Buongiorno a tutti, sono Mario Bragaglia, un ricercatore dell'Università di Roma Tor Vergata e oggi ci troviamo presso i laboratori pesanti dell'Università dove vengono testati i materiali. In particolare oggi vi... mostriamo la prova di trazione, questa che vedete qui alla mia destra è una macchina universale che appunto ci permette di testare il comportamento di vari macchinari.
materiali, in particolare come funziona? Abbiamo appunto una traversa che si muove, il provino che vedete ho in mano viene posizionato all'interno delle morse e viene applicata una forza di trazione, quindi si genererà uno sforzo di trazione facendo muovere la traversa e il provino verrà portato. fino a rottura.
All'interno della macchina è presente una cella di carico che va quindi a monitorare la forza e ritroveremo appunto sul nostro monitor la curva di trazione e quindi il comportamento del nostro materiale. Questo è un provino di trazione, vedete ha una forma che viene definita ad osso di cane proprio perché deve consentire l'ammorzaggio sul... tra le due morse e poi c'è un tratto che viene definito tratto utile dove appunto viene applicato il carico, in questo caso un carico di pura trazione e sulla quale andremo a effettuare i nostri calcoli e ricaveremo le nostre proprietà meccaniche.
Naturalmente questo provino è un provino normato, quindi esistono delle normative e degli standard che noi seguiamo in modo tale che le prove siano assolutamente riproducibili. tra di loro e anche in laboratori differenti dal nostro e quindi le dimensioni sono appunto delle dimensioni standard che ci vengono prescritte dalle normative. In particolare in questo caso abbiamo un tratto utile di 80 mm, abbiamo una larghezza di mm e uno spessore di mm. Questo provino è realizzato in una lega di alluminio. Allora, prima di farvi vedere una prova di trazione.
vi richiamo o vi introduco alcuni piccoli concetti che vi aiuteranno nella comprensione di questa prova. Innanzitutto quando noi andiamo ad applicare una forza di trazione su un materiale, esso si deformerà. A seconda di quanto sono forti i legami interatomici all'interno del materiale, esso presenterà una deformazione più o meno marcata.
Considerate ad esempio un elastico. Quando andate a tirare l'elastico, vedete che esso si deforma in maniera elastica, perché poi una volta rilasciata la forza ritorna nella sua posizione originale molto facilmente. Quindi i legami all'interno del materiale sono proni ad essere deformati molto facilmente.
Viceversa, un metallo, anch'esso si deformerà elasticamente, perché tutti i materiali presentano una deformazione di tipo elastico, ma... appunto la forza che devo applicare per andare a deformare i legami è molto più forte. Tipicamente si introduce una grandezza per tenere in considerazione, appunto per quantificare queste forze interatomiche che è definita il modulo di Young. Il modulo di Young appunto si relaziona alla deformazione che il nostro provino presenta quando è sottoposto a una forza di trazione tramite una relazione che lega il modulo elastico, la deformazione, a una grandezza chiamata sforzo. Lo sforzo non è nient'altro che una pressione, infatti è la forza che io sto applicando su una sezione.
quindi su un'area dove sta agendo e in questo caso è l'area appunto del nostro provino. Appunto il modulo di Young è collegato allo sforzo tramite una relazione che prende il nome di legge di Hooke che è definita appunto come lo sforzo sigma è uguale al modulo di Young per la deformazione, dove per deformazione si intende la lunghezza all'istante i esimi. del nostro provino durante la prova, meno la lunghezza iniziale, quindi sostanzialmente sostanzialmente di quanto si è allungato in quel Δt diviso la lunghezza iniziale del provino.
A questo punto dobbiamo inserire il nostro provino all'interno della morsa, questa appunto è la morsa superiore che è collegata alla traversa e alla cella di carico e quindi spostandosi andrà a determinare l'applicazione della forza sul nostro provino. Abbiamo poi la morsa inferiore che invece è fissa e è collegata al telaio della macchina. La macchina naturalmente è automatizzata. Ovviamente la normativa ci prescrive anche quanto deve essere la lunghezza dell'afferraggio, infatti è di circa 25 mm, dopodiché possiamo procedere a stringere la morsa.
A questo punto si fa una piccola... Taratura del carico perché bisogna rivoltarlo più o meno a zero. Ok, si fa il bilanciamento, si azzera quello che viene definita la corsa, cioè di quanto la traversa si è mossa. In questo modo io posso calcolare la variazione di corsa e quindi andarmi a calcolare la deformazione. e si inseriscono i valori del nostro provino all'interno del software della macchina.
In questo modo lui farà direttamente tutti i calcoli all'interno del processore e mi restituirà la curva. di trazione. In questo caso vedete abbiamo appunto messo una larghezza di mm, uno spessore di mm e una lunghezza del tratto utile di 80 mm.
Ancora la normativa ci prescrive Una velocità con la quale dobbiamo far muovere la nostra traversa, in questo caso, è una velocità di 5 mm al minuto, per cui il nostro macchinario in un minuto si muoverà di 5 mm. Una volta che tutto è pronto, possiamo lanciare la prova. Ed ecco, vedete che in questo caso il nostro materiale si sta comportando inizialmente come una molla, per cui abbiamo un tratto lineare, e vedete che intorno ai 200 MPa in realtà ha cambiato.
il suo comportamento. In questo caso sta avvenendo quella che viene definita deformazione plastica, cioè il materiale si sta deformando in maniera permanente, quindi sta succedendo al suo interno qualche cosa che lo lascia deformato plasticamente e se io vado a rimuovere la forza e quindi a rimuovere il carico, esso non tornerà più nelle sue dimensioni iniziali, ma rimarrà deformato. In questo caso appunto vedete che lui continua a deformarsi in maniera plastica, quindi se io adesso stoppassi la prova lui sarebbe più lungo di quanto era inizialmente e invece noi lo porteremo a rottura.
Una volta raggiunto il carico massimo... In questo caso, sempre per determinati fenomeni di cui non vi parlo qui, ma sicuramente se vi iscriverete al corso di scienza dei materiali della nostra università troverete tutte le risposte, ovviamente avviene un fenomeno che viene definita strizione, quindi c'è una riduzione dell'area che sostiene il carico e il materiale piano piano andrà a rinforzare. andrà a rottura.
In questo caso sta deformandosi molto plasticamente, è naturale perché l'alluminio è un materiale molto utilizzato, vedete si è rotto. E qui abbiamo la nostra curva di trazione per questo materiale. Che cosa possiamo identificare? Possiamo identificare due o tre zone. La prima zona è quella che viene definita zona elastica o di deformazione elastica, cioè la deformazione del mio materiale è una deformazione di tipo reversibile, per cui se io vado a rimuovere il carico, lui torna esattamente nella sua forma iniziale, quindi si comporta niente più che come una molla.
Infatti, se voi considerate la relazione di Hooke, che vi ho detto prima, ovvero sia sigma uguale a E per epsilon, questa non è nient'altro che assolutamente sovrapponibile all'equazione di una molla. Dopodiché abbiamo un punto che viene chiamato punto di snervamento in cui a causa di difetti presenti nella microstruttura del materiale si determina il passaggio da zona elastica a zona plastica. plastica, quindi qui abbiamo tutta la deformazione di tipo plastico e irreversibile e poi si arriva a un carico massimo che in questo caso ha coinciso con il carico di rottura. Vedete appunto che quando il materiale si è rotto, esso non può può più sostenere nessun tipo di carico, nessun tipo di forza e appunto lo sforzo torna istantaneamente a zero.
E qui vediamo il provino dopo la prova, vedete il provino che si è rotto, se noi andiamo a ricongiungere le due metà, che cosa vediamo? Che inizialmente la lunghezza totale del nostro campione era di 200 mm, quindi di 20 cm. e se voi vedete qui quanto si è allungato il nostro provino, avete un'idea della deformazione plastica, quindi quella deformazione di tipo irreversibile, che il provino non ha potuto recuperare. Naturalmente quando verrete qui all'università chiarirete tantissimo questi aspetti su cui sostanzialmente si basa sia la scienza, sia la tecnologia, sia la tecnologia, scienza dei materiali ma anche l'ingegneria dei materiali. Infatti tutti i fenomeni di deformazione plastica sono sostanzialmente alla base della trasformazione delle materie.
Se voi pensate alla carta di alluminio che utilizzate per i vostri alimenti, quella lì non è nient'altro che un pezzo di alluminio così che viene deformato plasticamente, viene fatto scorrere sotto dei rulli che applicano una pressione, tanto e appunto si sfrutta il fenomeno della deformazione plastica per passare da una cosa di questo tipo a un foglio estremamente sottile, sempre di alluminio. Viceversa, naturalmente anche la parte elastica è molto importante, soprattutto quando bisogna scegliere un materiale per realizzare un determinato oggetto, noi dobbiamo sapere come esso si deforma elasticamente e che carico può... a quale carico può resistere prima di deformarsi invece plasticamente. Se voi pensate per esempio ai pistoni presenti all'interno del vostro motore, beh, essi si possono deformare elasticamente ma non devono deformarsi plasticamente perché se si deformano plasticamente poi vanno a grippare l'intero compartimento del motore quindi ne determinano un malfunzionamento. Appunto scrivendo...
a scienza dei materiali qui a Tor Vergata riuscirete a avere a chiarire questi concetti in maniera sicuramente più approfondita. Grazie