Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
Tenacità e resilienza
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
COMPORTAMENTO DUTTILE E FRAGILE
Comportamento a trazione
di un materiale fragile
(Brittle) e di uno duttile
(Ductile)
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
FRATTURA DUTTILE
Alta deformazione plastica
e 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)
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
FRATTURA DUTTILE
La rottura avviene dopo una deformazione plastica
Il cedimento che mette fine al comportamento elastico è
causato dallo scorrimento di piani cristallini, che si
verifica su piani inclinati di circa 45° rispetto alla
direzione di applicazione della forza dove le tensioni
tangenziali sono massime
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
FRATTURA FRAGILE
Rottura che avviene dopo una piccola (o in assenza di) deformazione
plastica
Il cedimento consiste nella perdita di coesione fra gli atomi,
fenomeno che porta al distacco frontale del materiale
Tipica dei ceramici e di alcuni metalli
Un materiale fragile è un materiale che si rompe dopo un
allungamento percentuale di circa il 5%
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
FRATTURA FRAGILE
Le fratture fragili nei metalli sono dovute a difetti come:
•pieghe
•porosità
•strappi e cricche
•danni da corrosione
•infragilimento da idrogeno
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
FRATTURA FRAGILE
Il comportamento a rottura di un materiale dipende da molti
fattori. In particolare, contribuiscono alla rottura fragile:
•Stato di tensione triassiale (es: in prossimità di un intaglio)
•Bassa temperatura
•Alta velocità di deformazione (un materiale che si rompe
duttilmente in una prova di trazione può rompersi fragilmente
in una prova di impatto)
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
FRATTURA DUTTILE E FRAGILE
Frattura duttile
Frattura fragile
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
TENACITÀ E RESILIENZA
La tenacità è una misura della
quantità di energia che un
materiale è in grado di assorbire
prima di giungere a rottura
Si definisce resilienza la capacità
che ha un materiale di resistere
alla rottura a flessione per urto
L’inverso della resilienza fornisce
indicazioni sulla fragilità del
materiale: quanto più grande è la
resilienza, tanto più piccola risulta
la fragilità
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
La macchina per eseguire la prova di
resilienza è nota con il nome di Pendolo di
Charpy.
Il pendolo di Charpy consiste in una
pesante mazza che scende per gravità
dall’alto, incontra sulla sua traiettoria
pendolare una provetta unificata, la rompe
e continua la sua corsa oltre la provetta
risalendo fino ad una certa quota.
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
La macchina è tarata per dare
immediatamente su un quadrante il valore
dell’energia assorbita dalla provetta.
Oltre alla provetta, anche gli appoggi della
macchina e la testa della mazza che
colpisce la provetta devono possedere
forma e dimensioni unificate per garantire
alla prova valori attendibili, confrontabili e
ripetibili.
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
Il lavoro assorbito dalla provetta
nell’urto è dato dalla differenza fra
l’energia posseduta dal pendolo
all’inizio della sua corsa e l’energia
posseduta nella posizione finale,
quando è risalito oltre la provetta.
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
L’energia disponibile prima della caduta è
data dal peso P del pendolo moltiplicato
per l’altezza di caduta H.
L’energia posseduta dal pendolo quando
risale è dato dal peso P moltiplicato per
l’altezza h di risalita.
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
Quindi il lavoro per rompere la provetta
è dato da: L = (P H) – (P h)
Dividendo L per la sezione S0 della
provetta in corrispondenza del taglio, si
ottiene l’indice di resilienza:
K = L/S0
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
PROVETTE UNIFICATE
Per rendere attendibile la prova di resilienza è necessario utilizzare provette
unificate aventi precise caratteristiche dimensionali e di forma
Le provette normali hanno sezione quadrata con lato 10 mm e lunghezza di 55
mm; durante il prelievo si deve evitare ogni riscaldamento o raffreddamento
che potrebbe alterare le proprietà del materiale
Le provette hanno un intaglio a “U” e a “buco di chiave” profondi 5 mm,
oppure a “V” profondo 2 mm
Per i materiali non ferrosi si può usare la provetta Mesnager con intaglio a “V”
profondo 2 mm
A secondo del tipo di provetta usata varia il simbolo della resilienza
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
Le norme prescrivono che la macchina deve rendere disponibile un’energia nominale di
300±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 aspetto
fibroso se la rottura è stata di tipo duttile, cioè preceduta da una notevole deformazione
plastica
Nel caso di frattura fragile la superficie di rottura si presenterà riflettente; la
deformazione plastica è praticamente nulla
I risultati vengono espressi con la seguente simbologia:
KU nel caso di provino con intaglio a U
KV nel caso di provino con intaglio a V
Se le condizioni di prova non sono quelle normali è necessario completare il simbolo
con altre indicazioni: energia disponibile della macchina e le dimensioni della provetta
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
La temperatura normale di prova è 23±5°C
Per prove a temperature differenti, la provetta deve essere immersa nel
mezzo di raffreddamento o riscaldamento per un tempo sufficiente a far
raggiungere all’intera provetta la temperatura prescritta e non devono
trascorrere più di 5s tra il prelevamento a temperatura controllata e la
fine della prova
I valori di resilienza possono variare sensibilmente; infatti a basse
temperature la resilienza assume valori decisamente inferiori a quelli
ottenuti a temperatura superiore
Inoltre, si evidenzia un campo di temperature in cui i valori di resilienza
subiscono una brusca variazione
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
TRANSIZIONE DUTTILE-FRAGILE
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
TRANSIZIONE DUTTILE-FRAGILE
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
PROVA DI RESILIENZA (UNI 4431 / UNI EN 10045)
TRANSIZIONE DUTTILE-FRAGILE
Influenza del tenore di carbonio
Tecnologia Meccanica
Proff. Luigi Carrino – Antonio Formisano
CURIOSITÀ
Affondamento del Titanic: il Titanic era costruito con acciaio con
temperatura di transizione duttile-fragile a 32°C. Il giorno
dell’affondamento, la temperatura del mare era -2°C; ciò rese la struttura
molto fragile e suscettibile al danneggiamento.