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GENERALITA’ I materiali studiati dalla tecnologia , dal punto di vista della composizione si possono suddividere in tre famiglie: -Materiali naturali , quelli che si utilizzano come vengono trovati in natura -Materiali naturali modificati , quelli parzialmente modificati dall’uomo -Materiali artificiali , quelli ottenuti totalmente da particolari processi di trasformazione. Considerando invece le caratteristiche di comportamento si possono dividere in quattro categorie: -Metalli -Non metalli -Leghe -Miscugli Nella scelta dei materiali da utilizzare per una costruzione occorre considerare i seguenti fattori : -Proprieta’ , caratteristica di ogni materiale e deve garantire la funzionalita’ dell’oggetto -Trasformazioni , servono a soddisfare le esigenze imposte dal progetto -Costo , deve essere in rapporto al valore del prodotto finito. PROPRIETA’ DEI METALLI Le proprietà dei materiali possono essere divise in : -Proprieta’ chimiche -Proprieta fisiche -Proprieta’ meccaniche -proprieta’ tecnologiche
PROPRIETA’ FISICHE -Temperatura di fusione : la temperatura alla quale , per un dato materiale , si verifica il passaggio dallo stato solido a quello liquido -Massa volumica : il rapporto fra la massa di un corpo e il suo volume -Capacita’ termica massica : la quantita’ di calore necessaria per innalzare di 1 °C la massa di 1 kg di sostanza . -Dilatazione termica: l’attitudine dei materiali di variare il proprio volume al cambiare della temperatura.
PROPRIETA’ MECCANCHE -Trazione : resistenza alle forze che sono dirette lungo l’asse del corpo e tendono ad allungare il corpo - Compressione : resistenza alle forze dirette lungo l’asse del corpo tendono ad accorciare il corpo - Flessione : resistenza alle forze su un piano perpendicolare all’asse principale che tendono a flettere il corpo -Torsione : resistenza a forze che agiscono su un piano perpendicolare all’asse che tendono a torcere il corpo. -Taglio : resistenza alle forze applicate in modo perpendicolare all’asse che tendono recidere il corpo
PROPRIETA’ TECNOLOGICHE -Fusibilità : è l’attitudine di un materiale a essere colato dentro una forma per ottenere un getto di fusione -Saldabilita’ : è l’attitudine di un materiale a unirsi facilmente con un’altro tramite fusione. -Truciolabilita’ : è l’attitudine di un materiale a subire lavorazioni con l’asportazione di truciolo -Plasticita’ : è la proprieta’ che manifestano alcuni materiali di deformarsi permanentemente senza rovinarsi -Malleabilita’ : è l’attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in lamine senza rovinarsi -Duttilita’ : è l’attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in fili senza rompersi se costretto a passare attraverso un foro -Estrudibilita’ : è l’attitudine di un materiale ad assumere forme determinate se costretto a passare dentro un foro sagomato -Imbutibilita’ : è l’attitudine di un materiale a lasciarsi deformare a freddo ottenendo corpi cavi senza rovinarsi -Piegabilita’ : è l’attitudine di alcuni materiali a subire l’operazione di piegatura senza rompersi o screpolarsi.
La tecnologia è una scienza che studia i materiali,la composizione e le caratteristiche.I materiali in base alla loro composizione,si possono dividere in tre grandi famiglie: - materiali naturali: sono quelli che si trovano in natura; - materiali naturali modificati: sono quelli che conservano inalterata la loro composizione interna ma sono parzialmente trasformati; - materiali artificiali: sono quelli la cui composizione è completamente nuova perchè ottenuta attraverso particolari processi di trasformazione. Considerando le caratteristiche di comportamento più appariscenti,si possono dividere in quattro categorie: - metalli: sono solidi a temperatura ambiente,buoni conduttori di calore ed elettricità,lucenti,opachi alla luce,deformabili,resistenti a sollecitazioni esterne; - non metalli: sono di struttura amorfa o gassosa,cattivi conduttori,poco resistenti a sollecitazioni esterne; - leghe: sono ottenute mediante l'unione di più elementi;esse presentano delle caratteristiche migliori degli elementi di partenza; - miscugli: sono costituiti dalla miscela di più elementi ciascuno dei quali conserva le caratteristiche originali.Nella scelta del materiale da utilizzare per costruire un oggetto occorre considerare i seguenti fattori: - proprietà: sono caratteristiche di ogni materiale; - trasformazioni: servono a soddisfare le esigenze imposte dal progetto; - costo: deve essere in rapporto al valore del prodotto finto.
PROPRIETA' DEI MATERIALI
Tutti i materiali hanno delle proprietà che li differenziano. Le proprietà dei materiali possono essere cosi classificate: - chimiche: riguardano la composizione chimica del materiale e lasua struttura interna; - fisiche: esprimono le caratteristiche legate alla netura del mareriale e al suo comportamento in relazione agli agenti esterni; - meccaniche: si riferiscono alla capacità del materiale a resistere alle sollecitazioni; - tecnologiche: rappresentano l'attitudine del materiale ad essere trasformato mediante lavorazione.
PROPRIETA' FISICHE
La temperatura di fusione è la temperatura alla quale si verifica il pasaggio dallo stato solido a quello liquido. In base a questa caratteristica i materiali si dividono in: - refrattari: nei quali la temperatura di fusione è superiore a 2000 C; - normali: fra i 500 e 2000 c; - basso fondenti: inferiore a 500 C. La massa volumica,o peso specifico,è il rapporto fra la massa di un corpo ed il suo volume.Sono chiamate leghe leggere quelle a base di alluminio e leghe ultraleggere quelle a base di magnesio.La capacità termica massica,o calore specifico,è la quantità di calore neessaria per innalzare di 1 C la massa di 1 Kg di sostanza.La dilatazione termica è l'attitudine dei materiali di variare il proprio volume al cambiare della temperatura.Si dice dilatazione lineare la dilatazione che si verifica lungo l'asse più lungo di un solido.Si definisce coefficiente di dilatazione lineare l'incremento di lunghezza che subisce il materiale rapportato alla lunghezza iniziale e all'aumento di temperatura.
PROPRIETA' MECCANICHE
Le proprietà meccaniche esprimono la capacità di un materiale di resistere alle azioni delle forze esterne che tendono a deformarlo. La capacità di contrasto che offre il materiale costituisce la sua caratteristica meccanica e può cambiare in funzione della forza applicata.Le forze possono essere: - statiche: sono applicate in modo costante o variano nel tempo.La capacità dei materiali di contrastare gli effetti di questa forza è detta resistenza alla deformazione. - Dinamiche: sono applicate in tempi brevi.La capacità di contrasto è detta resilienza. - Periodiche: sono variabili periodicamente con un andamento che si ripete costantemente nel tempo.La capacità di contrasto è detta resistenza a fatica. - Concentrate: sono applicate in zone ristrette.La capacità di contrasto si chiama durezza. - Di attrito: si manifestano tra le superfici di contatto di due corpi mobili.La capacità di contrasto si chiama resistenza all'usura. Le forze statiche applicate dall'esterno ai corpi si chiamano carichi e generano un insieme di sollecitazioni.Ci sono diversi tipi di sollecitazione: - trazione: le forze sono dirette lungo l'asse del corpo e tendono ad allungarlo; - compressione: le forze sono dirette lungo l'asse del corpo e tendono ad accorciarlo; - flessione: le forze agiscono su un piano perpendicolare all'asse principale e tendono a flettere il corpo; - torsione: le forze agiscono su un piano perpendicolare all'asse e tendono a torcerlo; - taglio: le forze agiscono in direzione perpendicolare all'asse e tendono a reciderlo.
PROPRIETA' TECNOLOGICHE
Le proprietà tecnologiche definiscono l'attitudine dei materiali ad essere trasformati mediante lavorazioni.Le più importanti sono: - fusibilità: è l'attitudine di un materiale ad essere colato allo stato liquido dentro una forma per ottenere un getto di fusione; - saldabilità: è l'attitudine di un materiale di unirsi facilmente con un altro tramite fusione e/o aggiunta di materiale d'apporto; - truciolabilità: è l'attitudine di un materiale a subire lavorazioni con asportazione di truciolo; - plasticità: è la proprietà che manifestano alcuni materiali di deformarsi permanentemente senza, screpolarsi o rompersi,sotto l'azione di forze esterne; - malleabilità: è l'attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in lamine,senza screpolarsi o rompersi.La laminazione è la proprietà che sfrutta questa operazione; - duttilità: è l'attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in fili senza rompersi se costretto a passare attraverso un foro di forma e dimensione opportune.La trafilatura è l'operazione che sfrutta questa proprietà; - estudibilità: è l'attitudine di un materiale ad assumere forme determinate se costretto a passare attraverso un foro sagomato.L'estrusione è l'operazione che sfrutta questa proprietà; - imbutibilità: è l'attitudine di un materiale a lasciarsi deformare a freddo senza rompersi o screpolarsi.L'imbutitura è l'operazione che sfrutta questa proprietà; - piegabilità: è l'attitudine di alcuni materiali a subire l'operazione di piegatura senza rompersi o screpolarsi.
PROVE DI LABORATORIO SUI MATERIALI
PROVA DI RESISTENZA A TRAZIONE
La prova di resistenza a trazione viene eseguita con la macchina universale per prove sui materiali.La prova di trazione consiste nel sottoporre un campione di materiale ad un carico di trazione applicato lentamente ed in modo crescente fino a determinarne la rottura.Il campione,detto provetta,deve essere ricavato dal materiale da controllare.Nell'esecuzione della prova viene tracciato il grafico carichi-deformazioni che rappresenta il crescere dell' allungamento subito dal materiale.
Fase elastica A-B
E' la prima fase nella quale il materiale si comporta rispettando la legge di proporzionalità diretta fra i carichi e gli allungamenti.Il materiale riprende le dimensioni iniziali una volta cessato il carico applicato.
Fase elasto-plastica B-C-D
E' la seconda fase nella quale cominciano a verificarsi delle deformazioni permanenti.Esse sono seguite,a volte,da un cedimento improvviso del materiale detto snervamento.
Fase plastica D-E-F
E' l'ultima fase nella quale le deformazioni cominciano a crescere rapidamente,con l'aumentare del carico,fino a provocare la rottura della provetta.In questa fase si definisce il carico unitario di rottura o resistenza a trazione.
PROVA A COMPRESSIONE
La prova a compressione consiste nell'applicare lentamente un carico uniforme a un campione compreso tra due piastre piane. Questa prova consente di determinare le caratteristiche di resistenza,di elasticità e di deformabilità,che si determinano anche nella prova a flessione.
PROVA A FLESSIONE
La prova a flessione consiste nell'applicare,gradatamente e con continuità,un carico concentrato con direzione perpendicolare all'asse geometrico di un corpo appoggiato agli estremi su due rulli cilindrici liberi di ruotare.Si chiama freccia la distanza tra l'asse prima e dopo la deformazione.Si definisce momento flettente lo sforzo applicato alle varie sezioni trasversali che genera la sua deformazione.La prova si effettua con la macchina universale attrezzata con appositi appoggi cilindrici fissati sulla tavola inferiore e cuneo arrotondato montato sulla traversa superiore.
PROVA DI RESILIENZA CHARPY
Si definisce resilienza la capacità che ha un materiale di resistere alla rottura a flessione per urto.Questa prova consiste nel misurare l'energia necessaria per rompere,in un sol colpo,con il pendolo charpy,una provetta.
PROVA DI DUREZZA
Si definisce durezza la resistenza opposta da un materiale a lasciarsi scalfire o penetrare da un corpo più duro.Le prove di durezza consistono nell'applicare una forza sulla superfice del pezzo in esame e valutarne gli effetti attraverso la misurazone della profondità dell'impronta.La durezza può essere valutata da macchine chiamate durometri.Ci sono tre tipi di prove di durezza: - prova di durezza Brinell: consiste nel far penetrare nel materiale in esame una sfera di acciaio duro; - prova di durezza Vickers: consiste nel far penetrare nel materiale in esame un diamante avente forma di piramide retta a base quadrata.Si definiscono darezza Brinell e Vickers il rapporto tra il carico di prova applicato e l'area della superficie dell'impronta, moltiplicato per una costante che rende il valore privo di unità di misura; - la prova di durezza Rockwell: consiste nel far penetrare nel materiale in esame una sfera di acciaio duro o un cono di diamante.Questo è il metodo più usato per la praticità e l'immediatezza della lettura del valore della durezza.
La tecnologia è quella scienza che studia i materiali,la composizione,le caratteristiche,le lavorazioni necessarie per le trasformazioni e il loro impiego. La materia si può suddividere in tre grandi famiglie.
MATERIALI NATURALI Sono quelli che vengono utilizzati cosi come si trovano in natura
MATERIE NATURALI MODIFICATE Sono quelli che conservano inalterata la loro composizione interna,ma sono parzialmente trasformati dall’uomo nelle forme e nelle caratteristiche (legno compensato,tessuto,rame )
MATERIALI ARTIFICIALI Sono quelli che la cui composizione e completamente nuova (cemento, carta, plastica)
Si possono dividere i materiali in quattro categorie :
METALLI Sono solidi a temperatura ambiente , buoni conduttori di calore e di elettricità, deformabili resistenti a sollecitazione esterna per esempio (ferro, oro, nichel, argento, piombo, zinco)
NON METALLI Cattivi conduttori di calore ed elettricità poco resistenti a sollecitazione esterne (zolfo, fosforo, azoto)
LEGHE Sono ottenute mediante l’unione di più elementi e si presentano in caratteristiche migliori degli elementi di partenza per esempio (rame + zinco = ottone, ferro + carbonio = acciaio, rame + stagno = bronzo)
MISCUGLI Sono costituiti dalla miscela di più elementi ciascuno dei quali conserva le caratteristiche originali (minerale + sabbia + legante = granito, cemento + gaia + sabbia = calcestruzzo)
Nella scelta del materiale da utilizzare per costruire un oggetto occorre considerare i seguenti fattori: PROPRIETA’: Devono garantire la funzionalità dell’oggetto TRASFORMAZIONI: Devono soddisfare le esigenze imposte dal progetto COSTO: Deve essere in rapporto al valore del prodotto finito
PROPRIETA’ DEI MATERIALI
Tutti i materiali hanno delle proprietà caratteristiche che li differenziano notevolmente le proprietà dei materiali possono essere cosi classificate
CHIMICHE Riguardano la composizione chimica del materiale e la sua struttura interna
FISICHE Esprimono le caratteristiche legate alla natura stessa del materiale e al suo comportamento in relazione agli agenti esterni quali il calore, la gravita, l’elettricità
MECCANICHE Si riferiscono alla capacità del materiale di resistere alle sollecitazioni (insieme dei carichi esterni) a cui viene sottoposto durante il suo impiego come pressione trazione flessione compressione urti e tagli
TECNOLOGICHE Rappresentano l’attitudine del materiale ad essere trasformato mediante lavorazioni
PROPRIETA’ FISICHE TEMPERATURA DI FUSIONE (Tf)
Si definisce temperatura di fusione (Tf) la temperatura alla quale , per un determinato materiale, si verifica il passaggio dallo stato solido a quello liquido. In base a questa caratteristica i materiali si dividono nelle seguenti caratteristiche
REFRATTARI Sono quelli per i quali la temperatura di fusione risulta superiore a 300 °C (leghe metalliche speciali, ceramiche)
NORMALI Materiali con temperatura di fusione compresa fra i 500 °C e 200 °C per esempio (ferro, ghisa, acciaio, rame, alluminio)
BASSO FONDENTI Materiali con temperatura di fusione inferiore a 500 °C come (piombo, stagno)
MASSA VOLUMICA (Mv)
Si definisce massa volumica (Mv) il rapporto fra la massa di un corpo, espressa in kg, e il suo volume espresso in m3.
Massa kg Mv = _______________ = ______ Volume m3
Prima dell’introduzione del Sistema Internazionale di misura (SI) la massa volumica (Mv) veniva chiamata peso specifico Sono chiamate LEGHE LEGGERE quelle a base di alluminio con massa volumica inferiore a 4000 kg/m3 e LEGHE ULTRA LEGGERE quelle a base di magnesio con massa volumica inferiore a 2000 kg/m3
CAPACITA’ TERMICA MASSICCIA (Ctm)
Si definisce capacita termica massiccia (Ctm) avvolte detta anche calore specifico (Cs) la quantità si calore espressa in J necessaria ad innalzare di 1 °C la massa di 1kg di sostanza Calore J Ctm = __________________________________ = __________ Intervallo di temperatura x massa °C x kg
DILATAZIONE TERMICA (a)
Si definisce dilatazione termica l’attitudine dei materiali di variale il proprio volume al cambiare della temperatura. Si definisce coefficiente di dilatazione lineare (x) l’incremento di lunghezza che subisce il materiale (Lf – Li) rapportata alla lunghezza iniziale (Li) e all’ aumento di temperatura (Tf – Tl)
Lf – Li m 1 a = __________________ = _____________ = _____ Li ( Tf – Ti ) m ( °C ) °C
PROPRIETA’ MECCANICHE
Esprimono la capacità di un materiale a resistere alle azioni provocate dalle forze esterne che tendono a deformarlo. Si elencano, ora i diversi tipi di forse per poter definire le corrispondenti caratteristiche meccaniche
FORZE STATICHE Sono applicate in modo costante o variano lentamente nel tempo (forza applicate a funi, a macchine di sollevamento ). L a capacità dei materiali di contrastare le forze statiche è detta resistenza alla deformazione.
FORZE DINAMICHE Sono applicate in tempi brevi ( martellatura all’ incudine, lavorazione a maglio ) Il contrastare agli effetti delle forza dinamiche è detta resilienza.
FORZE PERIODICHE Sono variabili periodicamente con un andamento che si ripente costantemente nel tempo e con frequenza elevata ( forze applicate alla biella del motore a scoppio ), la capacita di resistere alle forze periodiche è detta resistenza a fatica
FORZE CONCENTRATE Sono applicate in zone ristrette o puntiformi (scalpellatura, punzonatura ) la capacità dei materiali di contrastare gli effetti delle forze concentrate si chiama durezza.
FORZE DI ATTRITO Si manifestano tra le superfici di contatto di due corpi mobili fra loro striscianti ATTRITO RADENTE o rotolanti ATTRITO VOLVENTE (pattini a coltello, cuscinetti a sfera ) la capacita dei materiali di resistere alle forze di attrito si chiama RESISTENZA ALL’USURA
TECNOLOGIA E MATERILI
Le forze statiche applicate dall’esterno dei corpi si chiamano Carichi e generano, nel loro interno, un insieme di sollecitazioni che tendono a deformarli. Si possono considerare diversi tipi di sollecitazioni generati dalle forze esterne applicate:
TRAZIONE Sono forze applicate esternamente, sono dirette lungo l’asse del corpo e tendono ad allungarlo
COMPRESSIONE Sono forze applicate esternamente, sono dirette lungo l’asse del corpo e tendono ad accorciarlo.
FLESSIONE Sono forze esterne e agiscono su un piano perpendicolare all’asse principale e tendono a flettere il corpo, cioè a piegarlo
TORSIONE Sono forze esterne agiscono su un piano perpendicolare all’asse di un corpo e tendono a torcerlo.
TAGLIO Sono forze esterne applicate agiscono in direzione perpendicolare all’asse principale e tendono a recidere due sezioni trasversali adiacenti del corpo
PROPRIETA’ TECNOLOGICHE
Le proprietà tecnologiche definiscono l’attitudine dei materiali ad essere trasformati mediante lavorazioni le più importanti sono: fusibilità, saldabilità, truciolabilità, plasticità, malleabilità, duttilità, imbattibilità, piegabilità, estrudibilità.
FUSIBILITA’ E’ l’attitudine di un materiale ad essere colato allo stato liquido dentro una forma per ottenere un oggetto di fusione. Sono fusibili le ghise i bronzi, gli ottoni, e le leghe
SALDABILITA’ E’ attitudine di un materiale a unirsi facilmente o un altro, di uguale o diversa natura tramite fusione. Sono saldabili il ferro gli acciai dolci e le leghe metalliche di alcun genere
TRUCIOLABILITA’ E’ attitudine di un materiale a subire lavorazioni con asportazione di truciolo, mediante l’utilizzo di utensili montati su opportune macchine (tornio, frese, punte elicoidali). Sono truciolabili le ghise gli acciai al piombo i bronzi, l’alluminio e le sue leghe.
PLASTICITA’ E’ la proprietà che manifestano alcuni materiali di deformarsi permanentemente, senza screpolarsi o rompersi sotto l’azione di forze esterne
MALLEABILITA’ E’ attitudine di un materiale di lasciarsi ridurre a caldo o a freddo in lamine senza screpolarsi o rompersi, mediante l’azione di presse, magli, o laminatoi. I prodotti ottenuti si dicono laminati
DUTTILITA’ E’ attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in fili senza rompersi di forma e dimensione opportuni, sono duttili l’acciaio dolce, l’argento, l’oro, l’alluminio il rame e le leghe speciali di acciaio questa operazione si chiama trafilatura e i prodotti ottenuti trafilati.
ESTRUDIBILITA’ E’ attitudine di un materiale ad assumere forme determinate se costretto a passare attraverso ad un foro sagomato. Sono estrudibili gli acciai dolci e le leghe leggere questa operazione è detta estrusione e i prodotti ottenuti estrusi.
IMBUTIBILITA’ E’ attitudine di un materiale a lasciarsi deformare a freddo ottenendo corpi cavi, senza rompersi o screpolarsi sono imbutibili gli acciai extra dolce il rame, l’ottone, l’allumino. I prodotti ottenuti si chiamano stampati (la carrozzeria dell’auto)
PIEGABILITA’ E’ attitudine di alcuni materiali a subire l’operazione di piegatura senza rompersi o screpolarsi. Sono facilmente piegabili gli acciai dolci e tutti i materiali malleabili
PROVE DI LABORATORIO SUI MATERIALI Prova di resistenza a trazione la prova di resistenza a trazione è la più importante tra quelle eseguite sui materiali. Essa viene seguita con la macchina universale per prove sui materiali. La prova di trazione consiste nel sottoporre un campione di materiale a un carico di trazione applicato lentamente e in modo crescente fino a determinare la rottura. nell’esecuzione della prova viene tracciato il grafico carichi-deformazione. Questo grafico è caratteristico di ogni tipo di materiali, il comportamento del materiale è caratterizzato da diverse fasi:
FASE ELASTICA a-b E’ la prima fase, il materiale si comporta rispettando la legge di proporzionalità (legge di Hooke ) il materiale dipende le dimensioni iniziali una volta cessato il carico applicato
FASE ELASTICA-PLASTICA b-c-d E’ la seconda fase nella quale incominciano a verificarsi delle deformazioni permanenti, avvolte, da un cedimento improvviso del materiale detto snervamento. Non si verifica nei materiali particolarmente duri
FASE PLASTICA d-e-f E’ l’ultima fase nella quale le deformazioni cominciano a crescere rapidamente con l’aumentare del carico fino a provocare la rottura. in questa fase si definisce il carico unitario di rottura (Rm) detto anche resistenza a trazione
PROVA A COMPRESSIONE
La prova a compressione consiste nell’applicare lentamente un carico uniforma a un campione di materiale ( provetta ), questa prova viene eseguita sui materiali fragili ( ghisa, calcestruzzo ). L’applicazione del carico provoca la rottura del campione e consente di determinare la sua resistenza di elasticità di deformabilità.
PROVA A FLESSIONE
Con questa prova si rilevano le caratteristiche di resistenza, deformabilità ed elasticità del materiale La prova di flessione consiste di applicare gradatamente e con continuità un carico concentrato perpendicolare all’asse geometrico di un corpo appoggiato agli estremi su due rulli cilindrici liberi di ruotare.
PROVA DI RESILIENZA CHARPY
Si definisce resilienza la capacità di un materiale di resistere alla rottura a flessione per urto la prova di resilienza consiste nel misurare l’energia necessaria per rompere in un solo colpo una provetta del materiale da esaminare. La prova viene eseguita detta PENDOLO DI CHARPY
PROVA DI DUREZZA
Si definisce durezza la resistenza opposta da un materiale a lasciarsi scalfire o penetrare da un corpo più duro. Le prove di durezza consistono nell’applicare mediante uno strumento opportuno una forza F (carico di prova) sulla superficie del pezzo in esame questi metodi utilizzano macchine di prova chiamati durometri:
PROVA DI DUREZZA BRINELL HB Il durometro Brinell utilizza come penetratore una sfera di acciaio duro di diametro D = 10mm premuta con una forza F ( 29410- N ) per un tempo variabile da 10 a 15 secondi
F HB = _______ x n S
PROVA DI DUREZZA VICKERS HV La prova di durezza con il metodo Vickers consiste nel far penetrare nel materiale in esame un diamante avente forma di piramide retta a base quadrata premuta con una forza F ( 294 N per un tempo variabile da 10 a 15 secondi ) Si definisce durezza Vickers
F HV = ________ x N S
PROVA DI DURAZZA ROCKWELL e HRC Questo metodo è il più diffuso per la praticità e l’immediatezza della lettura del valore della durezza. La prova di durezza consiste nel far penetrare una sfera di acciaio duro di diametro 1,50 mm o un cono di diamante nel materiale da esaminare. Si utilizza il penetratore a sfera di acciaio duro per materiali meno duri, e il penetratore a cono di diamante per materiali più duri. Conosciuta la durezza di Rockwell e HRC è possibile con l’utilizzo della tabella di conversione, determinare il valore corrispondente della durezza espressa con metodo Briner (HB) Vickers (HV)
PROPRIETA’ CARATTERISTICHE DEI MATERIALI La conoscenza delle caratteristiche dei materiali d’uso più comune rende possibile la loro applicazione nelle diverse costruzioni, in modo corretto ed economico. La tecnologia è la scienza che studia i materiali,la composizione,le caratteristiche,le lavorazioni necessarie per le trasformazioni e per il loro impiego. I materiali si possono dividere in tre tipologie: •materiali naturali (Esistenti in natura); •materiali naturali modificati (Parzialmente modificati); •materiali artificiali (completamente nuovi). Possiamo successivamente dividere i materiali in base alle caratteristiche di comportamento: •matalli (solidi,lucenti,opachi alla luce,buoni conduttori di calore ed elettricità.); •non metalli (strutturalmente amorfi,cattivi cnduttori,poco resistenti alle sollecitazioni esterne); •leghe (unione di due o più tipi di elementi con caratteristiche migliori degli elementi di partenza); •miscugli (costituiti dalla miscela di più elementi e ciascun elemento conserva le caratteristiche originali). Nella scelta del materiale da utilizzare per costruire un oggeto si deve tener conto di: •proprietà:caratteristiche di ogni materiale; •trasformazioni:servono a soddisfare le esigenze imposte dal proggetto; •costo:deve essere in rapporto al valore del prodotto finito.
PROPRIETA’ DEI MATERIALI Tutti i materiali hanno delle proprietà caratteristiche.Esse si dividono in proprietà: •chimiche (ossidazione,corrosione); •fisiche (temperatura di fusione,massa volumica,capacità termica massica,dilatazione termica); •meccaniche (resistenza alla deformazione,resilienza,resistenza a fatica,durezza,resistenza all’usura); •tecnologiche (Fusibilità,saldabilità,truciolabilità,plasticità,malleabilità, duttibilità,estrudibilità,imbutibilità,piegabilità).
PROPRIETA’ FISICHE E TEMPERATURA DI FUSIONE Si definisce temperatura di fusione la temperatura alla quale un determinato materiale pasa dallo stato solido a quello liquido. In base a questa proprietà, distinguiamo i materiali nelle seguenti categorie: •refrattari(tf sopra ai 2000°); •normali (tf da 500° a 2000°); •basso fondenti (tf inferiore a 500°). MASSA VOLUMICA Si definisce massa volumica il rapporto tra la massa e il volume. In base alla loro massa volumica le leghe possono essere distinte in: •leghe leggere (con massa volumica inferiore a 4000 Kg/m3) ; •leghe ultraleggere(con massa volumica inferiore a 2000 Kg/m3 ); La capacita’ termica massica è la quantita’ di calore necessaria per innalzare di 1 °C la massa di 1 kg di sostanza. La dilatazione termica: l’attitudine dei materiali di variare il proprio volume al cambiare della temperatura. PROPRIETA’ MECCANICHE Le proprietà meccaniche esprimono la capacità di un materiale a sopportare le sollecitazioni provocate da forze esterne che tendono a deformarlo.Le forze applicate ai materiali sono: •forze dinamiche applicate in tempi brevi; •forze statiche sono applicate in modo costante o variano lentamente nel tempo; •forze periodiche sono variabili periodicamente con un andamento che si ripete costantemente nel tempo e con frequenza elevata; •forze concentrate sono applicate in zone ristrette o puntiformi; •forze di attrito si manifestano tra le superfici di contatto di due corpi mobili fra loro striscianti. TECNOLOGIA E MATERIALI Le forze statiche applicate dall’esterno ai corpi si chiamano carichi e generano,nel loro interno,un insieme di sollecitazioni che tendono a deformarli.Esse sono: •Trazione : resistenza alle forze che sono dirette lungo l’asse del corpo e tendono ad allungarlo; •Compressione : resistenza alle forze esterne dirette lungo l’asse del corpo che risulta accorciato; •Flessione : resistenza alle forze su un piano perpendicolare all’asse principale e tendono a flettere il corpo; Torsione : resistenza a forze che agiscono su un piano perpendicolare all’asse che tendono a torcerlo; •Taglio : resistenza alle forze applicate in modo perpendicolare all’asse che tendono a reciderlo. PROPRIETA’ TECNOLOGICHE Le proprietà tecnologiche definiscono l’attitudine dei materiali a essere trasformati mediante lavorazioni. •Fusibilità: è l’attitudine di un materiale ad essere colato allo stato liquido dentro una forma per ottenere un getto di fusione; •Saldabilità:è l’attitudine di un materiale a unirsi facilmente con un altro,di uguale o diversa natura,tramite fusione o aggiunta di materiale d’apporto; •Truciolabilità:è l’attitudine di un materiale a subire lavorazioni con asportazione di truciolo,mediante l’utilizzo di utensili; •Plasticità:è la proprietà che manifestano alcuni materiali di deformarsi permanentemente, senza screpolarsi o rompersi sotto l’azione di forze esterne; •Malleabilità:è l’attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre, a caldo o a freddo,in lamine ,senzascrepolarsi o rompersi,mediante l’azione di presse,magli o laminatoi; •Duttilità:è l’attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in fili senza rompersi se costretto a passare attraverso un foro di forma e dimensione opportune; •Estrudibilità:è l’attitudine di un materiale ad assumere forme determinate se costretto a passarre attraverso un foro sagomato; •Imbutibiltà:è l’attitudine di un materiale a lasciarsi deformare a ferddo,ottenendo a corpi cavi,senza rompersi o screpolarsi •Piegabilità:è l’attitudine di alcuni materiali a subire l’operazione di piegatura senza rompersi o screpolarsi. PROVA DI RESISTENZA A TRAZIONE La prova di resistenza a trazione è la prova più importante e viene eseguita con la macchina universale per prove sui materiali.La prova di trazione consiste nel sottoporre un campione di materiale ad un carico di trazione applicato lentamente e in modo crescente fino a determinarne la rottura.Il campione,detto provetta,deve essere ricavato dal materiale da controllare con particolari procedure che non ne alterino le proprietà.Nell'esecuzione della prova viene tracciato il grafico carichi-deformazioni che rappresenta il crescere dell' allungamento subito dal materiale in funzione del carico applicato.
FASE ELASTICA A-B E' la prima fase nella quale il materiale si comporta rispettando la legge di proporzionalità diretta fra i carichi e gli allungamenti.Il materiale riprende le dimensioni iniziali una volta cessato il carico applicato.
FASE ELASTO-PLASTICA B-C-D E' la seconda fase nella quale cominciano a verificarsi delle deformazioni permanenti.Esse sono seguite,a volte,da un cedimento improvviso del materiale detto snervamento.
FASE PLASTICA D-E-F E' l'ultima fase nella quale le deformazioni cominciano a crescere rapidamente,con l'aumentare del carico,fino a provocare la rottura della provetta.In questa fase si definisce il carico unitario di rottura o resistenza a trazione.
PROVA A COMPRESSIONE La prova a compressione consiste nell'applicare lentamente un carico uniforme a un campione di materiale compreso tra due piastre piane levigate e parallele,per studiarne il comportamento. Questa prova viene eseguita principalmente sui materiali fragili.L’applicazione del carico prova la rottura del campione e consente di detreminare alcuni fattori.Le provette utilizzate possono essre di forma cilindrica o prismatica.
PROVA A FLESSIONE La prova a flessione consiste nell'applicare,gradatamente e con continuità,un carico concentrato con direzione perpendicolare all'asse geometrico di un corpo appoggiato agli estremi su due rulli cilindrici liberi di ruotare.Si chiama freccia la distanza tra l'asse prima e dopo la deformazione.Si definisce momento flettente lo sforzo applicato alle varie sezioni trasversali che genera la sua deformazione. Frequentemente la prova a flessione viene effettuata per determinare il carico capace di provocare una determinata freccia, ooppure la freccia prodotta da un determinato carico.
PROVA DI RESILIENZA CHARPY Si definisce resilienza la capacità che ha un materiale di resistere alla rottura a flessione per urto.La prova di resilienza consiste nel misurare l’energia necessaria per rompere,in un solo colpo,una provetta del materiale da esaminare.La prova viene eseguita con un amacchina detta pendolo di Charpy.
4 commenti:
PROPRIETA’ CARATTERISTICHE DEI MATERIALI
GENERALITA’
I materiali studiati dalla tecnologia , dal punto di vista della composizione si possono suddividere in tre famiglie:
-Materiali naturali , quelli che si utilizzano come vengono trovati in natura
-Materiali naturali modificati , quelli parzialmente modificati dall’uomo
-Materiali artificiali , quelli ottenuti totalmente da particolari processi di trasformazione.
Considerando invece le caratteristiche di comportamento si possono dividere in quattro categorie:
-Metalli
-Non metalli
-Leghe
-Miscugli
Nella scelta dei materiali da utilizzare per una costruzione occorre considerare i seguenti fattori :
-Proprieta’ , caratteristica di ogni materiale e deve garantire la funzionalita’ dell’oggetto
-Trasformazioni , servono a soddisfare le esigenze imposte dal progetto
-Costo , deve essere in rapporto al valore del prodotto finito.
PROPRIETA’ DEI METALLI
Le proprietà dei materiali possono essere divise in :
-Proprieta’ chimiche
-Proprieta fisiche
-Proprieta’ meccaniche
-proprieta’ tecnologiche
PROPRIETA’ FISICHE
-Temperatura di fusione : la temperatura alla quale , per un dato materiale , si verifica il passaggio dallo stato solido a quello liquido
-Massa volumica : il rapporto fra la massa di un corpo e il suo volume
-Capacita’ termica massica : la quantita’ di calore necessaria per innalzare di 1 °C la massa di 1 kg di sostanza .
-Dilatazione termica: l’attitudine dei materiali di variare il proprio volume al cambiare della temperatura.
PROPRIETA’ MECCANCHE
-Trazione : resistenza alle forze che sono dirette lungo l’asse del corpo e tendono ad allungare il corpo
- Compressione : resistenza alle forze dirette lungo l’asse del corpo tendono ad accorciare il corpo
- Flessione : resistenza alle forze su un piano perpendicolare all’asse principale che tendono a flettere il corpo
-Torsione : resistenza a forze che agiscono su un piano perpendicolare all’asse che tendono a torcere il corpo.
-Taglio : resistenza alle forze applicate in modo perpendicolare all’asse che tendono recidere il corpo
PROPRIETA’ TECNOLOGICHE
-Fusibilità : è l’attitudine di un materiale a essere colato dentro una forma per ottenere un getto di fusione
-Saldabilita’ : è l’attitudine di un materiale a unirsi facilmente con un’altro tramite fusione.
-Truciolabilita’ : è l’attitudine di un materiale a subire lavorazioni con l’asportazione di truciolo
-Plasticita’ : è la proprieta’ che manifestano alcuni materiali di deformarsi permanentemente senza rovinarsi
-Malleabilita’ : è l’attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in lamine senza rovinarsi
-Duttilita’ : è l’attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in fili senza rompersi se costretto a passare attraverso un foro
-Estrudibilita’ : è l’attitudine di un materiale ad assumere forme determinate se costretto a passare dentro un foro sagomato
-Imbutibilita’ : è l’attitudine di un materiale a lasciarsi deformare a freddo ottenendo corpi cavi senza rovinarsi
-Piegabilita’ : è l’attitudine di alcuni materiali a subire l’operazione di piegatura senza rompersi o screpolarsi.
A cura di Di Marcoberardino Daniele
PROPRIETA' CARATTERISTICHE DEI MATERIALI
GENERALITA'
La tecnologia è una scienza che studia i materiali,la composizione e le caratteristiche.I materiali in base alla loro composizione,si possono dividere in tre grandi famiglie:
- materiali naturali: sono quelli che si trovano in natura;
- materiali naturali modificati:
sono quelli che conservano inalterata la loro composizione interna ma sono parzialmente trasformati;
- materiali artificiali: sono quelli la cui composizione è completamente nuova perchè ottenuta attraverso particolari processi di trasformazione.
Considerando le caratteristiche di comportamento più appariscenti,si possono dividere in quattro categorie:
- metalli: sono solidi a temperatura ambiente,buoni conduttori di calore ed elettricità,lucenti,opachi alla luce,deformabili,resistenti a sollecitazioni esterne;
- non metalli: sono di struttura amorfa o gassosa,cattivi conduttori,poco resistenti a sollecitazioni esterne;
- leghe: sono ottenute mediante l'unione di più elementi;esse presentano delle caratteristiche migliori degli elementi di partenza;
- miscugli: sono costituiti dalla miscela di più elementi ciascuno dei quali conserva le caratteristiche originali.Nella scelta del materiale da utilizzare per costruire un oggetto occorre considerare i seguenti fattori:
- proprietà: sono caratteristiche di ogni materiale;
- trasformazioni: servono a soddisfare le esigenze imposte dal progetto;
- costo: deve essere in rapporto al valore del prodotto finto.
PROPRIETA' DEI MATERIALI
Tutti i materiali hanno delle proprietà che li differenziano.
Le proprietà dei materiali possono essere cosi classificate:
- chimiche: riguardano la composizione chimica del materiale e lasua struttura interna;
- fisiche: esprimono le caratteristiche legate alla netura del mareriale e al suo comportamento in relazione agli agenti esterni;
- meccaniche: si riferiscono alla capacità del materiale a resistere alle sollecitazioni;
- tecnologiche: rappresentano l'attitudine del materiale ad essere trasformato mediante lavorazione.
PROPRIETA' FISICHE
La temperatura di fusione è la temperatura alla quale si verifica il pasaggio dallo stato solido a quello liquido. In base a questa caratteristica i materiali si dividono in:
- refrattari: nei quali la temperatura di fusione è superiore a 2000 C;
- normali: fra i 500 e 2000 c;
- basso fondenti: inferiore a
500 C.
La massa volumica,o peso specifico,è il rapporto fra la massa di un corpo ed il suo volume.Sono chiamate leghe leggere quelle a base di alluminio e leghe ultraleggere quelle a base di magnesio.La capacità termica massica,o calore specifico,è la quantità di calore neessaria per innalzare di 1 C la massa di 1 Kg di sostanza.La dilatazione termica è l'attitudine dei materiali di variare il proprio volume al cambiare della temperatura.Si dice dilatazione lineare la dilatazione che si verifica lungo l'asse più lungo di un solido.Si definisce coefficiente di dilatazione lineare l'incremento di lunghezza che subisce il materiale rapportato alla lunghezza iniziale e all'aumento di temperatura.
PROPRIETA' MECCANICHE
Le proprietà meccaniche esprimono la capacità di un materiale di resistere alle azioni delle forze esterne che tendono a deformarlo.
La capacità di contrasto che offre il materiale costituisce la sua caratteristica meccanica e può cambiare in funzione della forza applicata.Le forze possono essere:
- statiche: sono applicate in modo costante o variano nel tempo.La capacità dei materiali di contrastare gli effetti di questa forza è detta resistenza alla deformazione.
- Dinamiche: sono applicate in tempi brevi.La capacità di contrasto è detta resilienza.
- Periodiche: sono variabili periodicamente con un andamento che si ripete costantemente nel tempo.La capacità di contrasto è detta resistenza a fatica.
- Concentrate: sono applicate in zone ristrette.La capacità di contrasto si chiama durezza.
- Di attrito: si manifestano tra le superfici di contatto di due corpi mobili.La capacità di contrasto si chiama resistenza all'usura.
Le forze statiche applicate dall'esterno ai corpi si chiamano carichi e generano un insieme di sollecitazioni.Ci sono diversi tipi di sollecitazione:
- trazione: le forze sono dirette lungo l'asse del corpo e tendono ad allungarlo;
- compressione: le forze sono dirette lungo l'asse del corpo e tendono ad accorciarlo;
- flessione: le forze agiscono su un piano perpendicolare all'asse principale e tendono a flettere il corpo;
- torsione: le forze agiscono su un piano perpendicolare all'asse e tendono a torcerlo;
- taglio: le forze agiscono in direzione perpendicolare all'asse e tendono a reciderlo.
PROPRIETA' TECNOLOGICHE
Le proprietà tecnologiche definiscono l'attitudine dei materiali ad essere trasformati mediante lavorazioni.Le più importanti sono:
- fusibilità: è l'attitudine di un materiale ad essere colato allo stato liquido dentro una forma per ottenere un getto di fusione;
- saldabilità: è l'attitudine di un materiale di unirsi facilmente con un altro tramite fusione e/o aggiunta di materiale d'apporto;
- truciolabilità: è l'attitudine di un materiale a subire lavorazioni con asportazione di truciolo;
- plasticità: è la proprietà che manifestano alcuni materiali di deformarsi permanentemente senza, screpolarsi o rompersi,sotto l'azione di forze esterne;
- malleabilità: è l'attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in lamine,senza screpolarsi o rompersi.La laminazione è la proprietà che sfrutta questa operazione;
- duttilità: è l'attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in fili senza rompersi se costretto a passare attraverso un foro di forma e dimensione opportune.La trafilatura è l'operazione che sfrutta questa proprietà;
- estudibilità: è l'attitudine di un materiale ad assumere forme determinate se costretto a passare attraverso un foro sagomato.L'estrusione è l'operazione che sfrutta questa proprietà;
- imbutibilità: è l'attitudine di un materiale a lasciarsi deformare a freddo senza rompersi o screpolarsi.L'imbutitura è l'operazione che sfrutta questa proprietà;
- piegabilità: è l'attitudine di alcuni materiali a subire l'operazione di piegatura senza rompersi o screpolarsi.
PROVE DI LABORATORIO SUI MATERIALI
PROVA DI RESISTENZA A TRAZIONE
La prova di resistenza a trazione viene eseguita con la macchina universale per prove sui materiali.La prova di trazione consiste nel sottoporre un campione di materiale ad un carico di trazione applicato lentamente ed in modo crescente fino a determinarne la rottura.Il campione,detto provetta,deve essere ricavato dal materiale da controllare.Nell'esecuzione della prova viene tracciato il grafico carichi-deformazioni che rappresenta il crescere dell' allungamento subito dal materiale.
Fase elastica A-B
E' la prima fase nella quale il materiale si comporta rispettando la legge di proporzionalità diretta fra i carichi e gli allungamenti.Il materiale riprende le dimensioni iniziali una volta cessato il carico applicato.
Fase elasto-plastica B-C-D
E' la seconda fase nella quale cominciano a verificarsi delle deformazioni permanenti.Esse sono seguite,a volte,da un cedimento improvviso del materiale detto snervamento.
Fase plastica D-E-F
E' l'ultima fase nella quale le deformazioni cominciano a crescere rapidamente,con l'aumentare del carico,fino a provocare la rottura della provetta.In questa fase si definisce il carico unitario di rottura o resistenza a trazione.
PROVA A COMPRESSIONE
La prova a compressione consiste nell'applicare lentamente un carico uniforme a un campione compreso tra due piastre piane.
Questa prova consente di determinare le caratteristiche di resistenza,di elasticità e di deformabilità,che si determinano anche nella prova a flessione.
PROVA A FLESSIONE
La prova a flessione consiste nell'applicare,gradatamente e con continuità,un carico concentrato con direzione perpendicolare all'asse geometrico di un corpo appoggiato agli estremi su due rulli cilindrici liberi di ruotare.Si chiama freccia la distanza tra l'asse prima e dopo la deformazione.Si definisce momento flettente lo sforzo applicato alle varie sezioni trasversali che genera la sua deformazione.La prova si effettua con la macchina universale attrezzata con appositi appoggi cilindrici fissati sulla tavola inferiore e cuneo arrotondato montato sulla traversa superiore.
PROVA DI RESILIENZA CHARPY
Si definisce resilienza la capacità che ha un materiale di resistere alla rottura a flessione per urto.Questa prova consiste nel misurare l'energia necessaria per rompere,in un sol colpo,con il pendolo charpy,una provetta.
PROVA DI DUREZZA
Si definisce durezza la resistenza opposta da un materiale a lasciarsi scalfire o penetrare da un corpo più duro.Le prove di durezza consistono nell'applicare una forza sulla superfice del pezzo in esame e valutarne gli effetti attraverso la misurazone della profondità dell'impronta.La durezza può essere valutata da macchine chiamate durometri.Ci sono tre tipi di prove di durezza:
- prova di durezza Brinell: consiste nel far penetrare nel materiale in esame una sfera di acciaio duro;
- prova di durezza Vickers: consiste nel far penetrare nel materiale in esame un diamante avente forma di piramide retta a base quadrata.Si definiscono darezza Brinell e Vickers il rapporto tra il carico di prova applicato e l'area della superficie dell'impronta, moltiplicato per una costante che rende il valore privo di unità di misura;
- la prova di durezza Rockwell: consiste nel far penetrare nel materiale in esame una sfera di acciaio duro o un cono di diamante.Questo è il metodo più usato per la praticità e l'immediatezza della lettura del valore della durezza.
A CURA DI MARCO DI FERDINANDO 2C
PROPRIETA’ CARATTERISTICHE DEI MATERIALI
La tecnologia è quella scienza che studia i materiali,la composizione,le caratteristiche,le lavorazioni necessarie per le trasformazioni e il loro impiego. La materia si può suddividere in tre grandi famiglie.
MATERIALI NATURALI
Sono quelli che vengono utilizzati cosi come si trovano in natura
MATERIE NATURALI MODIFICATE
Sono quelli che conservano inalterata la loro composizione interna,ma sono parzialmente trasformati dall’uomo nelle forme e nelle caratteristiche (legno compensato,tessuto,rame )
MATERIALI ARTIFICIALI
Sono quelli che la cui composizione e completamente nuova (cemento, carta, plastica)
Si possono dividere i materiali in quattro categorie :
METALLI
Sono solidi a temperatura ambiente , buoni conduttori di calore e di elettricità, deformabili resistenti a sollecitazione esterna per esempio (ferro, oro, nichel, argento, piombo, zinco)
NON METALLI
Cattivi conduttori di calore ed elettricità poco resistenti a sollecitazione esterne (zolfo, fosforo, azoto)
LEGHE
Sono ottenute mediante l’unione di più elementi e si presentano in caratteristiche migliori degli elementi di partenza per esempio (rame + zinco = ottone, ferro + carbonio = acciaio, rame + stagno = bronzo)
MISCUGLI
Sono costituiti dalla miscela di più elementi ciascuno dei quali conserva le caratteristiche originali (minerale + sabbia + legante = granito, cemento + gaia + sabbia = calcestruzzo)
Nella scelta del materiale da utilizzare per costruire un oggetto occorre considerare i seguenti fattori:
PROPRIETA’: Devono garantire la funzionalità dell’oggetto
TRASFORMAZIONI: Devono soddisfare le esigenze imposte dal progetto
COSTO: Deve essere in rapporto al valore del prodotto finito
PROPRIETA’ DEI MATERIALI
Tutti i materiali hanno delle proprietà caratteristiche che li differenziano notevolmente le proprietà dei materiali possono essere cosi classificate
CHIMICHE
Riguardano la composizione chimica del materiale e la sua struttura interna
FISICHE
Esprimono le caratteristiche legate alla natura stessa del materiale e al suo comportamento in relazione agli agenti esterni quali il calore, la gravita, l’elettricità
MECCANICHE
Si riferiscono alla capacità del materiale di resistere alle sollecitazioni (insieme dei carichi esterni) a cui viene sottoposto durante il suo impiego come pressione trazione flessione compressione urti e tagli
TECNOLOGICHE
Rappresentano l’attitudine del materiale ad essere trasformato mediante lavorazioni
PROPRIETA’ FISICHE
TEMPERATURA DI FUSIONE (Tf)
Si definisce temperatura di fusione (Tf) la temperatura alla quale , per un determinato materiale, si verifica il passaggio dallo stato solido a quello liquido. In base a questa caratteristica i materiali si dividono nelle seguenti caratteristiche
REFRATTARI
Sono quelli per i quali la temperatura di fusione risulta superiore a 300 °C (leghe metalliche speciali, ceramiche)
NORMALI
Materiali con temperatura di fusione compresa fra i 500 °C e 200 °C per esempio (ferro, ghisa, acciaio, rame, alluminio)
BASSO FONDENTI
Materiali con temperatura di fusione inferiore a 500 °C come (piombo, stagno)
MASSA VOLUMICA (Mv)
Si definisce massa volumica (Mv) il rapporto fra la massa di un corpo, espressa in kg, e il suo volume espresso in m3.
Massa kg
Mv = _______________ = ______
Volume m3
Prima dell’introduzione del Sistema Internazionale di misura (SI) la massa volumica (Mv) veniva chiamata peso specifico
Sono chiamate LEGHE LEGGERE quelle a base di alluminio con massa volumica inferiore a 4000 kg/m3 e LEGHE ULTRA LEGGERE quelle a base di magnesio con massa volumica inferiore a 2000 kg/m3
CAPACITA’ TERMICA MASSICCIA (Ctm)
Si definisce capacita termica massiccia (Ctm) avvolte detta anche calore specifico (Cs) la quantità si calore espressa in J necessaria ad innalzare di 1 °C la massa di 1kg di sostanza
Calore J
Ctm = __________________________________ = __________
Intervallo di temperatura x massa °C x kg
DILATAZIONE TERMICA (a)
Si definisce dilatazione termica l’attitudine dei materiali di variale il proprio volume al cambiare della temperatura.
Si definisce coefficiente di dilatazione lineare (x) l’incremento di lunghezza che subisce il materiale (Lf – Li) rapportata alla lunghezza iniziale (Li) e all’ aumento di temperatura (Tf – Tl)
Lf – Li m 1
a = __________________ = _____________ = _____
Li ( Tf – Ti ) m ( °C ) °C
PROPRIETA’ MECCANICHE
Esprimono la capacità di un materiale a resistere alle azioni provocate dalle forze esterne che tendono a deformarlo. Si elencano, ora i diversi tipi di forse per poter definire le corrispondenti caratteristiche meccaniche
FORZE STATICHE
Sono applicate in modo costante o variano lentamente nel tempo (forza applicate a funi, a macchine di sollevamento ). L a capacità dei materiali di contrastare le forze statiche è detta resistenza alla deformazione.
FORZE DINAMICHE
Sono applicate in tempi brevi ( martellatura all’ incudine, lavorazione a maglio ) Il contrastare agli effetti delle forza dinamiche è detta resilienza.
FORZE PERIODICHE
Sono variabili periodicamente con un andamento che si ripente costantemente nel tempo e con frequenza elevata ( forze applicate alla biella del motore a scoppio ), la capacita di resistere alle forze periodiche è detta resistenza a fatica
FORZE CONCENTRATE
Sono applicate in zone ristrette o puntiformi (scalpellatura, punzonatura ) la capacità dei materiali di contrastare gli effetti delle forze concentrate si chiama durezza.
FORZE DI ATTRITO
Si manifestano tra le superfici di contatto di due corpi mobili fra loro striscianti ATTRITO RADENTE o rotolanti ATTRITO VOLVENTE (pattini a coltello, cuscinetti a sfera ) la capacita dei materiali di resistere alle forze di attrito si chiama RESISTENZA ALL’USURA
TECNOLOGIA E MATERILI
Le forze statiche applicate dall’esterno dei corpi si chiamano Carichi e generano, nel loro interno, un insieme di sollecitazioni che tendono a deformarli.
Si possono considerare diversi tipi di sollecitazioni generati dalle forze esterne applicate:
TRAZIONE
Sono forze applicate esternamente, sono dirette lungo l’asse del corpo e tendono ad allungarlo
COMPRESSIONE
Sono forze applicate esternamente, sono dirette lungo l’asse del corpo e tendono ad accorciarlo.
FLESSIONE
Sono forze esterne e agiscono su un piano perpendicolare all’asse principale e tendono a flettere il corpo, cioè a piegarlo
TORSIONE
Sono forze esterne agiscono su un piano perpendicolare all’asse di un corpo e tendono a torcerlo.
TAGLIO
Sono forze esterne applicate agiscono in direzione perpendicolare all’asse principale e tendono a recidere due sezioni trasversali adiacenti del corpo
PROPRIETA’ TECNOLOGICHE
Le proprietà tecnologiche definiscono l’attitudine dei materiali ad essere trasformati mediante lavorazioni le più importanti sono: fusibilità, saldabilità, truciolabilità, plasticità, malleabilità, duttilità, imbattibilità, piegabilità, estrudibilità.
FUSIBILITA’
E’ l’attitudine di un materiale ad essere colato allo stato liquido dentro una forma per ottenere un oggetto di fusione. Sono fusibili le ghise i bronzi, gli ottoni, e le leghe
SALDABILITA’
E’ attitudine di un materiale a unirsi facilmente o un altro, di uguale o diversa natura tramite fusione.
Sono saldabili il ferro gli acciai dolci e le leghe metalliche di alcun genere
TRUCIOLABILITA’
E’ attitudine di un materiale a subire lavorazioni con asportazione di truciolo, mediante l’utilizzo di utensili montati su opportune macchine (tornio, frese, punte elicoidali). Sono truciolabili le ghise gli acciai al piombo i bronzi, l’alluminio e le sue leghe.
PLASTICITA’
E’ la proprietà che manifestano alcuni materiali di deformarsi permanentemente, senza screpolarsi o rompersi sotto l’azione di forze esterne
MALLEABILITA’
E’ attitudine di un materiale di lasciarsi ridurre a caldo o a freddo in lamine senza screpolarsi o rompersi, mediante l’azione di presse, magli, o laminatoi. I prodotti ottenuti si dicono laminati
DUTTILITA’
E’ attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in fili senza rompersi di forma e dimensione opportuni, sono duttili l’acciaio dolce, l’argento, l’oro, l’alluminio il rame e le leghe speciali di acciaio questa operazione si chiama trafilatura e i prodotti ottenuti trafilati.
ESTRUDIBILITA’
E’ attitudine di un materiale ad assumere forme determinate se costretto a passare attraverso ad un foro sagomato. Sono estrudibili gli acciai dolci e le leghe leggere questa operazione è detta estrusione e i prodotti ottenuti estrusi.
IMBUTIBILITA’
E’ attitudine di un materiale a lasciarsi deformare a freddo ottenendo corpi cavi, senza rompersi o screpolarsi sono imbutibili gli acciai extra dolce il rame, l’ottone, l’allumino. I prodotti ottenuti si chiamano stampati (la carrozzeria dell’auto)
PIEGABILITA’
E’ attitudine di alcuni materiali a subire l’operazione di piegatura senza rompersi o screpolarsi. Sono facilmente piegabili gli acciai dolci e tutti i materiali malleabili
PROVE DI LABORATORIO SUI MATERIALI
Prova di resistenza a trazione la prova di resistenza a trazione è la più importante tra quelle eseguite sui materiali. Essa viene seguita con la macchina universale per prove sui materiali. La prova di trazione consiste nel sottoporre un campione di materiale a un carico di trazione applicato lentamente e in modo crescente fino a determinare la rottura. nell’esecuzione della prova viene tracciato il grafico carichi-deformazione. Questo grafico è caratteristico di ogni tipo di materiali, il comportamento del materiale è caratterizzato da diverse fasi:
FASE ELASTICA a-b
E’ la prima fase, il materiale si comporta rispettando la legge di proporzionalità (legge di Hooke ) il materiale dipende le dimensioni iniziali una volta cessato il carico applicato
FASE ELASTICA-PLASTICA b-c-d
E’ la seconda fase nella quale incominciano a verificarsi delle deformazioni permanenti, avvolte, da un cedimento improvviso del materiale detto snervamento. Non si verifica nei materiali particolarmente duri
FASE PLASTICA d-e-f
E’ l’ultima fase nella quale le deformazioni cominciano a crescere rapidamente con l’aumentare del carico fino a provocare la rottura. in questa fase si definisce il carico unitario di rottura (Rm) detto anche resistenza a trazione
PROVA A COMPRESSIONE
La prova a compressione consiste nell’applicare lentamente un carico uniforma a un campione di materiale ( provetta ), questa prova viene eseguita sui materiali fragili ( ghisa, calcestruzzo ). L’applicazione del carico provoca la rottura del campione e consente di determinare la sua resistenza di elasticità di deformabilità.
PROVA A FLESSIONE
Con questa prova si rilevano le caratteristiche di resistenza, deformabilità ed elasticità del materiale
La prova di flessione consiste di applicare gradatamente e con continuità un carico concentrato perpendicolare all’asse geometrico di un corpo appoggiato agli estremi su due rulli cilindrici liberi di ruotare.
PROVA DI RESILIENZA CHARPY
Si definisce resilienza la capacità di un materiale di resistere alla rottura a flessione per urto la prova di resilienza consiste nel misurare l’energia necessaria per rompere in un solo colpo una provetta del materiale da esaminare. La prova viene eseguita detta PENDOLO DI CHARPY
PROVA DI DUREZZA
Si definisce durezza la resistenza opposta da un materiale a lasciarsi scalfire o penetrare da un corpo più duro. Le prove di durezza consistono nell’applicare mediante uno strumento opportuno una forza F (carico di prova) sulla superficie del pezzo in esame questi metodi utilizzano macchine di prova chiamati durometri:
PROVA DI DUREZZA BRINELL HB
Il durometro Brinell utilizza come penetratore una sfera di acciaio duro di diametro D = 10mm premuta con una forza F ( 29410- N ) per un tempo variabile da 10 a 15 secondi
F
HB = _______ x n
S
PROVA DI DUREZZA VICKERS HV
La prova di durezza con il metodo Vickers consiste nel far penetrare nel materiale in esame un diamante avente forma di piramide retta a base quadrata premuta con una forza F ( 294 N per un tempo variabile da 10 a 15 secondi )
Si definisce durezza Vickers
F
HV = ________ x N
S
PROVA DI DURAZZA ROCKWELL e HRC
Questo metodo è il più diffuso per la praticità e l’immediatezza della lettura del valore della durezza. La prova di durezza consiste nel far penetrare una sfera di acciaio duro di diametro 1,50 mm o un cono di diamante nel materiale da esaminare. Si utilizza il penetratore a sfera di acciaio duro per materiali meno duri, e il penetratore a cono di diamante per materiali più duri. Conosciuta la durezza di Rockwell e HRC è possibile con l’utilizzo della tabella di conversione, determinare il valore corrispondente della durezza espressa con metodo Briner (HB) Vickers (HV)
PROPRIETA’ CARATTERISTICHE DEI MATERIALI
La conoscenza delle caratteristiche dei materiali d’uso più comune rende possibile la loro applicazione nelle diverse costruzioni, in modo corretto ed economico.
La tecnologia è la scienza che studia i materiali,la composizione,le caratteristiche,le lavorazioni necessarie per le trasformazioni e per il loro impiego.
I materiali si possono dividere in tre tipologie:
•materiali naturali (Esistenti in natura);
•materiali naturali modificati (Parzialmente modificati);
•materiali artificiali (completamente nuovi).
Possiamo successivamente dividere i materiali in base alle caratteristiche di comportamento:
•matalli (solidi,lucenti,opachi alla luce,buoni conduttori di calore ed elettricità.);
•non metalli (strutturalmente amorfi,cattivi cnduttori,poco resistenti alle sollecitazioni esterne);
•leghe (unione di due o più tipi di elementi con caratteristiche migliori degli elementi di partenza);
•miscugli (costituiti dalla miscela di più elementi e ciascun elemento conserva le caratteristiche originali).
Nella scelta del materiale da utilizzare per costruire un oggeto si deve tener conto di:
•proprietà:caratteristiche di ogni materiale;
•trasformazioni:servono a soddisfare le esigenze imposte dal proggetto;
•costo:deve essere in rapporto al valore del prodotto finito.
PROPRIETA’ DEI MATERIALI
Tutti i materiali hanno delle proprietà caratteristiche.Esse si dividono in proprietà:
•chimiche (ossidazione,corrosione);
•fisiche (temperatura di fusione,massa volumica,capacità termica massica,dilatazione termica);
•meccaniche (resistenza alla deformazione,resilienza,resistenza a fatica,durezza,resistenza all’usura);
•tecnologiche (Fusibilità,saldabilità,truciolabilità,plasticità,malleabilità, duttibilità,estrudibilità,imbutibilità,piegabilità).
PROPRIETA’ FISICHE E TEMPERATURA DI FUSIONE
Si definisce temperatura di fusione la temperatura alla quale un determinato materiale pasa dallo stato solido a quello liquido.
In base a questa proprietà, distinguiamo i materiali nelle seguenti categorie:
•refrattari(tf sopra ai 2000°);
•normali (tf da 500° a 2000°);
•basso fondenti (tf inferiore a 500°).
MASSA VOLUMICA
Si definisce massa volumica il rapporto tra la massa e il volume.
In base alla loro massa volumica le leghe possono essere distinte in:
•leghe leggere (con massa volumica inferiore a 4000 Kg/m3) ;
•leghe ultraleggere(con massa volumica inferiore a 2000 Kg/m3 );
La capacita’ termica massica è la quantita’ di calore necessaria per innalzare di 1 °C la massa di 1 kg di sostanza.
La dilatazione termica: l’attitudine dei materiali di variare il proprio volume al cambiare della temperatura.
PROPRIETA’ MECCANICHE
Le proprietà meccaniche esprimono la capacità di un materiale a sopportare le sollecitazioni provocate da forze esterne che tendono a deformarlo.Le forze applicate ai materiali sono:
•forze dinamiche applicate in tempi brevi;
•forze statiche sono applicate in modo costante o variano lentamente nel tempo;
•forze periodiche sono variabili periodicamente con un andamento che si ripete costantemente nel tempo e con frequenza elevata;
•forze concentrate sono applicate in zone ristrette o puntiformi;
•forze di attrito si manifestano tra le superfici di contatto di due corpi mobili fra loro striscianti.
TECNOLOGIA E MATERIALI
Le forze statiche applicate dall’esterno ai corpi si chiamano carichi e generano,nel loro interno,un insieme di sollecitazioni che tendono a deformarli.Esse sono:
•Trazione : resistenza alle forze che sono dirette lungo l’asse del corpo e tendono ad allungarlo;
•Compressione : resistenza alle forze esterne dirette lungo l’asse del corpo che risulta accorciato;
•Flessione : resistenza alle forze su un piano perpendicolare all’asse principale e tendono a flettere il corpo;
Torsione : resistenza a forze che agiscono su un piano perpendicolare all’asse che tendono a torcerlo;
•Taglio : resistenza alle forze applicate in modo perpendicolare all’asse che tendono a reciderlo.
PROPRIETA’ TECNOLOGICHE
Le proprietà tecnologiche definiscono l’attitudine dei materiali a essere trasformati mediante lavorazioni.
•Fusibilità: è l’attitudine di un materiale ad essere colato allo stato liquido dentro una forma per ottenere un getto di fusione;
•Saldabilità:è l’attitudine di un materiale a unirsi facilmente con un altro,di uguale o diversa natura,tramite fusione o aggiunta di materiale d’apporto;
•Truciolabilità:è l’attitudine di un materiale a subire lavorazioni con asportazione di truciolo,mediante l’utilizzo di utensili;
•Plasticità:è la proprietà che manifestano alcuni materiali di deformarsi permanentemente, senza screpolarsi o rompersi sotto l’azione di forze esterne;
•Malleabilità:è l’attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre, a caldo o a freddo,in lamine ,senzascrepolarsi o rompersi,mediante l’azione di presse,magli o laminatoi;
•Duttilità:è l’attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in fili senza rompersi se costretto a passare attraverso un foro di forma e dimensione opportune;
•Estrudibilità:è l’attitudine di un materiale ad assumere forme determinate se costretto a passarre attraverso un foro sagomato;
•Imbutibiltà:è l’attitudine di un materiale a lasciarsi deformare a ferddo,ottenendo a corpi cavi,senza rompersi o screpolarsi
•Piegabilità:è l’attitudine di alcuni materiali a subire l’operazione di piegatura senza rompersi o screpolarsi.
PROVA DI RESISTENZA A TRAZIONE
La prova di resistenza a trazione è la prova più importante e viene eseguita con la macchina universale per prove sui materiali.La prova di trazione consiste nel sottoporre un campione di materiale ad un carico di trazione applicato lentamente e in modo crescente fino a determinarne la rottura.Il campione,detto provetta,deve essere ricavato dal materiale da controllare con particolari procedure che non ne alterino le proprietà.Nell'esecuzione della prova viene tracciato il grafico carichi-deformazioni che rappresenta il crescere dell' allungamento subito dal materiale in funzione del carico applicato.
FASE ELASTICA A-B
E' la prima fase nella quale il materiale si comporta rispettando la legge di proporzionalità diretta fra i carichi e gli allungamenti.Il materiale riprende le dimensioni iniziali una volta cessato il carico applicato.
FASE ELASTO-PLASTICA B-C-D
E' la seconda fase nella quale cominciano a verificarsi delle deformazioni permanenti.Esse sono seguite,a volte,da un cedimento improvviso del materiale detto snervamento.
FASE PLASTICA D-E-F
E' l'ultima fase nella quale le deformazioni cominciano a crescere rapidamente,con l'aumentare del carico,fino a provocare la rottura della provetta.In questa fase si definisce il carico unitario di rottura o resistenza a trazione.
PROVA A COMPRESSIONE
La prova a compressione consiste nell'applicare lentamente un carico uniforme a un campione di materiale compreso tra due piastre piane levigate e parallele,per studiarne il comportamento.
Questa prova viene eseguita principalmente sui materiali fragili.L’applicazione del carico prova la rottura del campione e consente di detreminare alcuni fattori.Le provette utilizzate possono essre di forma cilindrica o prismatica.
PROVA A FLESSIONE
La prova a flessione consiste nell'applicare,gradatamente e con continuità,un carico concentrato con direzione perpendicolare all'asse geometrico di un corpo appoggiato agli estremi su due rulli cilindrici liberi di ruotare.Si chiama freccia la distanza tra l'asse prima e dopo la deformazione.Si definisce momento flettente lo sforzo applicato alle varie sezioni trasversali che genera la sua deformazione. Frequentemente la prova a flessione viene effettuata per determinare il carico capace di provocare una determinata freccia, ooppure la freccia prodotta da un determinato carico.
PROVA DI RESILIENZA CHARPY
Si definisce resilienza la capacità che ha un materiale di resistere alla rottura a flessione per urto.La prova di resilienza consiste nel misurare l’energia necessaria per rompere,in un solo colpo,una provetta del materiale da esaminare.La prova viene eseguita con un amacchina detta pendolo di Charpy.
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