Prova di trazione - Facolta di Ingegneria

Transcript

Università del Salento
Facoltà di Ingegneria
Costruzione di Macchine
Lezione 3 – Prova di trazione
a cura del prof
prof. ing
ing. Vito Dattoma e dell
dell’ing
ing. Riccardo Nobile
1
Prove di caratterizzazione meccanica
¾Prova di trazione
¾Misura della durezza
¾Misura della resilienza
¾Misura della tenacità a frattura
9determinazione del KIc
9determinazione del JIc
2
V. Dattoma, R. Nobile – Costruzione di Macchine - Prova di Trazione
Prova di trazione
Caratteristiche generali
¾La prova di trazione è la più semplice e veloce prova
per la caratterizzazione di un materiale
¾La prova consiste nell
nell’applicare
applicare una forza di trazione
crescente nel tempo fino a determinare la rottura del
provino
¾La rottura del provino avviene in condizioni quasi
statiche, in quanto il carico viene applicato lentamente
¾La prova può essere eseguita a temperatura ambiente o
a temperatura di esercizio
¾La prova permette di determinare anche la legge
costitutiva del materiale
3
Prova di trazione
Norme di riferimento
¾Norma UNI EN 10002
10002-11 (2004): Materiali metallici Prova di trazione - Parte 1: Metodo di prova a
temperatura ambiente
¾Norma ASTM E8-04: Standard Test Methods for
Tension Testing of Metallic Materials
4
Prova di trazione
Geometria del provino – provino piatto
10±0,2
R30
20
t
50
40
60
40
165
¾Dimensioni tratto utile
9L0 > 5.65√A0 (UNI 10002)
9L0 > 5W
(ASTM E8)
5
V. Dattoma, R. Nobile - Costruzione di Macchine - Prova di Trazione
Prova di trazione
Geometria del provino – provino circolare
¾Dimensioni tratto utile
9L0 > 5.65√A
5 65√A0 (UNI 10002)
9L0 > 5D
(ASTM E8)
6
Prova di trazione
Attrezzature di prova – Macchina universale di trazione
¾Elettromeccanica
7
Prova di trazione
Attrezzature di prova – Macchina universale di trazione
¾Servoidraulica
8
Prova di trazione
Attrezzature di prova – Estensometro
9
Prova di trazione
Modalità di prova: ASTM E8
¾Il carico viene applicato imponendo una velocità di
traslazione costante della traversa
¾La velocità deve essere tale che:
mm
mm ⋅ min
N
σ& ≤ 11.5
mm 2 ⋅ s
ε& ≤ 0.5
¾La velocità viene quindi calcolata sulla base del
materiale e della lunghezza del tratto utile
10
Prova di trazione – comportamento duttile
Curva di trazione – snervamento pronunciato
¾Il tratto elastico termina con una discontinuità che
rappresenta il carico di snervamento
¾La pendenza del tratto elastico coincide con il modulo di
Young di elasticità longitudinale del materiale
11
Prova di trazione – comportamento duttile
Curva di trazione – snervamento convenzionale
¾Quando la curva non presenta uno snervamento
pronunciato,
i
i carico
il
i
dii snervamento viene
i
convenzionalmente fissato al raggiungimento di una
deformazione permanente dello 0.2%
0 2%
12
Prova di trazione – comportamento fragile
¾La curva mostra un tratto plastico molto limitato,
in alcuni casi assente del tutto
13
Prova di trazione
Influenza del contenuto di carbonio negli acciai
¾Il maggiore contenuto di
carbonio o la presenza di
elementi di lega aumenta le
caratteristiche meccaniche
dell’acciaio ma ne riduce le
capacità
ità di plasticizzazione
l ti i
i
14
Prova di trazione
Dati ottenibili da una prova di trazione
¾Modulo elastico:
E =
¾Carico di snervamento: σ y =
σ
ε
[[N/mm2]
Fy
[N/mm2]
A0
Fmax
σR =
¾Carico di rottura:
[N/mm2]
A0
L fin − L0
⋅ 100
¾Allungamento a rottura: A% =
L0
¾Coefficiente di strizione: Z % =
Afin − A0
A0
⋅ 100
15
Prova di trazione
Incrudimento
¾Dopo aver superato il carico di snervamento, il materiale
si incrudisce ossia è necessario applicare
pp
un carico sempre
p
crescente per far avanzare la deformazione permanente
¾Se la p
prova viene interrotta dopo
p il superamento
p
del carico
di snervamento e successivamente ripresa, il materiale avrà
subito un incremento del limite di snervamento
16
Prova di trazione
Strizione
¾La
strizione
è
una
diminuzione
localizzata
della sezione resistente,
corrispondente al valore
massimo raggiunto dalla
forza durante la prova
¾Il carico
i poii decresce
d
fi
fino
alla frattura finale per
effetto della riduzione di
sezione
17
Prova di trazione
Meccanismo di frattura
18
Prova di trazione
Aspetto della superficie di frattura
¾a coppa
e cono
¾a scorrimento
¾a lama
di coltello
¾a doppio
pp
cono
19
Prova di trazione
Materiali polimerici
¾Il comportamento dei materiali polimerici dipende
fortemente dalla temperatura
p
di p
prova
20
Prova di trazione
Materiali elastomerici
¾Il campo elastico è molto grande ma non lineare
21
Curva reale di trazione
¾La curva nominale di trazione fornisce i valori
caratteristici di tensione di rottura e di snervamento
che vengono utilizzati per la verifica e la
progettazione
¾Per q
questa ragione
g
tale curva viene detta anche
curva ingegneristica
¾Tale curva però non descrive perfettamente cosa
accade nel materiale dopo lo snervamento, in quanto
fa riferimento a grandezze nominali, misurate cioè
prima della prova
pro a
¾Se si vuole descrivere con maggiore precisione il
comportamento del materiale,
materiale è necessario utilizzare
i valori istantanei di lunghezza e sezione
¾Si ottiene così la curva reale di trazione
22
¾Grandezze nominali:
¾Grandezze reali:
F
s=
A0
P
σ=
A
∆l
e=
l0
⎛l⎞
dl
ε = ∫ = ln⎜⎜ ⎟
l
⎝ l0 ⎠
l0
l
23
Relazione tra grandezze reali e nominali
¾ Nel campo plastico, risulta valida
deformazione a volume costante:
l’ipotesi
di
l A0
A 0 ⋅ l0 = A ⋅ l ⇒ =
l0 A
¾ Deformazione reale:
∆l l − l0 l
l
e=
=
= −1 ⇒ = 1+ e
l0
l0
l0
l0
⎛ l⎞
ε = ln⎜⎜ ⎟⎟ = ln(1 + e)
⎝ l0 ⎠
¾ Tensione reale:
P A0
P A0
σ= ⋅
=
⋅
= s(1 + e)
A A0 A0 A
24
¾ La curva reale di trazione è monotona
¾ Rispetto alle grandezze nominali,
nominali quelle reali sono
amplificate nei valori di tensione e ridotte in quelle di
deformazione
¾ Le grandezze reali si discostano da quelle nominali solo
nel campo plastico
¾ Le relazioni tra grandezze reali e nominali non valgono
oltre la strizione, per effetto della disuniformità della
tensione nella sezione
¾ Esempio di discordanza tra deformazioni nominali e reali
e
0.01
0.1
0.2
0.5
ε
0.01
0.095
0.182
0.405
1.0
4.0
0.693 1.609
25
26
Modelli Costitutivi
¾ La legge costitutiva di un materiale è la
relazione analitica tra la tensione σ e la
deformazione ε
¾ La legge costitutiva viene utilizzata come dato
di partenza per il calcolo analitico e numerico
delle sollecitazioni
¾ La
L curva utilizzata
tili t è quella
ll espressa in
i termini
t
i i
delle grandezze reali
27
Modelli Costitutivi
Materiale perfettamente elastico
σ = E ⋅ε
28
Modelli Costitutivi
Materiale elastico perfettamente plastico
¾ σ < σy
σ = E ⋅ε
¾ σ = σy
29
Modelli Costitutivi
Materiale rigido perfettamente plastico
σy
¾ σ = σy
30
Modelli Costitutivi
Materiale con incrudimento plastico lineare
¾ σ < σy
σ = E ⋅ε
¾ σ > σy
σ = σ y + E1 ⋅ ε p
31
Modelli Costitutivi
Materiale con incrudimento plastico multilineare
32
Modelli Costitutivi
Materiale con incrudimento continuo
33
Modelli Costitutivi
Materiale con incrudimento continuo
Legge di Ludwik
σ = K ⋅ε
n
p
¾ εp è la componente plastica della deformazione;
¾ n è il coefficiente di incrudimento;
¾ K=
σf
ε fn
è il coefficiente di resistenza;
Relazione di Ramberg-Osgood
σ
ε = εe + εp = + εf
E
⎛σ
⋅ ⎜⎜
⎝ σf
⎞
⎟⎟
⎠
1
n
34

Prova di trazione - Facolta di Ingegneria

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