Rappresentazione dei Diagrammi Tensione-Deformazione: Comportamento dei Materiali Duttili

Diagrammi Tensione-Deformazione per Materiali Duttili

Durante la prova di trazione, la sezione retta è sollecitata da un’unica componente di tensione principale: la tensione perpendicolare. Le altre due tensioni principali sono nulle; il materiale è quindi in condizione di tensione monoassiale.

Il Diagramma Forza-Allungamento (o Tensione-Deformazione, se si divide la forza per la sezione iniziale del tratto calibrato) è lo strumento fondamentale di rappresentazione.

Materiali Duttili con Snervamento Evidente (Es. Acciai a Basso Contenuto di Carbonio)

Il comportamento di questi materiali è caratterizzato da fasi distinte:

1. Fase Elastica

   A carico basso, il comportamento del materiale è elastico. La pendenza del corrispondente tratto lineare del diagramma $\sigma-\epsilon$ rappresenta il Modulo Elastico E di Young ($\sigma/\epsilon$).

2. Snervamento

   Forza e allungamento non sono più proporzionali: si verifica lo snervamento. La forza cessa di salire improvvisamente mentre la provetta continua ad allungarsi, iniziando le deformazioni plastiche permanenti.

   • $F_{eH}$ (Carico di Snervamento Superiore): Valore di picco della forza di trazione, che segna la fine del comportamento elastico.
   • $F_{eL}$ (Carico di Snervamento Inferiore): Valore più basso della forza al termine del fenomeno oscillatorio di assestamento.

3. Deformazione Plastica Uniforme

   La forza riprende a salire ma con pendenza inferiore a quella del tratto elastico. Il volume del materiale rimane costante e l'allungamento è compensato da una contrazione trasversale.

4. Incrudimento e Carico Massimo

   Fenomeno dell'incrudimento: la forza continua a salire anche se la sezione si riduce. Ciò significa che la tensione cresce in misura tale da compensare la perdita di sezione resistente, dovuto al fatto che un materiale metallico risulta rafforzato dopo una deformazione plastica a freddo.

   • $F_m$ (Carico di Rottura): Punto di massimo della curva.

5. Strizione e Rottura

   Dopo $F_m$, la riduzione della sezione avviene in una zona localizzata, fenomeno chiamato strizione (deformazione plastica localizzata). La forza necessaria ad allungare ulteriormente la provetta diminuisce poiché l'incrudimento del materiale non è più sufficiente a compensare la riduzione di sezione. La provetta si rompe dividendosi in due parti in corrispondenza della sezione ristretta.

Materiali Duttili Senza Snervamento Evidente (Es. Acciai a Medio Contenuto di Carbonio)

Per questo tipo di materiali, il fenomeno dello snervamento non è evidente, ma si osserva una progressiva deviazione dalla linearità.

Determinazione del Carico di Scostamento dalla Proporzionalità

Si determina il Carico di Scostamento dalla Proporzionalità ($F_{p0,2}$), che è il carico al quale corrisponde un allungamento non proporzionale, pari alla percentuale di allungamento $p$ (solitamente $0,2\%$) della distanza tra i riferimenti.

Questo punto si ottiene tracciando la retta parallela al tratto elastico del diagramma e distante in orizzontale dello $0,2\%$. L'intersezione con la curva fornisce la forza $F_{p0,2}$.

Grandezze Caratteristiche e Convenzionali

Le seguenti grandezze sono impiegate per descrivere le caratteristiche meccaniche del materiale:

• Deformazione Convenzionale ($\epsilon$): Rapporto tra la variazione di lunghezza del tratto compreso tra i due riferimenti e la lunghezza iniziale del tratto stesso. (Alternativa: Allungamento Percentuale).
• Tensione Convenzionale (o Carico Unitario, $\sigma$): Rapporto tra la forza di trazione applicata e l'area iniziale della sezione retta del tratto calibrato.

Le tensioni e deformazioni definite sopra sono dette ingegneristiche, perché riferite alla sezione/lunghezza iniziale. Possiamo definire delle tensioni/deformazioni vere (razionali o logaritmiche) che sono riferite alla sezione/lunghezza vera (istantanea). La differenza è sensibile per $\epsilon > 2\%$.