LA PROVA DI TRAZIONE

1 LA PROVA DI LA PROVA DI TRAZIONETRAZIONEL aboratorio di Metallurgia AA 2007-2008 INTRODUZIONELe propriet meccaniche di un materiale rappresentano la resistenza che questo ha nei confronti delle sollecitazioniche operano su misura delle propriet effettuata mediante proveche si dividono in base al: m e t o d o d i e s e c u z i o n e in:- a) convenzionali- b) simulate- c) reali t e m p o d i a p p l i c a z i o n e del caricoin:-i) statiche- ii) dinamiche- iii) periodiche- iv) per scorrimento viscosoINTRODUZIONEINTRODUZIONELa PROVA di TRAZIONE una PROVA staticae rappresenta il pi importante test grandezze, che per quanto convenzionali, sono utilizzate: nella progettazione nella valutazione sull applicabilit diprocessi tecnologici ad un materiale in indagini di caratterescientifico o di failure-analysisCONCETTO TECNOLOGICO DI TENSIONEArea, AFtFt =FtAoArea prima del carico Tensione di TRAZIONE , :Unit di Misura: PaArea, AFtFtFsFFFs =FsAo Tensione di taglio, :Unit di Misura: PaCONCETTO TECNOLOGICO DI TENSIONEF Ritorno alle dimensioni iniziali to CONCETTO DI DEFORMAZIONE ELASTICAF Def.

2 Lineare elastica Def. Non-LineareUna deformazione elastica reversibileLegami distanziatiCONCETTO DI DEFORMAZIONE PLASTICAF lineare elasticalineare elastica elastico + plasticoLegami distanziati e scorrimento dei piani plasticoUna deformazione plastica irreversibile8 Deformazione longitudinale: Deformazione laterale: /2 /2 L/2 L/2 Lowo = Lo L= LwoLa deformazione espressa da un numero puroCONCETTO TECNOLOGICO DI DEFORMAZIONE00 LLLf = 00 WWWfL = CONCETTO DI TENSIONE E DEFORMAZIONE REALI /2 /2 L/2 L/2 LowoiAP= ===fLLfiiLLldlldld00ln Tensione reale Deformazione realeSezione istantaneaLunghezza istantaneaLunghezza finaleLunghezza inizialePROPRIETA LINEARI ELASTICHE Modulo di elasticit E:(Modulo di Young) = L L 1- FFPura TRAZIONE Lineare elastico1E Unit di misura:E: [GPa] : a-dimensionale Coefficiente di Poissons : Legge di Hooke: = E Tensione semplice: =FLoEAo L= FWoEAo /2 /2 L/2 L/2 LowoFAo La deformazione a cui soggettoun componente meccanico legato al materiale con cui costruito, alla sua geometria ed alle condizioni dicarico.

3 Un elevato modulo elastico riduce le deformazioni sotto LINEARI ELASTICHED eformazione longitudinaleDeformazione laterale11 Modulo elastico E: E~ curvatura in roSezione Ao LLoFindeformatodeformato LFAo= ELoModulo elasticorModulo elastico maggiore Modulo elastico inferiore EnergiaroDistanza interatomicadi equilibrioEaumenta all aumentare del valore Eodell energiaMODULO ELASTICO E LEGAME ,AluminumPlatinumSilver, GoldTantalumZinc, TiSteel, NiMolybdenumGraphiteSi crystalGlass -sodaConcreteSi nitrideAl oxidePCWood( grain)AFRE( fibers)*CFRE*GFRE*Glass fibers onlyCarbon fibers onlyAramid fibers onlyEpoxy alloysTungsten<100> <111>Si carbideDiamondPTFEHDPELDPEPPP olyesterPSPETCFRE( fibers)*GFRE( fibers)*GFRE(|| fibers)*AFRE(|| fibers)*CFRE(|| fibers)*MetalsAlloysGraphiteCeramicsSemi condPolymersComposites/fibersE(GPa) Eceramics > Emetals >> Epolymers109 PaBased on data in Table B2,Callister data based onreinforced epoxy with 60 vol%of alignedcarbon (CFRE),aramid (AFRE), orglass (GFRE)

4 PROVA DI TRAZIONELa PROVA di TRAZIONE eseguita su provette(con dimensioni e geometria opportuna) attraverso l applicazione di un carico monoassiale crescente(se pur lentamente). I risultati della PROVA di TRAZIONE sono rappresentati da un diagramma carico-allungamento e da una serie di grandezze relative alla resistenza, deformabilit , ed all elasticit di cui costituito il normativa di riferimento per l Europa la EN 10002LA PROVA DI TRAZIONEN elle provettedi TRAZIONE si distinguono: Tratto utileL0 Tratto calibratoLC( L0+d0/2< LC< L0+2d0) Le testeopportunamente raccordate al tratto calibrato La sezione che pu essere circolare, quadrata, PROVA DI TRAZIONELa geometria delle provette pu variare in funzione di: Materiale da testare Processo tecnologico con cui stato prodotto il materiale (fusione, deformazione, ecc ) Tipologia di componente da cui il provino stato ricavato (lamiera, tubo, filo )LA PROVA DI TRAZIONEA ffinch tutte le grandezze che si ottengono dalla PROVA risultino indipendenti dalla geometria della provetta necessario che il rapporto fra la lunghezza L0e la sezione iniziale S0rispetti le seguenti relazioni:00 SKL=00ndL=Nelle normative Europee K=5,65ed n=5 Nelle normative americane K=4,61ed n=4 Provette proporzionaliDiametro iniziale provetteLA PROVA DI TRAZIONEM acchina idraulicaA vitiincastellaturaafferraggiestensimetro Sistema acquisizioneLA PROVA DI TRAZIONEIn campo elastico.

5 Teoricamentein queste condizioni la parte della curva interessata un segmento rettilineo, e le deformazioni si annullano se il carico viene riportato a zeroRealmente, la curva si discosta quasi subito dalla tangente all origine, ma se lo scostamento molto piccolo, scaricando il provino la deformazione si annulla e quindi si pu ritenere valida la legge di PROVA DI TRAZIONEC ampo elastico Carico di scostamento dalla proporzionalit Fp(0,..) Carico unitario (tensione) di scostamento dalla proporzionalit :Rp(0,..)= p(0,..)=Fp(0,..)/S0(MPa) La duplice simbolegiatura prevista dalle norme si riferisce ad applicazioni tecnologicheRp(0,..)o scientifiche p(0,..)Il valore fra parentesi indica lo scostamentopercentuale della curva di TRAZIONE dalla sua tg all origine per cui si calcolato il valore del carico. 0,002% in campo scientifico, 0,02% in campo PROVA DI TRAZIONEC ampo elastico Carico totale al limite elasticoFe(0.)

6 Carico unitario (tensione) al limite elastico:Re(0,..)= e(0,..)=Fe(0,..)/S0(MPa) La duplice simbolegiatura prevista dalle norme si riferisce ad applicazioni tecnologiche Re(0,..)o scientifiche e(0,..)Il valore fra parentesi indica la deformazione plastica permanente, (in percentuale) indotta dal carico applicato dopo che questo viene riportato a PROVA DI TRAZIONE Modulo di resilienza rappresenta l energia elastica che viene immagazzinata dal materiale durante la PROVA di TRAZIONE ed individuato dall area sottesa dalla parte elastica della curva PROVA DI TRAZIONEC ampo plastico:Carico totale di snervamento superiore Fs. Rappresenta il carico per cui si ha un cedimento improvviso del materiale per l effetto d incrudimento dei cristalli deformati plasticamente. Questo cedimento si arresta ad un valore inferiore del carico detto carico totale di snervamento inferiore unitario di snervamentoRs= s=Fs/S0(MPa)LA PROVA DI TRAZIONEC ampo plastico:Qualora dal diagramma carichi allungamenti non risulti rilevabile il valore del carico di snervamento, si stabilisce convenzionalmente di sostituirlo con quel carico che induce una deformazione permanente dello 0,2%: Fr(0,2).

7 Le norme prevedono di sostituireFr(0,2)conil carico totale di scostamento dalle proporzionali Fp(0,2)Rr(0,2)= r(0,2)=Fr(0,2)/S0(MPa)Rp(0,2)= p(0,2)=Fp(0,2)/S0(MPa)Carico unitario al limite della deformazione permanentedello 0,2%Carico unitario di scostamento dalla proporzionalit allo 0,2%LA PROVA DI TRAZIONELA PROVA DI TRAZIONEC ampo deformazioni localizzate:A partire dal punto M ha inizio il fenomeno della strizionein seguito al quale tutta l ulteriore deformazione si concentra in un breve tratto della carico FM definito carico massimo di rottura o resistenza alla caricoFu definitocarico ultimoCarico unitario massimoRM = M=FM/S0(MPa)Carico unitario ultimoRu= u=Fu/S0(MPa)uLA PROVA DI TRAZIONEA llungamento % a rotturaE definito dalla variazione di lunghezza del tratto utile, dopo rottura, riferito alla lunghezza iniziale e moltiplicato per =Lu: lunghezza dopo rottura del tratto utile(%)Questo dato indice della duttilit del materiale.

8 Maggiore l allungamento %, maggiore la sua duttilit .100100100000 LLLLLL olocalizzatuniformeu + = AAKLLK= =00/0/ndLz =LA PROVA DI TRAZIONEL area sottesa dalla curva tensione-deformazione rappresenta l energia assorbita dal provino prima della rottura ed indice della tenacit del PROVA DI TRAZIONEC oefficiente % di strizione o strizione percentualeE definito dalla variazione della sezione di rottura Surispetto alla sezione iniziale Soe moltiplicato per =(%)10000dddZu =Per provette cilindriche(%)LA PROVA DI TRAZIONEM odulo di elasticit a TRAZIONE o modulo elastico riferimento alla legge di Hooke il modulo elastico pu essere determinato come rapporto fra il carico unitario di TRAZIONE entro i limiti di proporzionalit e la deformazione pi rigorosamente =E tgE== lim0LA PROVA DI TRAZIONEC oefficiente di Poisson .Definendo la contrazione trasversale unitaria tcome il rapporto00ddduL = Il coefficiente di Poisson il rapporto fra ted L=LA PROVA DI TRAZIONEC urva reale o di FlussoLA PROVA DI TRAZIONELa Velocit di applicazione del carico e di deformazione influenzano:carico massimo, che tende ad aumentare all aumentare della velocit di deformazione;limite di snervamentoche ad alte velocit di deformazione tende ad aumentare ma pu addirittura scomparire.

9 Le norme stabiliscono: velocit di applicazione del carico diversein funzione del modulo elastico del materiale da testare. Fra 2 e 20 MPa s-1se E<150 GPa, fra 6 e 60 MPa s-1se E>150 GPavelocit di deformazione diversea seconda della parte della curva che si sta realizzando. Fra 0,00025 e 0,0025 s-1nel tratto sino allo snervamento, <0,008 s-1nel tratto dopo lo PROVA DI TRAZIONELa forma del provino. Influenza i valori ottenuti dalla PROVA solo relativamente alle prove afferraggi. Influenza i valori del carico di snervamento superiore ed inferiore. Migliore la coassialit maggiore la differenza rilevabile fra Fsed della sulla misura di Fsed Fi. Macchine molto rigide evidenziano meglio la differenza fra i due valori quando questa dei provini. Influenza soprattutto la duttilit del materiale, che maggiore se la lavorazione pi Incide su tutte le grandezze PROVA DI TRAZIONEC onsiderazioni sulla PROVA di un progettista: molto pi importante il valore di Rsche quello di Rmin quanto in esercizio un componente non solo non deve rompersi ma neppure deformare permanentemente.

10 Il valore di An importante perch in caso di rottura l energia associata allo sforzo applicato verrebbe dissipata in gran parte come lavoro di deformazione plastica e non in energia cinetica. Per un tecnologo:Ane Zsono indice della deformabilit plastica del materiale mentre i valori di Rsed Rmsono indice della tendenza all incrudimento del materialeSTATI DI TENSIONE TRAZIONE sempliceo =FAAo= sezione cavo non caricato FF STATI DI TENSIONE Taglio sempliceo =FsA ( = M/AcR)MMAo2 RFsAcSTATI DI TENSIONEC anyon Bridge, Los Alamos, NM Compressione sempliceo =FA( < 0).FFSTATI DI TENSIONE Stato biassiale di tensione z> 0 > 0 STATI DI TENSIONE7 Compressione idrostatica < 0hCRITERI DI RESISTENZAS ervono a ricondurre un generico stato di Servono a ricondurre un generico stato di tensione tensione pluriassiale pluriassiale ad un equivalente stato di ad un equivalente stato di tensione tensione monoassialemonoassiale, , confrontrabile confrontrabile con i risultati con i risultati di una PROVA di TRAZIONE di una PROVA di TRAZIONE monoassialemonoassialeA cosa servono ?