PROVA DI TRAZIONE - AlmAck

1 PROVA DI TRAZIONELa PROVA di TRAZIONE (tensile test) consiste nel sottoporre unprovino ad una deformazione a velocita' costante, mediantel azione di un carico di TRAZIONE unidirezionale F (load)applicato ortogonalmente alla sezione del provino. Durantela PROVA si misura il valore del carico e la lunghezza delprovino (tabella 1) tramite rispettivamente una cella di caricoe un [KN]Lunghezza [mm] Stress [MPa]Deformazione050,0000550,0340,70,000 61050,0681,50,00122050,12162,80,00243050 ,18244,20,003635,6 (max)53,00290,10,060033,8 (frattura)55,20275,50,1400tabella 1: valori della PROVA a TRAZIONE per un provino d una lega d alluminiodi diametro 12,5.

2 Diagramma carico-lunghezza ottenuto dai valori della prima e secondacolonna della tabella 1I risultati potrebbero essere riportati in un diagramma carico-lunghezza (Fig. 2) ma in tal modo sarebbero influenzati, adesempio, dal diametro del provino. E piu' logico far si' che ivalori di un test siano indipendenti dalla geometria delprovino ma validi per qualsiasi forma o dimensione; perquesto si preferiscono misurare durante la PROVA lo sforzo (o stress o engineering stress) e la deformazione (oengineering strain o strain) definibili rispettivamente come: =FA0 [MPa o Kg/mm2] =l-ll0 [adimensionale]in cui A0 e' l area della sezione del provino prima del test, l0e' la lunghezza iniziale del provino e l quella durante laprova dopo che il carico F e' stato tal modo si ottengono dei valori (tabella 1) che vengonoriportati nel diagramma sforzi-deformazioni (stress-straincurve) (Fig.)

3 3). : Curva sforzi-deformazioni ottenuta dai valori della terza e quartacolonna della tabella 1 Inizialmente, quando il carico ha un valore basso, ilmateriale si allunga elasticamente ovvero puo' riprendere lasua lunghezza originaria se il carico torna a zero:la curva segue, infatti, un andamento lineare rappresentatodalla legge di Hooke = E in cui la costante diproporzionalita' E e' il modulo d elasticita o di Young [MPa oKg/mm2].I valori di che descrivono il tratto iniziale rettilineo, la cuipendenza e data da E, definiscono il campo elastico.

4 Alcunimateriali (ad esempio la ghisa grigia) presentano unandamento non lineare nella parte elastica della curvastress-strain; in questi casi E non e' determinabile comescritto in precedenza ma si considera il modulo d elasticita'tangente o secante definiti rispettivamente come lapendenza della retta tangente alla curva ad uno specificovalore di e come la pendenza della retta secante la curvain un punto e passante per l origineSopra un certo valore di la deformazione aumenta: sequesta rimane anche in piccola parte quando il carico e'stato tolto, il materiale ha subito una deformazionepermanente e si e entrati nel campo plastico.

5 Carichi piu elevati conducono poi alla rottura del limite di snervamento y (yield strength) e lo stress alquale si passa dal campo elastico a quello plastico chegeneralmente coincide con il limite di proporzionalita' P incui la curva smette di seguire un andamento pero' questo limite non e' determinabile conesattezza e allora si assume come y quello che comportauna deformazione plastica dello 0,2% (offset yield strength oproof strength): esso viene determinato portando la parallelaal tratto elastico iniziale della curva, in corrispondenza delvalore = 0,002, e vedendo a quale valore dello stresscorrisponde l intersezione di tale retta con la curvaIl valore del limite di snervamento cosi' ottenuto e' un limiteconvenzionale perche spesso si e' gia' nel campo plastico.

6 Y puo' variare da 35 MPa per una lega di Al a 1400 MPaper un acciaio ad alta resistenza:Per quei materiali che non hanno un tratto elastico dellacurva - , il calcolo di questo limite fittizio non e' possibilee, in genere, si assume come limite di snervamento lostress necessario a produrre un certo strain (ad esempio = 0,005).La curva sforzi-deformazioni per certi acciai a bassocontenuto di carbonio puo' presentare un doppio limite disnervamento ( ): cio' accade poiche il materialedovrebbe iniziare a deformarsi plasticamente allo stress 1ma, in realta', piccoli atomi interstiziali raggruppati attornoalle dislocazioni interferiscono con il loro movimento (che fasegnare l inizio della deformazione plastica) il qualecomincia solo ad un valore 2 detto limite di snervamentosuperiore (upper yield point).

7 Solo dopo che si e' raggiuntotale limite, le dislocazioni si muovono e l allungamento delcampione puo' avvenire sotto uno stress che puo' anchediminuire fino al valore 1 detto limite di snervamentoinferiore (lower yield point). Da notare che nel tratto tra Z e 2, il comportamento e' elastico ma non piu' proporzionale(vale a dire non segue la legge di Hooke).Fig. 6: Limiti di snervamento inferiore e superiore per un acciaio a bassocontenuto di carbonioRitornando alla Figura 3, dopo y si ha l inizio di unadeformazione plastica: tuttavia inizialmente questadeformazione e' uniforme, ossia l allungamento interessatutta la lunghezza del provino e contemporaneamente si haun uniforme diminuzione della sezione (incrudimento).

8 Ilmateriale diventa piu resistente, lo stress necessario perdeformarlo cresce fino ad un valore massimo t (tensilestrength) preso come misura della resistenza a TRAZIONE . t puo' variare da 50 MPa per una lega di Al a 3000 MPaper un acciaio ad alta resistenza, comunque alcuni esempisono riportati nella tabella 2:Materiale y [MPa] t [MPa]Diamante50000 y>> tcarburo di silicio SiC10000"carburo di tungsteno WC6000"Allumina Al2O35000"Zircone ZrO24000"acciai temprati500 -1980680 -2400leghe al nickel200 -1600400 -2000 Nickel70400 Molibdeno e leghe560 -1450665 -1650 Titanio e leghe180 -1320300 -1400ghise220 -1030400 -1200leghe al rame60 -960250 -1000 Rame60400 Alluminio40200 Ferro50200 Oro40220 Ghiaccio85-Argento55300 Piombo e leghe11 - 5514 -70tabella 2.

9 Valori della resistenza a TRAZIONE e del limite di snervamento peralcuni materialiNello stesso punto in cui si raggiunge t avvienesimultaneamente la strizione (necking), cioe' l allungamentosuccessivo sara' localizzato in una zona precisa del provino(neck) che portera' ad una riduzione locale dell area dellasezione Dopo il fenomeno di strizione si produrra' una cricca che,propagandosi velocemente, portera' il provino alla rottura incorrispondenza al raggiungimento dello stress di rottura r(rupture strength).

10 Secondo la curva sforzi - deformazioni si avra' unadiminuzione dello stress dopo la strizione sino alla avverra' in quanto, a seguito della riduzione dellasezione, sara' richiesta una forza piu' bassa per mantenereuna certa velocita' di deformazione ma lo stress verra'calcolato in base al valore costante dell area originale A0,non tenendo cioe' in considerazione che questa stadiminuendo (cioe' lo stress in realta' continua a salire).Quindi e' possibile spiegare come mai apparentemente ilprovino si rompe sotto uno sforzo di rottura r minore di t ecome mai puo' presentare due diverse deformazioni sotto lostesso piu' accurata descrizione del comportamento di unmateriale e' fornita dalla curva sforzi-deformazioni vera (truestress-strain curve) nella quale vengono riportati in ordinatae ascissa rispettivamente.