Cauchy (XIX secolo)biomedicaancona.weebly.com/uploads/3/9/3/5/3935017/...La prova di durezza Brinell...

Cauchy (XIX secolo)Introduce il concetto di deformazione relativa (ε = ∆l/lo)

e la mette in relazione con lo sforzo applicato (σ= F/Ao):

σ = E ⋅ ε LEGGE DI HOOKE

lo

Δl

F

Ao

Young (XIX secolo)Il valore di E dipende dal materiale

0,001 - 0,01Gomma0,1 - 5Materie plastiche25 - 40Calcestruzzo

195 - 215AcciaioE (GPa)materiale

CARATTERIZZAZIONE MECCANICACARATTERIZZAZIONE MECCANICA

cubes 10x10x10 cmcubes 10x10x10 cm

CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: COMPRESSIONECARATTERIZZAZIONE MECCANICA: COMPRESSIONE

RRcmcm = P/A= P/A

CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: COMPRESSIONECARATTERIZZAZIONE MECCANICA: COMPRESSIONE

CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: FLESSIONE CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: FLESSIONE e COMPRESSIONE SU MALTEe COMPRESSIONE SU MALTE

F

a2aF

cub =σ

Su provini cubici:

Su provini cilindrici:

h = 2d

Fd

42d

Fcil

⋅=

πσ

cubcil σσ ⋅= 8,0Per i calcestruzzi:

CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: COMPRESSIONECARATTERIZZAZIONE MECCANICA: COMPRESSIONE

PROVA DI TRAZIONE: i metalli

100⋅Δ

=ollε

OAF

=σ

INTERPRETAZIONE DEL DIAGRAMMA DA PROVA DI TRAZIONEINTERPRETAZIONE DEL DIAGRAMMA DA PROVA DI TRAZIONE

DEFORMAZIONI ELASTICHEDEFORMAZIONI ELASTICHE

DEFORMAZIONI PLASTICHEDEFORMAZIONI PLASTICHE

STRIZIONE STRIZIONE (NECK)(NECK)

PROPAGAZIONE DI CRICCHE SCORRIMENTO PLASTICO

TENACITÀ

PROVA DI TRAZIONE: i polimeriPolimero termoindurente (resina)

Polimeri termoplastici

(gomma)

σσtt = 2P/= 2P/ππDlDl

CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: TRAZIONE CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: TRAZIONE INDIRETTAINDIRETTA

CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: MODULO CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: MODULO ELASTICOELASTICO

CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: MODULO CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: MODULO ELASTICOELASTICO

Modulo Elastico Dinamico (Ed)

V = velocità di attraversamento dell’impulso ultrasonico [km/s] ρ = massa volumica g/cm3

k = 1.11

lo

][2

GPakVEd =⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= ρ

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡==

skm

smm

tlV o

μ

t

CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: MODULO CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: MODULO ELASTICOELASTICO

PROVA DI TRAZIONE INDIRETTA

DLP

t ⋅⋅⋅

=π

σ 2

L = lunghezza del cilindro

2max 23

hblF

⋅⋅⋅⋅

=σ

CARATTERIZZAZIONE MECCANICA: FLESSIONECARATTERIZZAZIONE MECCANICA: FLESSIONE

RESILIENZA (RESILIENZA (UNI EN 10045UNI EN 10045))

la capacitcapacitàà didi assorbireassorbire energiaenergia prima prima delladella rotturarottura. Si quantificamisurando l’energia di deformazione totale alla rotturarappresentata da tutta l’areaarea sottesasottesa dalladalla curvacurva σσ--εε .

materialimateriali duttiliduttili assorbono molta energia

materialimateriali fragilifragili assorbono poca energia

U1

Diapositiva 18

U1 La resistenza all’impatto di un materiale, caratteristica meccanica indicata anche con il termine di resilienza, può essere misurata con uno strumento a pendolo (si veda la figura) e corrisponde all’energia necessaria per rompere un provino di forma definita per mezzo di una “mazza”a pendolo. L’energia dissipata nell’urto è pari alla differenza tra l’energia potenziale e quella residua del pendolo dopo l’urto e viene misurata in joule.Utente, 2/7/2006

PROVA DI RESILIENZA

FATICAFATICA

STRESS CICLICISTRESS CICLICI

σm= (σmax+ σmin)/2

CICLI DI STRESS RIPETITIVICICLI DI STRESS RIPETITIVI

periodico e simmetrico nell’intorno di valori nulli di

tensione

periodico e simmetrico nell’intorno di valori nulli di

tensione

quando si ripete un movimento, l’oggetto che compie lavoro si indebolisce. Per esempio durante la corsa le gambe ed i muscoli sono sottoposti a fatica, che li indebolisce nel tempo, diminuiscono le prestazioni in uscita

un materiale sottoposto a cicli di stresscicli di stress, su un lungo intervallo di tempo, presenta prestazioni meccaniche inferiori, rispetto al materiale non sollecitato (possono insorgere microcrack interni o superficiali che possono possono insorgere microcrack interni o superficiali che possono condurre alla rottura del materialecondurre alla rottura del materiale)

ROTTURA A FATICAROTTURA A FATICA

applicazioni di stress al materiale che possono provocare la rottura a fatica: assiale, torsionale e flessorio

PROVA DI FATICA

STRESS CICLICI (STRESS CICLICI (continuacontinua))

PARAMETRI CHE CARATTERIZZANO CICLI DI STRESS RIPETITIVIPARAMETRI CHE CARATTERIZZANO CICLI DI STRESS RIPETITIVI

fluttuazioni di tensione variabili

2minmax σσσ +

=mTensione media

minmax σσσ −=rRange tensione

22minmax σσσσ −

== raAmpiezza tensione

max

min

σσ

=RRapporto tensione

applicando sollecitazioni ciclichesollecitazioni cicliche, la rottura può avvenire per condizioni di rottura può avvenire per condizioni di carico inferiori al valore di carico inferiori al valore di tensiletensile//yieldyield strenghtstrenght determinato per un carico determinato per un carico staticostatico

lala rottura a fatica rottura a fatica èè di tipo di tipo brittlebrittle--likelike anche in materiali che normalmente hanno un comportamento di tipo duttile, quindi è improvvisa e catastroficaimprovvisa e catastrofica

la rottura a faticala rottura a fatica avviene seguendo tre fasi distinte:1. Crack initiation nella zona di concentrazione dello stress2. Propagazione incrementale del crack3. Rottura del campione

ROTTURA A FATICA (ROTTURA A FATICA (continuacontinua))

CURVA SCURVA S--N (N (continuacontinua))

fatiguefatigue limitlimit: massima tensione applicabile, sotto la quale il materiale non cederà mai, indipendentemente dai cicli a cui viene sottoposto.Si comportano in questo modo il ferroferro e alcune leghe al titanioleghe al titanio

CURVA SCURVA S--N N (tensione vs. numero di cicli a rottura)(tensione vs. numero di cicli a rottura)

apparecchiatura per determinare la rottura del campione a fatica mediante rotatingrotating--bendingbending testtest

low low cyclecycle fatiguefatigue: carico elevato, deformazioni plastiche ed elastiche

high high cyclecycle fatiguefatigue: carico moderato, deformazione elastica (N>105)

CURVA SCURVA S--N (N (continuacontinua))

nella maggiorpartemaggiorparte delle leghedelle leghe, S diminuisce proprozionalmente all’aumento di N. Le proprietà a fatica sono descritte da:

fatiguefatigue strengthstrength: tensione a cui si presenta la frattura dopo un dato numero di ciclifatiguefatigue lifelife: numero di cicli che conducono a rottura per un dato valore di tensione

CRACK: FASE INIZIALE E PROPAGAZIONECRACK: FASE INIZIALE E PROPAGAZIONE

Nf = Ni + Np

Il crack si propaga perpendicolarmenteperpendicolarmente alla direzione di applicazione della tensione

Nf: numero di cicli prima della rotturaNi: numero di cicli anteriori al primo crackNp: numero di cicli prima della propagazione del crack

DUREZZA DI UN MATERIALE DUREZZA DI UN MATERIALE

Indica la propensione di un materiale a lasciarsi consumare per lasciarsi consumare per ll’’attritoattrito (ma anche per incisione, taglio e anche corrosione)

si rileva mediante la dimensione delldimensione dell’’impronta lasciata nel materiale dal impronta lasciata nel materiale dal penetratorepenetratore

PROVA BRINELLBRINELL

PROVA VICKERSVICKERS

PROVA ROCKWELL CROCKWELL C

PROVA KNOOPKNOOP

PROVE STATICHE

ACCIAIOACCIAIOACCIAIO

ALLUMINIOALLUMINIOALLUMINIO

U2

Diapositiva 30

U2 PROVE STATICHE SI DIFFERENZIANO PER LA GEOMETRIA DEL PENETRATORE UTILIZZATO E DEL CARICO APPLICATO. ALTRE TIPOLOGIE DI PROVE SONO PROVE DI RIMBALZO (PROVE SCLEROMETRICHE), PROVE DI RIGATURA (SCRATCH TEST – APPARTIENE A QUESTA SCALA LA CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI SECONDO LA SCALA MOHS IL MATERIALE PIU’ DURO INCIDE IL PIU’ TENERO). PROVE DI SMORZAMENTO (SI MISURA LA DIMINUZIONE DELL’OSCILLAZIONE DI UN PENDOLO CHE STRISCIA SULLA SUPERFICIE DEL MATERIALE) PROVE DI TAGLIO (FORZA NECESSARIA PER TAGLIARE UN TRUCIOLO), DI ABRASIONE (SUPERFICIE DEL PEZZO DA PROVARE STRISCIA CONTRO UN DISCO ROTANTE) E DI EROSIONE (SI PROIETTA UN ABRASIVO SULLA SUPERFICIE E SI VALUTA LA VARIAZIONE DELLA MASSA DEL PROVINO)Utente, 2/7/2006

PROVA DI DUREZZA

durezza

resistenzafragilità

durezza

resistenzaduttilità

PROVE DI DUREZZA DI UN MATERIALE PROVE DI DUREZZA DI UN MATERIALE

La provaprova didi durezzadurezza BrinellBrinell è definita dalla norma UNI EN 10003-1. Si esegueapplicando un carico su un provino e misurando la superficie dell’improntarilasciata sullo stesso. Il penetratore è costituito da una sfera di acciaio didiametro 1, 2, 2.5, 5 o 10 mm.

La provaprova didi durezzadurezza VickersVickers è definita dalla norma UNI EN 6507. Si esegueapplicando un carico su un provino e misurando le diagonali dell’improntarilasciata sullo stesso da un penetratore di diamante a forma piramidale.

Per eseguire la provaprova didi durezzadurezza Rockwell CRockwell C si utilizza un penetratorecostituito da un cono di diamante con angolo di apertura di 120°. Si applica un carico iniziale di 98.07N ed un carico addizionale di 1373 N. Viene letta la profondità dell’impronta su uno strumento analogico

La provaprova didi durezzadurezza KnoopKnoop ha un principio di funzionamento identico alla prova Vickers eccetto per il fatto che qui viene usata una piramide di diamante a base rombica con un rapporto tra le diagonali 7 a 1.

RIASSUMENDORIASSUMENDO

SCALA DI DUREZZA MOHS E CONFRONTI CON ALTRE SCALE SCALA DI DUREZZA MOHS E CONFRONTI CON ALTRE SCALE

confronto tra le scale di durezza

“1Talco

Materiali teneri rigabili con l’unghia2Gesso

“3Calcite

“4Fluorite

“5Apatite

Materiali semiduri rigabili con una punta d’acciaio6Ortoclasio

“7Quarzo

“8Topazio

“9Corindone

Materiali duri non rigabili con una punta d’acciaio10Diamante

CaratteristicheN°Minerale