La resilienza La resilienza è la capacità di un materiale di resistere a sollecitazioni impulsive (urti). Può anche definirsi come l'energia per unità di superficie assorbita da un materiale portato a rottura in maniera fragile. La rottura della Liberty ship, in servizio durante la seconda guerra mondiale Le cause del disastro sono da ricercarsi in un iniziale difetto costruttivo tra le parti saldate e sottoposte a temperature al di sotto dello zero.

La resilienza Le rotture possono avvenire per carichi inferiori al limite elastico. Ciò avviene in condizioni particolari, in corrispondenza delle quali il metallo mostra un comportamento fragile. I fattori principali che contribuiscono alla rottura fragile nei metalli sono: • Bassa temperatura. • Alta velocità di deformazione tipica degli urti. La saldatura è un punto di debolezza della struttura: tensioni residue, effetto d’intaglio. Le strutture saldate non sono state abbandonate; si sono sviluppate tecniche di saldatura e di progettazione atte a garantirne l’affidabilità.

La prova Charpy La prova di resilienza è quindi utilizzata per determinare le caratteristiche di fragilità e/o duttilità di un materiale e viene eseguita con il pendolo di Charpy. La prova Charpy consiste nel rompere con un colpo di pendolo un provino intagliato. Tale provino viene colpito al centro, dopo essere stato opportunamente posizionato su due appoggi. Dal risultato della prova si ottiene l’energia W assorbita durante il colpo del maglio. La resilienza è pari all’energia assorbita per unità di superficie (espressa in J/cm2). I fattori caratterizzanti questa prova sono : - la provetta ha forma unificata - la prova può essere fatta a bassa temperatura - il carico viene applicato dinamicamente con massa battente sagomata a coltello

La prova Charpy I risultati che si ottengono dalla prova non sono grandezze intrinseche del materiale, non sono quindi utilizzabili nella progettazione in quanto fortemente dipendenti dalle modalità prova, dalla grandezza che si misura ecc. Le dimensioni standard del provino sono 10x10x55 mm con intaglio a V con angolo di 45°profondo 2 mm

La prova Charpy La massa battente viene posta ad un'altezza H da cui cade rompendo la provetta e risalendo dalla parte opposta ad un'altezza minore di h. Se la massa ha un peso P la differenza L = P(H-h) rappresenta l'energia assorbita dalla provetta ed esprime il valore della resilienza.

La curva di transizione duttile-fragile La prova di Charpy permette di mettere in evidenza in laboratorio la transizione duttile-fragile nel comportamento dei materiali, nello stesso intervallo di temperatura spesso riscontrabile nelle strutture in esercizio All'abbassarsi della temperatura di prova si può individuare il campo entro cui un materiale ( acciaio) passa da una frattura duttile ad una fragile. In tal modo si può individuare la minima temperatura alla quale un acciaio può essere utilizzato restando duttile. Tale temperatura viene chiamata Temperatura di transizione. Curva di transizione duttile-fragile. Ductile to brittle transition temperature curve (DBTT curve).

La curva di transizione duttile-fragile La temperatura (o intervallo) di transizione è il valore al di sotto del quale è certamente pericoloso utilizzare il materiale. frattura duttile Zona di transizione frattura fragile Aspetto delle fratture riscontrabili in condizioni di fragilità, duttilità e di transizione fragile-duttile.

Fattori che influiscono sulla curva di transizione Vi sono diversi fattori che influiscono sulla curva di transizione duttile-fragile. Fra questi, i principali sono: 1) la struttura cristallina; 2) Il tenore di carbonio; 3) eventuali trattamenti termici (tempra, rinvenimento, etc..); 4) dimensioni del provino; 5) forma e dimensioni dell’intaglio.

Fattori che influiscono sulla curva di transizione Effetti della struttura cristallina del materiale sulla curva di transizione. Gli acciai a basso tenore di carbonio risentono in maniera evidente della temperatura, mentre i materiali ad alta resistenza o i metalli come il rame o il nichel sono praticamente indifferenti alla temperatura di esecuzione della prova

Fattori che influiscono sulla curva di transizione Effetti della percentuale tenore di carbonio e/o di manganese contenuto nell’acciao utilizzato durante la prova. L’intervallo di transizione aumenta con l’aumentare del tenore di carbonio e/o di manganese.

Fattori che influiscono sulla curva di transizione Effetti dei trattamenti termici sulla grana del materiale e sulla curva di transizione. Le dimensioni della grana hanno un forte effetto sulla curva di transizione. In particolare una diminuzione delle dimensioni sposta la curva verso sinistra consentendo temperature di esercizio più basse. Alcuni trattamenti termici come il rinvenimento, la bonifica e la ricottura, raffinano la grana e aumentano la resilienza del materiale.

Fattori che influiscono sulla curva di transizione Effetto dell’orientamento del provino in base alla direzione di laminazione del materiale. Un provino realizzato longitudinalmente alla direzione di laminazione consente a temperature superiori a 0 °C di assorbire il massimo di energia. Per contro, un provino realizzato trasversalmente alla direzione di laminazione è in grado di assorbire una quantità sensibilmente inferiore di energia. Si è osservato che l’orientamento del provino in base alla direzione di laminazione influisce sul comportamento del materiale rendendolo anisotropo.