Le prove dinamiche Prove impulsive: prove di resilienza  Prove periodiche: prove di fatica 1

comportamento di materiali in condizioni reali Le prove di resilienza Utilità pratica: comportamento di materiali in condizioni reali Tenacità di un materiale Il pendolo di Charpy L’esecuzione della prova La rottura del provino: innesco e propagazione (materiale fragile o duttile) 2

Prove di impatto Utilizzate anche per trovare l’intervallo di temperatura della transizione duttile-fragile 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 che rese la struttura molto fragile e suscettibile al danneggiamento.

Provetta con intaglio a V Geometria dei provini Provetta Charpy Provetta con intaglio a V 3

Velocità di impatto = 4.5 - 7 m/s per provette Charpy Condizioni di prova Energia iniziale = 30 Kpm Velocità di impatto = 4.5 - 7 m/s per provette Charpy Velocità di impatto = 5 - 5.5 m/s per provette con intaglio a V Valutazione della resilienza K S = sezione resistente effettiva 4

Le prove di fatica Definizione di fatica Modalità di applicazione del carico Definizione di fatica Periodo di incubazione: fase di adattamento al carico Fase di innesco: scorrimenti oltre il limite di rottura (microcricche) 6

Fatica dei metalli Il metallo spesso si rompe a sforzi molto inferiori per carichi ciclici rispetto a carichi statici La cricca enuclea nella regione di concentrazione degli sforzi e si propaga per il carico ciclico applicato La rottura avviene quando la sezione resistente del metallo è troppo piccola per sopportare il carico applicato La frattura inizia qui Superficie fratturata a fatica di un asse inchiavettato 7-10 Rottura finale

sA = (smax - smin)/2 sm = (smax + smin)/2 Caratteristiche del carico: statico o precarico + carico oscillante (legge sinusoidale) Tipi di ciclo a) alterno simmetrico b) alterno asimmetrico c) dallo zero d) pulsante sA = (smax - smin)/2 sm = (smax + smin)/2 7

Si applica un carico alternato di compressione e trazione su un provino di metallo rastremato in direzione del centro Lo sforzo che provoca la frattura s e il numero di cicli corrispondente N vengono plottate per ottenere la curva s-N.

Organizzazione dei risultati: curva di Woehler Parametri che influenzano la resistenza a fatica Effetto della finitura superficiale Effetto volume Tipi di rottura Concentrazione di sforzi: la resistenza a fatica è ridotta dalla concentrazione degli sforzi Rugosità superficiale: superfici più lisce aumentano la resistenza a fatica Trattamenti superficiali: (carburazione e nitrurazione) aumentano la vita a fatica Ambiente: ambiente chimicamente reattivo, che provocano corrosione, diminuisce la vita a fatica 7

Zona di frattura finale Albero trasmissione di una barca Zona di frattura finale Zona di propagazione Zona di innesco

Stelo di Ammortizzatore auto Zona di frattura finale Zone di innesco e propagazione

Creep nei metalli Il creep è la deformazione progressiva a sforzo costante Importante per applicazioni ad alta temperatura Creep primario: velocità di creep diminuisce col tempo per incrudimento. Creep secondario : velocità di creep costante per processi simultanei di incrudimento e di recovery Creep terziario: velocità di creep aumenta con il tempo portando a strizione e rottura

Prova di creep La prova di creep determina l’effetto della temperatura e dello sforzo sulla velocità di creep I metalli sono testati a sforzi costante a differente temperatura e temperatura costante con sforzo differente Alta temperatura o stress Media temperatura o stress Resistenza al creep: stress per produrre una velocità minima di creep di 10-5%/h ad una determinata temperatura Bassa temperatura o stress

Prova di creep a rottura La prova di creep a rottura è come la prova di creep, ma finalizzata alla rottura del provino Diagrammato come log sforzo vs log tempo di rottura Il tempo per la rottura diminuisce con l’aumento di sforzo e temperatura 7-21

Parametro di Larsen Miller Il parametro di Larsen Miller è utilizzato per rappresentare i dati creep-rottura sotto sforzo P(Larsen-Miller) = T[log tr + C] T = temperatura (K), tr = tempo a rottura in h C = costante (ordine di 20) Se sono note due variabili tra tempo a rottura, temperatura e sforzo, il terzo parametro che si adatta al parametro L.M. può essere determinato Se è nota la temperatura, può essere determinato il tempo a rottura

Parametro di Larsen Miller A un dato livello di sforzo, il log tempo per la rottura più la costante moltiplicata per la temperatura rimane costante per un determinato materiale 7-23

Diagramma L.M. per alcune leghe 7-24

Caso di Studio – Analisi di un Asse di Ventola Fallito Requisiti: funzione – supporto di comando ventola; materiale acciaio 1045 trafilato a freddo; resistenza di snervamento – 586 MPa; Aspettativa di vita – 6440 Km (fallito a 3600 km). Esame visivo (evita altri danneggiamenti) La rottura è iniziata in due punti vicino al filetto caratteristiche di frattura per flessione alternata 7-25

Asse di ventola fallito – ulteriori analisi Prove a trazione hanno determinato un valore di sforzo di snervamento pari a 369 MPa (inferiore a quello specificato, pari a 586 MPa) L’esame metallografico ha rilevato una struttura a grani equiassici (la trafilatura a freddo ha allungato i grani) Conclusione: Il materiale non è trafilato a freddo – è laminato a caldo! la minore resistenza a fatica e l’insorgenza di sforzi ha causato la rottura dell’asse