Metallurgia - Riassunto prove meccaniche, Sintesi del corso di Metallurgia E Tecnologia Meccanica

Scarica Metallurgia - Riassunto prove meccaniche e più Sintesi del corso in PDF di Metallurgia E Tecnologia Meccanica solo su Docsity! 1 Prove meccaniche A.A. 2012-2013 Corso di Metallurgia e materiali non metallici Riassunto completo di "Metallurgia e materiali non metallici" 2 LA PROVA DI RESISTENZA ALLA TRAZIONE Scopo: determinare la risposta di un materiale metallico quando sottoposto ad uno stato di sollecitazione di trazione uniassiale: F F •Ricavare un provino (di forma definita dalla normativa) dal materiale che si vuole esaminare •Registrare e diagrammare i valori sforzo-deformazione ottenendo così la cosiddetta curva di trazione (dalla cui analisi si ricavano delle grandezze caratteristiche utili per scopi di progetto e/o verifica) •Applicare una forza centrata sull’asse longitudinale in senso tale da allungare il provino, fino alla sua rottura. 5 Provino proporzionale: PREPARAZIONE DEL PROVINO 00 SkL  Per provini proporzionali a sezione circolare: K = 5.65 corto K = 11.3 normale-lungo 000 5dSkL  000 10dSkL  Testa (filettata) Tratto a sezione cilindrica Raccordo Lt= lunghezza totale Lc= lunghezza tratto cilindrico Lo= lunghezza tratto utile 6 Per provini proporzionali a sezione rettangolare: K = 5.65 corto K = 11.3 normale-lungo d’0 è il diametro fittizio che avrebbe una sezione circolare di uguale area. (lamiere, nastri) PREPARAZIONE DEL PROVINO 0 ' 00 5dSkL  0 ' 00 10dSkL  Provino proporzionale: 00 SkL  a 7 0S F s All’interno del tratto utile Lo è verificata l’hp di distribuzione uniforme dello sforzo nella sezione (hp di De Saint Venant). F F d > = max dimensione trasversale Lo sforzo è diretto l’asse longitudinale del provino ed il suo valore è lo stesso in tutti i punti della sezione 10 E [Mpa] 20°C 200°C 400°C Acciaio al carbonio 207000 186000 155000 Acciaio inox 193000 176000 159000 Leghe di alluminio 72000 66000 54000 E s e1 e2 E2 E1 La curva il cui materiale ha un E maggiore avrà, a pari sforzo, una deformazione minore: cioè questo materiale tende a deformarsi di meno: è elasticamente più rigido. Questa indicazione è molto utile in fase di progettazione: permette il calcolo delle deformazioni di una struttura sottoposta a determinati carichi in campo elastico. Il modulo elastico E dipende dalla struttura del materiale ed è influenzato dalla temperatura. Significato di E 11 Deformazione elastica Se gli sforzi rimangono al di sotto di se il reticolo cristallino, pur deformandosi, non riceve energia sufficiente per innescare il moto delle dislocazioni (sempre presenti nella massa metallica); quindi al cessare di tali forze la deformazione si annulla. 12 II. Periodo delle grandi deformazioni e [%] s [ N /m m 2 ] Fenomeni contrastanti: •Diminuzione della sezione resistente (uniformemente su Lc); a causa di questo la forza tenderebbe a diminuire al crescere della deformazione (perché sarebbe come tirare un provino di diametro via via sempre più piccolo). •Incrudimento:è l’aumento di resistenza intrinseco del materiale; il suo effetto sul diagramma sarebbe invece quello di fare aumentare la forza per progredire nella deformazione. In questa fase l’effetto dell’incrudimento è prevalente su quello della diminuzione della sezione quindi la curva continua ad avere una pendenza positiva, anche se via via sempre più piccola e comunque minore di E Al crescere della forza le deformazioni incominciano a diventare importanti 15 III. Periodo delle strizione Sono ancora presenti i 2 fenomeni: diminuzione della sezione resistente e incrudimento solo che ora l’effetto della diminuzione della sezione è prevalente proprio a causa della strizione, quindi la curva decresce, fino al punto in cui si verifica la rottura del provino. A partire dallo sforzo massimo si registra un restringimento macroscopico locale della sezione denominato “strizione” e [%] s [ N /m m 2 ] Rm Rm (o sm) è detto Carico di rottura. E’ definito come lo sforzo massimo, riferito alla sezione iniziale, che il materiale può sopportare prima di rompersi. nascono anche delle deformazioni radiali anche se la forza di trazione è sempre diretta longitudinalmente. 16 RISULTATI PRINCIPALI della prova di trazione • Modulo di Young: •Carico di rottura: s [ N /m m 2 ] e [%] s [ N /m m 2 ] e [%] • Carico di snervamento: oppure Rp 0.2 o REL a seconda dei casi [ 2 0 /mmN S F R SSs  s [ 2 0 /mmN S F R mrm  s Relazione valida in campo elastico-proporzionale   [ 2 0 0 0 / mmN LL L S F E   e s 17 RISULTATI PRINCIPALI della prova di trazione •Allungamento % a rottura: dove: Lu = lunghezza del tratto utile dopo rottura L0 = lunghezza iniziale del tratto utile A% dipende dal proporzionamento del provino; infatti va indicato il proporzionamento usato: es. A11.3; A5.65; A80mm. Si possono confrontare fra loro solo A% di provini simili cioè aventi lo stesso rapporto L0/d0 100 )( % 0 0    L LL A u •Coefficiente % di strizione: dove: S0 = sezione iniziale del provino Su = sezione del provino dopo rottura 100 )( % 0    S SS Z uo 20 s , s * [ N /m m 2 ] e, e* [%] Curva SFORZI REALI / DEFORMAZIONI REALI 0S F s 0 0 0 L LL L L    e istS F *s ist ist ist L LL L L 0*   e Diagramma ingegneristico Diagramma reale Se al posto di calcolare sforzi e deformazioni come introduco delle nuove grandezze List e Sist (valori istantanei di sezione e lunghezza del provino), e calcolo ottengo il diagramma “reale”. La curva continua a salire perché la Sist del provino diminuisce. 21 Dallo snervamento al carico massimo la curva di trazione reale può descritta dalla seguente equazione s* = K e*n dove: K = costante di resistenza e n = indice di incrudimento (per gli acciai 0.1< n < 0.3). In un diagramma bilogaritmico questo tratto è rappresentato da una retta di equazione: ln(s*)=ln(K)+n ln(e*) Curva SFORZI REALI - DEFORMAZIONI REALI ln e* ln s* ln(K) a n=tg(a) Essendo difficoltosa la misurazione diretta di Sist è preferibile calcolare s* e e* mediante le seguenti formule (valevoli però solo fino a sm) e* = ln (e+1) s* = s (e+1) n e K sono due indici che caratterizzano il materiale in campo plastico. In particolare n indica la tendenza del metallo ad incrudirsi. 22 Prove di durezza basate sull’improntatura: la durezza è definita in base alla resistenza che il materiale oppone a lasciarsi improntare da un utensile (penetratore o improntatore) di forma nota. • Durezza Brinell (UNI EN ISO 6506) • Durezza Vickers (UNI EN ISO 6507) • Durezza Rockwell (UNI EN ISO 6508) PROVE DI DUREZZA 25 •Scelto D, da norma è noto il carico da applicare. Durezza BRINELL Bisogna fare in modo che in ogni prova l’angolo di penetrazione dell’impronta sia circa 136°. Questo permette di avere una condizione di similitudine fra diverse prove; la mancata applicazione di questa condizione porta ad ottenere valori di durezza non confrontabili. (ad es. sullo stesso materiale si otterrebbero valori di HB diversi anche cambiando un solo parametro, D o P). a P/D2 = 26 •Si sceglie D •Si determina P con la tabella •Si esegue la prova •Si misura d e si verifica che d/D = (cos a/2 = 0.25 - 0.50 se ciò è verificato, la prova è valida •La prova perde valore se HB>650 perché incominciano ad essere confrontabili i valori di durezza di sfera e materiale in esame (sotto carico la sfera si deforma). •Si può calcolare una stima di Rm con: Rm = h HB dove h= 3.3 per gli acciai speciali da costruzione •Se i parametri della prova sono diversi da D=10 mm, P=3000Kg e t=10 s, va indicato; es: 350 HBW 1/30/20 Durezza BRINELL 27 Durezza VICKERS P 2 854.1 d P HV  P [kg]: carico applicato al penetratore d [mm]: diagonale dell’impronta Il valore di durezza Vickers è il rapporto tra il carico applicato al penetratore e l’area della superficie piramidale dell’impronta 2 1891.0 d P HV  Nel caso in cui P [N] 30 Durezza ROCKWELL 002.0 100 h HR  002.0 130 h HR  Vari tipi (scale) di prove Rockwell: Precarico: 10Kg 31 • Rapidità di esecuzione • Non necessita di una misura dell’impronta e quindi la finitura superficiale può anche non essere accurata • Durezza di tipo convenzionale con assenza di correlazioni teoriche con HV e HB Esistono solo correlazioni di tipo empirico A, C, D usate per materiali molto duri; C è sconsigliata se il materiale è troppo duro (il carico elevato può danneggiare il penetratore). Per durezze < di 20 HRC è consigliabile usare la HRB. •Dist. Minima fra 2 impronte: 4 x d (minimo 2mm) • fra impronta e bordo: 2.5 x d (minimo 1mm) •Minimo spessore del provino: 10 x h (sfera) 15 x h (cono) Durezza ROCKWELL vantaggi svantaggi 32 Precarico: 3Kg Durezza ROCKWELL Durezza ROCKWELL superficiale 001.0 100 h HR  35 PROVA DI RESILIENZA Prova di resistenza all’urto su barretta intagliata RESILIENZA: resistenza alle sollecitazioni dinamiche (urti e strappi) Viene valutata misurando il lavoro compiuto per rompere un provino mediante un urto a flessione con una macchina apposita (pendolo di Charpy). Unità di misura: [J] Normativa di riferimento: UNI - EN 10045 Elevata energia assorbita elevata resilienza elevata deformazione (rottura tenace) Bassa energia assorbita bassa resilienza bassa deformazione (rottura fragile) Le prove quasi-statiche non sono sufficienti a definire completamente le proprietà dei metalli: •2 materiali possono dare risultati identici nella prova di trazione, ma comportarsi diversamente se sottoposti a condizioni sperimentali di urto violento; •Acciai o leghe possono avere ottimi valori di A e Z nella prova di trazione e comportarsi in maniera fragile in prove ad urto; 36 Mesnager Charpy con intaglio a “U” Charpy con intaglio a “V” Izod Mesnager Tipi di provette 37 Pendolo di Charpy Caratteristiche: • Energia nominale = 300 J • dist fra gli appoggi: 40 mm • vel. della mazza al momento dell’urto: 5 - 7 m/s MACCHINA DI PROVA Il pendolo dopo aver rotto il provino continua la sua corsa e risale di una quota proporzionale all’energia residua. La differenza rispetto alla quota di partenza permette di ricavare l’energia assorbita dal provino per la rottura. Un indice collegato all’asse di rotazione ne permette la lettura diretta su una scala graduata. 40 Influenza delle condizioni sperimentali: •Curva di resilienza al variare delle dimensioni del provino (per acciaio al carbonio) a b b/a K [ J] 1.4 1.8 2 1 100% di provette con rottura duttile 100% di provette con rottura fragile Zona di dispersione dei dati con rotture sia duttili sia fragili 41 KCU KV T [°C] K [ J] 0 20 -20 transizione dispersione La temp. di prova deve essere precisata; viene considerata temperatura ambiente se compresa fra 19 e 28 °C temp. di transizione Influenza delle condizioni sperimentali: •Curva di resilienza al variare della temperatura di prova e della geometria del provino (per un acciaio dolce al C) Punti Critici T liquido (1) i \ 1154* ” Y Sea a E S 1100 4 - 4, : / * Z 21000 4 ® 4 6 912° i) V+Fe;C 4 900 7 -— -— p è ‘ . so) # ell Ni. Isl d_______ LA -&- == II 700 po $0.77 — M 727” K A+tFe;C cool 1 0 1 2 3 4 5 6 6,59 C(%) Elementi che aprono il campo g (austenitizzanti): Ni, Mn, Co, Pd, Ir, Pt Elementi che ristringono il campo g: B, S, Zr Nb Elementi che allargano il campo g (austenitizzanti): C, N, Cu, Zn, Au