(4) Resilienza
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Tecnologia Meccanica Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
Tenacità e resilienza
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COMPORTAMENTO DUTTILE E FRAGILE
Comportamento a trazionedi un materiale fragiledi un materiale fragile(Brittle) e di uno duttile(Ductile)
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FRATTURA DUTTILE
Alta deformazione plasticae lenta propagazione della cricca
a) Inizio della strizione
b) Coalescenza delle cavità ed inizio della rottura
c) Propagazione della frattura interna
d) Estensione della frattura alla sezione resistente
e) Rottura (per coppa e cono)
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FRATTURA DUTTILE
La rottura avviene dopo una deformazione plastica
Il cedimento che mette fine al comportamento elastico ècausato dallo scorrimento di piani cristallini, che siverifica su piani inclinati di circa 45° rispetto alladirezione di applicazionedella forza dove le tensionidirezione di applicazionedella forza dove le tensionitangenziali sono massime
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FRATTURA FRAGILE
Rottura che avviene dopo una piccola (o in assenza di) deformazioneplasticaIl cedimento consiste nella perdita di coesione fra gli atomi,fenomeno che porta al distacco frontale del materialeTipica dei ceramici e di alcuni metalli
Un materiale fragile è un materiale che si rompe dopo unallungamento percentuale di circa il 5%
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Le fratture fragili nei metalli sono dovute a difetti come:•pieghe•porosità•strappi e cricche•danni da corrosione
FRATTURA FRAGILE
•danni da corrosione•infragilimento da idrogeno
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FRATTURA FRAGILE
Il comportamento a rottura di un materiale dipende da moltifattori. In particolare, contribuiscono alla rottura fragile:
•Statodi tensionetriassiale(es: in prossimitàdi un intaglio)•Statodi tensionetriassiale(es: in prossimitàdi un intaglio)•Bassa temperatura•Alta velocità di deformazione (un materiale che si rompeduttilmente in una prova di trazione può rompersi fragilmentein una prova di impatto)
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FRATTURA DUTTILE E FRAGILE
Frattura duttile Frattura fragile
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La tenacità è una misura dellaquantità di energia che unmateriale è in grado di assorbireprima di giungere a rottura
Si definisceresilienza la capacità
TENACITÀ E RESILIENZA
Si definisceresilienza la capacitàche ha un materiale di resisterealla rottura a flessione per urto
L’inverso della resilienza fornisceindicazioni sulla fragilità delmateriale: quanto più grande è laresilienza, tanto più piccola risultala fragilità
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PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
La macchina per eseguire la prova diresilienza è nota con il nome di Pendolo diCharpy.Il pendolo di Charpy consiste in unapesantemazza che scende per gravitàpesantemazza che scende per gravitàdall’alto, incontra sulla sua traiettoriapendolare una provetta unificata, la rompee continua la sua corsa oltre la provettarisalendo fino ad una certa quota.
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PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
La macchina è tarata per dareimmediatamente su un quadrante il valoredell’energia assorbita dalla provetta.Oltre alla provetta, anche gli appoggi dellamacchina e la testa della mazza chemacchina e la testa della mazza checolpisce la provetta devono possedereforma e dimensioni unificate per garantirealla prova valori attendibili, confrontabili eripetibili.
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PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
Il lavoro assorbito dalla provettanell’urto è dato dalla differenza fral’energia posseduta dal pendoloall’inizio della sua corsa e l’energiaposseduta nella posizione finale,quando è risalito oltre la provetta.
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L’energia disponibile prima della caduta èdata dal peso P del pendolo moltiplicatoper l’altezza di caduta H.L’energia posseduta dal pendolo quandorisale è dato dal peso P moltiplicato perl’altezza h di risalita.
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Quindi il lavoro per rompere la provettaè dato da:L = (P H) – (P h)Dividendo L per la sezione S0 dellaprovetta in corrispondenza del taglio, siottiene l’indice di resilienza:K = L/S0
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Per rendere attendibile la prova di resilienza è necessarioutilizzare provetteunificate aventi precise caratteristiche dimensionali e di formaLe provette normali hanno sezione quadrata con lato 10 mme lunghezza di 55mm; durante il prelievo si deve evitare ogni riscaldamento o raffreddamentoche potrebbe alterare le proprietà del materialeLe provette hanno un intaglio a “U” e a “buco di chiave” profondi 5 mm,
PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)PROVETTE UNIFICATE
oppure a “V” profondo 2 mmPer i materiali non ferrosi si può usare la provetta Mesnagercon intaglio a “V”profondo 2 mmA secondo del tipo di provetta usata varia il simbolo della resilienza
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Le norme prescrivono che la macchina deve rendere disponibile un’energia nominale di300±10 J e che la velocità di impatto deve risultare compresa nell’intervallo 5÷5.5 m/s
La superficie della provetta dopo la rottura si presenterà poco riflettente e di aspettofibroso se la rottura è stata ditipo duttile, cioè preceduta da una notevole deformazioneplasticaNel caso di frattura fragile la superficie di rottura si presenterà riflettente; ladeformazioneplasticaèpraticamentenulla
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deformazioneplasticaèpraticamentenulla
I risultati vengono espressi con la seguente simbologia:
KU nel caso di provino con intaglio a UKV nel caso di provino con intaglio a V
Se le condizioni di prova non sono quelle normali è necessario completare il simbolocon altre indicazioni: energia disponibile della macchinae le dimensioni della provetta
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La temperatura normale di prova è 23±5°C
Per prove a temperature differenti, la provetta deve essere immersa nelmezzo di raffreddamento o riscaldamento per un tempo sufficiente a farraggiungere all’intera provetta la temperatura prescritta e non devonotrascorrerepiù di 5s tra il prelevamentoa temperaturacontrollatae la
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trascorrerepiù di 5s tra il prelevamentoa temperaturacontrollatae lafine della prova
I valori di resilienza possono variare sensibilmente; infatti a bassetemperature la resilienza assume valori decisamente inferiori a quelliottenuti a temperatura superiore
Inoltre, si evidenzia un campo di temperature in cui i valori di resilienzasubiscono una brusca variazione
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PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)TRANSIZIONE DUTTILE-FRAGILE
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PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)TRANSIZIONE DUTTILE-FRAGILE
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PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)TRANSIZIONE DUTTILE-FRAGILE
Influenza del tenore di carbonio
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CURIOSITÀ
Affondamento del Titanic:il Titanic era costruito con acciaio contemperatura di transizione duttile-fragile a 32°C. Il giornodell’affondamento, la temperatura del mare era -2°C; ciò rese la strutturamolto fragile e suscettibile al danneggiamento.