LA PROVA DI TRAZIONE OBIETTIVI Fornire le conoscenze fondamentali per l'individuazione delle proprietà dei materiali metallici, al fine di consentirne la scelta ottimale in base alle caratteristiche meccaniche richieste ed alle condizioni di esercizio. Le conoscenze acquisite trovano applicazione nella scelta dei materiale più adatti ai diversi impieghi.

ACCIAIO: lega costituita fondamentalmente da ferro e carbonio, nella quale la percentuale di questo secondo elemento è inferiore al 2.06%. PROPRIETÀ CARTA D’IDENTITÀ elevata resistenza a trazione elevata resistenza compressione buona resistenza discreta colabilità ottima lavorabilità ottima saldabilità Massa volumica: 7870 kg/mc Punto di fusione: 1300 ÷ 1500 °C Resistenza a trazione: 400 ÷ 800 N/mm² Resistenza a compressione: 200 ÷ 3500 N/mm² Durezza Brinnel: 250 ÷ 270 HSB Colore: grigio chiaro Per acciaio s’intende una lega costituita fondamentalmente da ferro e carbonio, nella quale la percentuale di questo secondo elemento è inferiore al 2.06% il termine ferro sarebbe riservato al solo metallo puro, ma poiché nel procedimento di estrazione dai minerali, si usa il carbone, che non è mai completamente eliminabile, ne consegue che tutti i ferri commerciali sono per definizione acciai. Esistono molti tipi di acciaio, ciascuno dei quali è dotato di caratteristiche specifiche a seconda delle percentuali di carbonio contenute, dalla presenza in quantità più o meno elevata di altri elementi o impurità e dei trattamenti termici ai quali è stato sottoposto. In linea generale, però, si può dire che tutti i tipi di acciaio presentano, anche se in misura diversa le seguenti proprietà: • elevata resistenza a trazione • elevata resistenza compressione • buona resistenza • discreta colabilità • ottima lavorabilità • ottima saldabilità

CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI (UNI 100027/1) semplici speciali bassolegati Acciai semplici: contengono unicamente ferro e carbonio, oltre a modeste percentuali di impurità. La tecnica siderurgica è ormai in grado di produrre un numero straordinariamente alto grande di tipi di acciaio, adatti per ogni specifica lavorazione e diversi fra loro per gli elementi che ne compongono la lega e per i processi di lavorazione e di trattamento subiti. Ciò rende particolarmente importante disporre di criteri di classificazione che consentano di individuare in modo univoco ogni tipo di accaio. La designazione convenzionale vigente è contenuta nella norma UNI EN 100027/1, che individua gli acciai mediante simboli letterali e numerici che esprimono le loro caratteristiche fisiche, chimiche e tecnologiche. Gli acciai semplici vengono indicati con il simbolo del metallo base (Fe), seguito dal valore minimo garantito dal carico di rottura a trazione, espresso in N/mm². Il loro impiego è destinato alla costruzione di opere di carpenteria metallica, tondini per cemento armato, organi metallici poco sollecitati. Ad esempio, la designazione Fe 410 indica un acciaio semplice con carico di rottura non minore di 410 N/mm². Gli acciai speciali vengono designati da una lettera, dove prevista dalla norma, o da uno o più simboli di elementi, seguiti da una cifra che indica il tenore di carbonio in percentuale moltiplicato per 100 e dai simboli chimici degli elementi di lega che caratterizzano l’acciaio, a loro volta seguiti da cifre indicanti il tenore di carbonio in % dei principali elementi di lega. Gli elementi presenti nella lega con basse percentuali vengono indicati con il simbolo chimico, senza riportare la loro percentuale. (Es. acciaio inossidabile X 10 Cr Ni 18 8, la cui lega contiene lo 0,1% di Ca il 18% di Cr e l’8% di Ni). Acciai speciali: oltre al ferro e al carbonio contengono altri elementi alliganti, anche in percentuale elevate, (acciai inossidabili). Acciai bassolegati: contengono vari elementi di lega, in percentuale inferiore al 5%.

PROVE SUI MATERIALI Provetta o Provino Vengono eseguite, in laboratori appositamente attrezzati, al fine di conoscere le proprietà dei materiali e poterle quantificare esprimendole attraverso valori caratteristici. Provetta o Provino Pezzo sottoposto a prova solitamente prelevato da campioni del materiale in esame, dimensionato e sagomato rispettando precise convenzioni, in relazione al tipo di prova. Per conoscere le proprietà dei vari metalli e poterle quantificare esprimendole attraverso valori caratteristici, occorre eseguire sui materiali prove specifiche, in laboratori appositamente attrezzati. il pezzo da sottoporre a prova di solito viene prelevato da campioni del materiale in esame e deve essere dimensionato e sagomato rispettando precise convenzioni, in relazione al tipo di prova. Il pezzo così ottenuto viene chiamato comunemente provetta o provino.

UNIFICAZIONE DELE PROVE Le prove sui materiali devono essere eseguite secondo metodi di e procedimenti che ne garantiscano i caratteri di: ATTENDIBILITÀ CONFRONTABILITÀ RIPETIBILITÀ Il rispetto di tali norme garantisce la validità della prova e dei suoi risultati e ne facilita la comunicazione. Le prove sui materiali devono essere eseguite secondo metodi e procedimenti che ne garantiscano i caratteri di attendibilità, confrontabilità, e ripetibilità. Per questo motivo sono state decise norme precise sul loro svolgimento. Tali norme riguardano l’ambiente in cui vengono eseguite, le apparecchiature da usare, i procedimenti di esecuzione delle prove, le dimensioni e le modalità di realizzazione delle provette. Il rispetto di queste norme garantisce la validità della prova e dei suoi risultati e ne facilita la comunicazione. Linearità delle prove: per confrontare correttamente una proprietà di due materiali diversi bisogna che tale proprietà sia espressa con la stessa unità di misura.

PROVE MECCANICHE DISTRUTTIVE NON DISTRUTTIVE Resistenza a: trazione compressione flessione resilienza NON DISTRUTTIVE Durezza Quelle effettuate mediante: controlli radiografici ultrasuoni correnti indotte liquidi penetranti

PROVA DI TRAZIONE valutare il comportamento del materiale soggetto a sforzo monoassiale di trazione SCOPO UNI EN 10002-1 (1992) UNI EN 10002-2 (1993) UNI EN 10002-3 (1996) UNI EN 10002-4 (1996) UNI EN 10002-5 (1993) NORME Ampiamente standardizzata. UNI EN 10002-1:1992 Materiali metallici. Prova di trazione. Metodo di prova (a temperatura ambiente). UNI EN 10002-2:1993 Materiali metallici. Prova di trazione. Verifica del sistema per misurazioni del carico della macchina per prove di trazione. UNI EN 10002-3:1996 Materiali metallici. Prova di trazione. Taratura degli strumenti di misurazione della forza utilizzati per la verifica delle macchine di prova uniassiale. UNI EN 10002- 4:1996 Materiali metallici. Prova di trazione. Verifica degli estensimetri utilizzati nelle prove uniassiali. UNI EN 10002-5:1993 Materiali metallici. Prova di trazione. Metodo di prova a temperatura elevata. Carico al limite dell’ elasticità Carico di snervamento Carico di rottura Allungamento totale PARAMETRI FORNITI

PROVA DI TRAZIONE Consiste nel sottoporre la provetta ad una forza da applicare gradualmente, agente nella direzione del suo asse geometrico, fino a provocarne la rottura. La prova si effettua sulla macchina universale e dura mediamente da due a cinque minuti. La prova misura il valore della resistenza meccanica del materiale alla trazione, ossia il carico unitario che determina la rottura di una provetta del materiale in esame.

RESISTENZA A TRAZIONE E COMPRESSIONE Calcestruzzo si rompe per un piccolo sforzo di trazione Così, mentre il cls offre una elevata resistenza alla compressione e pochissima alla trazione, i metalli in genere, resistono ugualmente bene alle due sollecitazioni. Metallo mantiene la stessa resistenza

Lt

PROVE DI RESISTENZA A TRAZIONE (UNI 10002) manometro rullo per il grafico barra mobile quadro di comando E’ la prova più importante poiché l’acciaio è spesso impiegato a resistere a sforzi di trazione nelle strutture. La prova viene effettuata su un campione detto provetta, della forma indicata dalle norme UNI 557. La provetta viene inserita in una macchina di adeguata potenza e sottoposta a trazione fino a rottura, applicando un carico crescente in ragione di circa un kg/mm². La macchina dispone anche di un meccanismo automatico che riporta su un grafico il diagramma sforzi- deformazioni. provetta basamento Macchina universale per la prova di trazione oleodinamica con strumentazione analogica motore

LA MACCHINA DI PROVA: Serraggio del provino Elementi per il fissaggio del provino alla macchina. La geometria ti tali elementi garantisce l’assialità del carico sul provino. Fig.: la provetta è fissata tra le due ganasce della macchina, la ganascia superiore si allontanerà fino a provocare la rottura della provetta; a lato della provetta si possono notare gli estensimetri elettronici che consentono di misurare l’allungamento della provetta al variare del carico. Collocazione del provino sulla macchina.

PROVA DI RESISTENZA A TRAZIONE (UNI 10002) ganasce della macchina di trazione provetta al momento del collasso Provetta d’acciaio al momento della rottura

PROVE DI RESISTENZA A TRAZIONE (UNI 10002) CARICHI Fase di elasticità e proporzionalità Fase di elasticità Fase elasto-plastica Fase plastica Fase di rottura 1 2 3 4 5 Fm Fu E F Fss C Fsi Fle D Snervamento B Flp Flp = carico al lmite di proporzionalità Fle = carico limite elastico Fss = carico di snervamento superiore Fsi = carico di snervamento inferiore Fm = carico massimo o carico di rottura Fu = carico ultimo Elasticità Proporzionale Elasto-plasticità Diagramma SFORZI-deformazioni Il diagramma è tipico dell’acciaio e dei materiali metallici in genere, e va analizzato attentamente poiché fornisce una serie di dati estremamente importanti sul comportamento del materiale. Le fasi che si identificano in questa prova sono: Fase elastica A-B: il materiale si comporta rispettando la legge di proporzionalità diretta fra i carichi e gli allungamenti (Legge di Hooke: stabilisce che entro i limiti di elasticità, le deformazioni di un corpo sono direttamente proporzionali alle forze agenti); le deformazioni prodotte dai carichi applicati sono reversibili, nel senso che il materiale riprende le dimensioni iniziali al cessare del carico applicato; Fase elasto-plastica B-C-D: quando il carico applicato supera un determinato valore, nelle provette cominciano a verificarsi deformazioni permanenti che c rescono rapidamente; queste deformazioni sono irreversibili, nel senso che sono seguite da un cedimento improvviso del materiale, detto snervamento (C-D); Fase plastica D-E-F: è l’ultima fase, nella quale la deformazione comincia rapidamente a crescere con l’aumentare del carico, fino a provocare la rottura della provetta; in questa fase si stabiliscono il carico di rottura (E) e l’allungamento percentuale. Plasticità Elasticità Rottura A ALLUNGAMENTI Diagramma carichi-allungamenti

SFORZI E DEFORMAZIONI Sforzo s Deformazione e Si utilizzano i carichi unitari R [N/mm2] e gli allungamenti unitari  [adimensionale], dove: L’utilità principale dei concetti di sforzo s e deformazione e consiste nella capacità di descrivere i risultati di una prova di trazione semplice in modo indipendente dalla geometria della barretta, ma dipendente solo dal materiale di cui essa è costituita. Infatti quando si fa una prova di trazione semplice, si possono misurare la forza F = N e l’allungamento Dl. Riportando sulle ordinate di un grafico cartesiano i valori del carico applicato N dalla macchina di prova durante la misura e sulle ascisse quelli del corrispondente allungamento Dl si ottiene il diagramma della prova di trazione. Per svincolarsi dalle dimensioni della provetta si utilizzano i carichi unitari R [N/mm2] e gli allungamenti unitari  [adimensionale], dove: dove So [mm2] è l’area della sezione iniziale della provetta (sezione perpendicolare all’asse) Come scrittura scientifica R   (sigma).

Diagramma carichi-allungamenti di materiali diversi