Metodi di Caratterizzazione Meccanica dei Materiali: Trazione, Compressione e Durezza

Le Prove Meccaniche sui Materiali: Trazione, Compressione, Flessione e Durezza

Diagramma Tensione-Deformazione per l'Acciaio

La Prova di Trazione

La prova di trazione è fondamentale per comprendere il comportamento meccanico dei materiali duttili come l'acciaio. L'andamento della tensione in funzione della deformazione rivela diverse fasi:

• Tratto OP (Elastico Lineare): L'andamento è lineare e la deformazione è di tipo elastico. La pendenza di questo tratto definisce il modulo elastico E del materiale.
• Tratto PE (Inizio Deformazione Permanente): Iniziano a verificarsi deformazioni permanenti di lieve entità.
• Punto E (Limite Elastico): Rappresenta il limite del campo elastico, oltre il quale avviene la deformazione plastica.
• Tratto ES (Passaggio Plastico): Si osserva un graduale passaggio dal campo elastico a quello plastico.
• Punto S (Punto di Snervamento): Indica il momento in cui il materiale inizia a comportarsi plasticamente in modo significativo. Dopo il punto di snervamento si osservano notevoli deformazioni.
• Punto M (Massima Deformazione Plastica): Rappresenta la massima deformazione plastica che il materiale può subire prima che abbia luogo la rottura.
• Punto R (Rottura): Il punto finale di cedimento del materiale.

Prove Meccaniche Specifiche

Prova di Compressione

Nella prova di compressione si applica gradualmente un carico a un provino di forma cilindrica, compreso tra due piastre piane e parallele, fino alla sua completa rottura, al fine di studiarne i comportamenti e le caratteristiche. Questa prova viene eseguita principalmente sui materiali fragili, come le ceramiche.

La resistenza alla compressione è una proprietà molto importante, soprattutto quando si tratta di materiali compositi.

Diagramma Tensione-Deformazione per un Materiale Fragile

Il tratto iniziale del diagramma presenta una lieve curvatura. Non si ha, quindi, proporzionalità tra tensioni e deformazioni, come invece accadeva per i materiali duttili.

La fase di snervamento è assente: il materiale giunge a rottura senza la presenza di ampie deformazioni plastiche. Le deformazioni che il materiale subisce sono molto piccole e il diagramma procede con continuità sino a giungere al punto di rottura.

La rottura avviene bruscamente, senza nessun preavviso.

Prova di Flessione

La prova di flessione ha lo scopo di misurare il carico di rottura di un materiale e le deformazioni di un provino sollecitato a flessione.

La prova si esegue su provini di forma prismatica con sezione quadrata, rettangolare o circolare. Il provino viene poggiato su due rulli paralleli posti a distanza L. Il carico viene esercitato con progressione graduale nel punto centrale.

Le deformazioni del provino vengono registrate e messe in relazione ai carichi esercitati, fino ad arrivare alla rottura.

Prova di Durezza

La prova di durezza ha lo scopo di valutare la durezza di un materiale, vale a dire la resistenza che il materiale oppone alle sollecitazioni concentrate.

La misurazione della durezza fornisce dati importanti sulla lavorabilità del materiale, sugli effetti di trattamenti termici e sulla resistenza a trazione. La misura è effettuata mediante prove non distruttive sia sui provini che sui pezzi finiti. Le macchine utilizzate allo scopo prendono il nome di durometri.

In generale, le prove di durezza si eseguono mediante un penetratore di notevole durezza che, sotto l'azione di un certo carico, lascia un'impronta sulla superficie del materiale. Il rapporto tra carico e dimensione dell'impronta definisce il valore della durezza.

A seconda della forma del penetratore si hanno diversi metodi di misurazione della durezza:

Metodo Brinell (HB)

La prova di durezza eseguita con il metodo Brinell consiste nel far penetrare nel materiale in esame una sfera di acciaio di diametro D, premuta con forza F, detta carico di prova. La durezza Brinell (HB) è data dal rapporto tra il carico di prova (F) e l’area della superficie dell’impronta (S), moltiplicato per una costante (n = 0,102 N/mm²).

Metodo Vickers (HV)

Nella prova di durezza eseguita con il metodo Vickers si utilizza una punta di diamante a forma di piramide retta a base quadrata che è premuta sul materiale con un carico di 294 N per un tempo compreso tra 10 e 15 secondi.

La durezza Vickers (HV) è data dal rapporto tra il carico di prova (F) e il quadrato della media delle diagonali dell’impronta (d), moltiplicato per una costante.

Il metodo Vickers può essere applicato a tutti i tipi di materiali, da morbidi a duri; in campo dentale è il valore di durezza più utilizzato.

Metodo Knoop (HK)

Nella prova di durezza eseguita con il metodo Knoop si utilizza una punta di diamante a forma di piramide retta a base rombica.

La durezza Knoop (HK) è data dal rapporto tra il carico di prova (F) e la superficie (S) della proiezione dell’impronta su un piano perpendicolare alla direzione di applicazione del carico e parallela alla superficie in esame.