali
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Gestione dei
Processi Produttivi
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)
Materiali
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Gestione dei
Processi Produttivi
Modulo elastico
Carico di
snervamento
Carico massimo
Allungamento a
rottura
Materiali
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Gestione dei
Processi Produttivi
Duttilità dei materiali
La massima deformazione che il materiale può sopportare prima della frattura
Allungamento =
Riduzione di area =
Materiali
lf − l 0
l0
A0 − Af
× 100
A0
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Gestione dei
Processi Produttivi
Ogni materiale ha la sua
curva caratteristica
Sforzo NOMINALE /
Deformazione CONVENZIONALE
Materiali
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Gestione dei
Processi Produttivi
Tensioni e Deformazioni REALI
σ =
P
dove A rappresenta l’area della sezione reale del provino
A
l
ε = ln( )
l0
relazione ottenuta integrando gli incrementi infinitesimi di
deformazione tra la lunghezza iniziale l0 e quella attuale
P P A0
σ= =
⋅
A A0 A
ed essendo
dε =
dl
l
l − l0 A0 l P
e=
, = , = σn
l0
A l0 A0
σ = σ n (1 + e)
Materiali
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Processi Produttivi
Curve tensione REALE / deformazione REALE
Materiali
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Processi Produttivi
VANTAGGI nell’impiego delle deformazioni reali
La deformazione totale sarà pari alla
somma dei valori di deformazione
impressi in ciascuno degli stadi di carico
vale il Principio di sovrapposizione degli effetti
forniscono una rappresentazione adeguata dal punto di vista fisico
1
sollecitazione di
trazione
l0
per 2l0
Deformazioni
per ≈0 convenzionali
2
e=
∆l
l0
=
( l − l0 )
1
l0
2
Materiali
sollecitazione di
compressione
+l0
-l0
Deformazioni
reali
l
1
ln2
l0
2
-∞
ε = ln( )
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MODELLI REOLOGICI
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Processi Produttivi
modelli che descrivono l’origine, la natura e le caratteristiche
di deformazione dei corpi sotto l’azione di forze esterne
Modello ELASTICO - LINEARE
σ = Eε
E = Modulo di Young
Modello PLASTICO
Lavorazioni a Freddo
σ = Kε
n
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)
Lavorazioni a Caldo
m
σ = Cε&
C = costante caratteristica del materiale
m = sensibilità alla velocità di deformazione. E’ un coefficiente che dipende dalla
temperatura e dalla deformazione plastica subita
Materiali
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Gestione dei
Processi Produttivi
Effetto della Temperatura
sul diagramma tensione-deformazione
Materiali
… sulle proprietà meccaniche di un acciaio al
carbonio
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Gestione dei
Processi Produttivi
Effetto della Velocità di deformazione
Aluminum
All’aumentare della temperatura la pendenza
della curva aumenta ⇒ La resistenza a
trazione diventa più sensibile alla velocità di
deformazione a temperature elevate
Materiali
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Gestione dei
Processi Produttivi
Correlazione durezza – Carico di snervamento / rottura
Prove sperimentali effettuate su
diversi materiali hanno dimostrato
che il rapporto fra la σs e la HV
è praticamente costante in un
ampio intervallo
HB ≈ HV ≈ 0,3 σs
ottone, ghisa, acciaio
titanio
Una prova di durezza può essere considerata equivalente ad una prova di compressione eseguita su una piccola porzione di
materiale
Materiali
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Processi Produttivi
Prova di resilienza
Capacità del materiale di resistere ad urti
Comportamento del materiale in condizioni dinamiche, urto, fragilità
Pendolo di Charpy
Kxx = mgh’ – mgh
mazza battente
xx = varie modalità di prova
K
T
provino
T transizione fragile / tenace
Materiali
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Gestione dei
Processi Produttivi
Comportamento meccanico
in funzione di
-- struttura
-- composizione chimica
-- trattamenti termici
esempio:
acciaio con diversi contenuti di carbonio
Materiali
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