Relazione prova di Resilienza, Essays (high school) of History

Download Relazione prova di Resilienza and more Essays (high school) History in PDF only on Docsity! Tecnologia meccanica Guido Zanini IIIMD PROVA DI TRAZIONE La prova si effettua sottoponendo il provino di materiale un carico di trazione applicato con una velocità di incremento fino a provocarne la rottura. Vengono quindi applicate al provino due forze di trazione: stesso asse ma versi opposti in modo che il pezzo si allunghi. Al contrario nella compressione le due forse hanno la stessa direzione e stesso verso in modo che il provino si comprima. La sollecitazione applicata è di tipo statico, cioè gradualmente crescente. MACCHINA PER L’ESECUZIONE DELLA PROVA Le macchine solitamente usate per la prova di trazione sui metalli possono applicare carichi da 1000 Kg fino a 40.000 Kg; esse sono classificate in base alla portata di carico che possono applicare al materiale: Piccole da 1 kg fino a 400 kg • Medie da 1000 kg fino a 40000 kg • Pesanti con campi di 100.000 kg e oltre • Speciali da 1 g fino a 100 o 200 g con elementi di fissaggio controbilanciati • Speciali da 1 kg fino a 1000 o 2000 kg, costruite con principi diversi dai precedenti sopra descritti, per consentire al macchinario un elevato campo di forza nella trazione. La macchina di trazione cui qui si fa riferimento é la macchina universale Dartek, che è una macchina per prove su materiali metallici con acquisizione ed elaborazione dati computerizzati e comprende i seguenti componenti: 1) un basamento; 2) colonne di sostegno; 3) una traversa fissa; 4) un cilindro ricavato sopra la traversa fissa; 5) uno stantuffo dentro il cilindro; 6) una traversa solidale allo stantuffo; 7) due aste montanti; 8) una traversa di lavoro. La provetta viene fissata alla ganascia collegata al basamento e alla ganascia collegata alla traversa di lavoro. La pompa invia l’olio dal serbatoio al cilindro, obbligando il pistone a salire; quest’ultimo trascina la traversa di sollevamento che, tramite i tiranti, solleva l’afferraggio superiore. Per questo la provetta viene sollecitata a trazione. Se si interrompe l’invio di olio nel cilindro e si apre un rubinetto, l’olio passa dal cilindro al serbatoio e lo stantuffo si abbassa. Collegato alla macchina è un dispositivo per la registrazione delle deformazioni della provetta, che fornisce direttamente il grafico della prova. Prima di avviare la prova, é necessario applicare un carico minimo in modo che la provetta si assesti negli organi di presa della macchina. La durata della prova é compresa tra 2 e 5 minuti. LA PROVETTA Il provino è una barretta a sezione costante circolare, quando le provette sono ricavate dal pieno, mediante lavorazione meccanica, hanno sezione circolare; quando sono ricavate da lamiere hanno sezione rettangolare. In una provetta si distinguono le seguenti parti: - La lunghezza della cosiddetta “parte centrale calibrata” Lc. - L0 lunghezza compresa tra prima tacca e ultima tacca. L0<Lc Le tacche devono essere 10 o 20 o comunque non inferiore a 10 tacche, una ogni 5/10mm - Il diametro d della parte calibrata a cui corrisponde una sezione S0 (nel caso di provette a sezione circolare, larghezza a e l’altezza b della sezione se questa è rettangolare). - Le teste di serraggio, che hanno forma e dimensioni tali da essere afferrate tra le ganasce della macchina con cui si effettua la prova. - I raccordi ad archi di cerchio tra la parte calibrata e le teste, necessaria per evitare la rottura sullo spigolo vivo - La lunghezza totale Lt La provetta si rompe al centro perché σ= F s Esistono due tipologie di provette, in funzione di Lo=k∙√So dove k è la costante K=5.65 Lo=5d provetta corta K=11.3 Lo=10d provetta lunga Procedimento di correzione per la determinazione dell’allungamento nelle prove non valide Si supponga che sulla lunghezza L0 della provetta siano stati preventivamente tracciati N = 10 intervalli e che, dopo la rottura, i due spezzoni siano stati accostati in modo da fare coincidere i due assi. Sia A il riferimento del frammento dello spezzone più corto e B il riferimento delle divisioni segnate sullo spezzone più lungo, tale che la sua distanza dal punto di rottura sia circa uguale a quella tra il punto di rottura e il riferimento A. Si conta il numero di intervalli n esistenti nel tratto AB e si vede se n é pari o dispari. 1) Se N – n è un numero pari, si misura la distanza fra A e B e la distanza tra B e la divisione C situata a (N – n)/2 intervalli oltre B. Esempio: Si misura il tratto AB: n = 4 intervalli Si misura il tratto BC: (N-n)/2 = (10-4)/2 Si calcola l’allungamento percentuale dopo rottura con la formula: A= AB+BC'+BC ' '−Lo Lo ∗100=¿[in %] 2) Se N – n è un numero dispari, si misura la distanza fra A e B e la distanza fra B e le divisioni C’ e C’’ situate rispettivamente a (N-n-1)/2 e (N-n+1)/2 intervalli oltre B. Esempio: Si misura il tratto AB: n = 3 intervalli Si misura il tratto BC’: (N-n-1)/2 = (10-3-1)/2 = 3 Si misura il tratto BC’’: [(N-n-1)/2]+1 = [(10-3-1)/2]+1 = 4 Si calcola l’allungamento percentuale dopo rottura con la formula: A= AB+BC'+BC ' '−Lo Lo 100 [in %] Gli allungamenti dopo rottura possono essere posti in un diagramma. Si supponga che la rottura sia avvenuta esattamente a metà della lunghezza utile. Dopo la rottura si misurano, per ciascuno spezzone cilindrico i tratti 1-2, 2-3, 3-4 ... Ogni allungamento é posto in ordinata in scala ingrandita opportunamente, a partire dal punto medio di ciascun intervallo. Si nota che: - Gli allungamenti sono elevati vicino alla zona di rottura e decrescono notevolmente ai lati; - Le zone simmetriche, rispetto alla rottura, hanno subito allungamenti uguali. Una provetta più corta rispetto alla precedente, presenta lo stesso grafico con gli stessi allungamenti, ma un allungamento percentuale dopo rottura maggiore della provetta più lunga. Ciò é dovuto al fatto che gli allungamenti notevoli sono vicini alla zona di rottura. Qualora la rottura avvenga in una zona periferica della provetta, il grafico dimostrativo dell’allungamento é quello accanto. valori di allungamento medi ANALISI DELLA FRATTURA ROTTURA DUTTILE Si ha per deformazione plastica e conseguente scorrimento dei cristalli secondo piani orientati a circa 45° rispetto alla sollecitazione esterna. L’allungamento e la diminuzione di sezione sono elevati. Il carico di snervamento é molto inferiore rispetto al carico di rottura. ROTTURA FRAGILE Avviene per decoesione dei cristalli, é netta e perpendicolare alla sollecitazione applicata. Si hanno allungamenti bassi, diminuzione della sezione resistente e rottura improvvisa. Il carico di snervamento é vicinissimo a quello di rottura. La grana è brillant La forma della rottura dipende da vari fattori: 1) al diminuire della temperatura, sotto zero, scompare l’allungamento plastico e l’acciaio si rompe per frattura fragile. 2) la frattura fragile é favorita dalla presenza di tensioni interne (dovute ad incrudimenti, saldature, tempre...). 3) intagli, fessurazioni, cricche, facilitano la rottura fragile, come pure la struttura cristallina a grano grosso o quella lamellare (che é innesco alla rottura). 4) per quanto riguarda la composizione chimica, favoriscono la rottura fragile una maggior percentuale di carbonio e di silicio, la presenza di impurezze come forsforo e zolfo, gas imprigionati come idrogeno, azoto ed ossigeno; favoriscono la rottura duttile l’alluminio ed il nichel, che affinano il grano. MODULO DI ELASTICITÀ NORMALE Il modulo di elasticità rappresenta la tangente dell’angolo del tratto iniziale rettilineo del grafico rispetto all’asse degli allungamenti unitari. Il modulo di elasticità è un indice della “rigidità” di un materiale: quanto più il materiale é rigido tanto minore é l’allungamento al limite di proporzionalità e tanto più grande sarà il modulo di elasticità. Per uno stesso materiale, il modulo di elasticità varia al variare della temperatura cui é posto il materiale e col trattamento subito dal materiale stesso. Il modulo di elasticità diminuisce con l’aumentare della temperatura (che rende più plastico il materiale) ed aumenta nel caso di trattamenti che determinano durezza del materiale. COMPORTAMENTO DEI MATERIALI METALLICI DURANTE LA PROVA DI TRAZIONE STATICA I materiali sono costituiti da più grani (policristallo) ed i piani atomici sono orientati in tutte le direzioni. Essi sono allora “isotropi”, cioè non variano le proprietà meccaniche qualunque sia la direzione della ESECUZIONE PROVA Sganciando la mazza, la sua energia potenziale si trasforma in energia cinetica, capace di rompere il pezzo. L’energia potenziale iniziale verrà in parte assorbita dal provino, in modo che, h<h. L’energia disponibile sarà: Ed = m g h [J] L’energia potenziale residua sarà: E r = m g h [J] Il lavoro assorbito durante la rottura è: Ed – Er = m g (H-h) [J] L’energia assorbita può considerarsi scindibile in tre diverse fasi principali: - energia spesa per iniziare la frattura. - energia spesa per propagare la frattura. - energia spesa per portare a termine il distacco delle due parti del provino. Durante la rotazione intorno al suo perno, l'asta trascina una lancetta a essa solidale, ma folle rispetto al quadrante concentrico al perno stesso. Nei moderni pendoli di Charpy il quadrante è tarato in joule, quindi la risalita dell'asta fornisce direttamente il lavoro assorbito Ea, durante la rottura. TIPI DI ROTTURA - rottura con deformazione (resiliente): la sezione di rottura presenta un’area esterna con aspetto fibroso, dovuto allo scorrimento plastico, e un’area interna che evidenzia i grani cristallini, dovuta alla decoesione. - rottura fragile: si manifesta improvvisa per decoesione (distacco senza deformazione permanente), aspetto granulare e lucente. La curva a S che collega le zone di rottura fragile (zona a sinistra a basse temperature) e di rottura con deformazione (zona a destra a più alte temperature) è detta curva di transizione. Se il provino non si rompe, ma subisce solo una de- formazione, non è possibile determinare l'energia assorbita durante la rottura. In questo caso, il resoconto di prova deve contenere la seguente indicazione: La temperatura influisce sulla resilienza, in genere essa diminuisce alle basse temperature perché diminuisce la mobilità atomica ostacolando gli scorrimenti. PROVA IZOD La rottura è facilitata perchè il provino è colpito ad una distanza di 22mm dal fondo dell’intaglio. La prova determina la resistenza all’impatto di pezzi con molti angoli vivi. Il risultato della prova è dato dal rapporto tra l'energia d'impatto [J] usata per rompere il provino e l'area del provino in corrispondenza dell'intaglio, ed è espresso in kJ / m2; tale risultato è dato anche dal rapporto tra l'energia di impatto e la lunghezza dell'intaglio (o dallo spessore del provino), espresso in J / m. PROVA TRAZIONE URTO A un'estremità il provino è avvitato sul dorso della mazza battente (pendolo di Charpy), all'altra a una piastra: la rottura per trazione-urto avviene quando la piastra passa tra i montanti del basamento durante l'oscillazione della mazza. PROVA DI DETERMINAZIONE DELLA TENACITÀ ALLA FRATTURA. Lo studio della rottura o frattura fragile dei materiali si basa sull'analisi dello stato della deformazione e della tensione esistenti all'apice di una cricca, o fessura, di raggio di fondo infinitesimo. Le modalità di applicazione dei carichi sollecitanti su un corpo che presenta una cricca si classificano in funzione dello spostamento delle superfici della cricca. Nel modo I, l'andamento della tensione o, agente sulla sezione piena posta avanti alla cricca, cresce man mano che ci si avvicina all'apice della cricca. Si definisce il fattore di intensità K, (I a pedice indica il primo modo di apertura della cricca) come ratio tra il valore o la tensione locale in un punto considerato a fondo intaglio e il valore della tensione nominale o, o media nella sezione piana . Il fattore K, è dato dalla relazione: K l=σ n F√πa [ N mm ] In cui F è un fattore geometrico unidimensionale dipendente dalla geometria del solido fessurato e dalla fessura stessa, mentre a è la lunghezza della cricca. Gli intagli consigliati sono ad angolo retto o a freccia (Chevron) e sono ottenuti mediante una lavorazione meccanica. Il prolungamento dell’intaglio è ottenuto sottoponendo a sollecitazione a fatica, il provino già trattato remicamente e finito di lavorazione meccanica. PROVA DI SCORRIMENTO VISCOSO La prova consiste nel riscaldare e mantenere il provino a una temperatura uniforme e costante, sottoponendolo al contempo a un carico di trazione costante e continuo, finché non si produce una determinata deformazione permanente o oppure la rottura. σ scorrimento(%)/ tempo (h)/ temperatura (°C): per esempio, σ 1/10000/500 indica la tensione normale unitaria che produce lo scorrimento dell'1% quando agisce per 10000h a 500°C. σ R/tempo(h)/ temperatura (°C): σ R/10000/500 indica la tensione normale che produce la rottura quando perdura per 10000 ha 500 ° C. As/ carico unitario/ tempo (h)/ temperatura(°C): allungamento unitario per scorrimento[%], dato dallo scorrimento prodotto dal carico unitario, indicato a pedice nel simbolo, quando agisce con intensità costante per il tempo indicato nel simbolo, a temperatura indicata nel simbolo An/ tempo (h)/ temperatura(°C): allungamento unitario per scorrimento[%], dato dallo scorrimento prodotto dal carico unitario, indicato a pedice nel simbolo, quando agisce con intensità costante per il tempo indicato nel simbolo, a temperatura indicata nel simbolo