Ripartizione della durezza, tensioni interne e resilienza

PRINCIPALI DIFFERENZE DELLE CARATTERISTICHE MECCANICHE
TRA TUBI FINITI A CALDO E TUBI RICAVATI A FREDDO
RIPARTIZIONE DELLA DUREZZA
Come si può notare dai diagrammi di ripartizione della
durezza sulla sezione sottoesposti, la differenza tra le
caratteristiche dei profilati cavi quadri fabbricati a caldo e
quelli a freddo è notevole. Mentre il profilato a caldo denota
una regolare omogeneità di ripartizione termica di
150
durezza su tutta la sezione, il profilato a freddo evidenzia
una ripartizione disomogenea di durezza con dei “picchi”
rilevanti in particolare negli angoli e nella zona del cordone di
saldatura. Ne si deduce quindi una mancanza di omogeneità
delle caratteristiche di resistenza.
HB
HB
150
140
140
130
130
120
120
110
110
100
100
90
90
80
80
RIPARTIZIONE DELLA DUREZZA
A CALDO
RIPARTIZIONE DELLA DUREZZA
A FREDDO
—200
—100
0
+100
+200
+300
Ripartizione delle tensioni interne longitudinali su profili fabbricati
“a freddo” (a) e “a caldo” (b) in St 37.
Valori in N/mm2.
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200
100
200
100
0
0
0
1000
200 100
200
15
0 10
0
0
b
200
0
200
100
0
100
200
300
—200
—100
0
+100
+200
+300
+300
+300
+100
0
—100
—200
300
200
100
0
—200
—100
0
+100
+200
+300
+300
+200
+100
0
+300
+300
+100
0
—100
—200
a
b
—200
—100
0
+100
+200
+300
+300
+200
+100
0
a
Viceversa per i profilati fabbricati a freddo le tensioni interne
di trazione sono disomogenee ed elevate. Queste tensioni
interne possono liberarsi al momento della lavorazione
(esempio: saldatura, zincatura, curvatura, ecc.) e causare una
deformazione dei profili o della costruzione.
0
100
200
100
100
0
0
0
1000
100
200
0
100
0
100
La ripartizione delle tensioni interne sulla sezione offre una
immagine simile a quella della ripartizione di durezza, i
grafici illustrati rivelano nettamente che per i profilati a caldo
il livello delle tensioni, molto contenuto, è estremamente
regolare sull’insieme della sezione.
100
0
TENSIONI INTERNE
0
100
Ripartizione delle tensioni interne trasversali su un profilo
fabbricato “a freddo” (a) e uno “a caldo” (b) di 60x60x4 mm
Valori in N/mm2.
La resilienza è una particolare forma di
resistenza meccanica che un materiale
è in grado di opporre a sforzi applicati
bruscamente, quali urti e strappi.
Un materiale con elevata resilienza
è tenace, nel caso contrario è fragile.
I prodotti in acciaio al carbonio che
vengono trasformati con processi
di fabbricazione a caldo o che
subiscono trattamenti termici, per
esempio ricottura o normalizzazione,
presentano normalmente una buona
resistenza meccanica ed un’elevata
resilienza; mentre quelli trasformati
con processi di fabbricazione a freddo
successivi, presentano normalmente
un’elevata resistenza meccanica alle
sollecitazioni “statiche” ma una bassa
resilienza, e sono quindi da considerarsi
“fragili”.
La rottura per fragilità costituisce una
delle situazioni più pericolose con
cui il costruttore si deve confrontare,
sia nelle costruzioni strutturali che in
quelle meccaniche. Questa rottura
da fessurazione, senza deformazione
preliminare, è molto grave poiché
senza preavviso e si può verificare
anche con tensioni largamente al di
sotto di quelle ammissibili.
La resilienza può essere considerata
quindi un indice importante di
tendenza alla rottura per fragilità, dato
che i suoi valori diminuiscono quando
il grado di incrudimento aumenta.
Nel grafico a fianco vengono mostrate
le curve di resilienza dei profilati cavi
rettangolari fabbricati a caldo e a
freddo. La norma americana ASTM
A500¹ per i profilati cavi quadri e
rettangolari fabbricati a freddo precisa
espressamente in una nota a piè pagina
che essi possono essere inappropriati
per le costruzioni sottoposte a delle
sollecitazioni dinamiche a basse
temperature.
1 Profilati senza saldatura
2 Profilati formati a freddo, produttore 1, ASTM A500, Grade B
3 Profilati formati e freddo, produttore 1, trattamento di distensione
300
ASTM A500, Grado C
4 Profilati formati a freddo, produttore 2, ASTM A500, Grado C
1
250
2
200
3
4
Resilienza (J)
LA RESILIENZA
150
100
50
0
-60
-40
-20
0
Temperatura (°C)
+20
+40
¹Estratto da ASTM A500
“Nota 1 – I manufatti secondo questa specifica
possono non essere adatti alle applicazioni tipo
elementi caricati dinamicamente in strutture
saldate, ecc., dove le proprietà di resistenza a
basse temperature possono essere importanti.
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