10 - MATERIALI PER COSTRUZIONI MECCANICHE

10 CAPITOLO DECIMO MATERIALI PER COSTRUZIONI MECCANICHE La scelta del materiale con cui un oggetto deve essere realizzato è una fase fondamentale della progettazione. Dal materiale dipendono non solo le caratteristiche di resistenza e durata del pezzo, ma anche il procedimento tecnologico per produrlo e l aspetto con cui si presenta all utilizzatore: tutti elementi che ne influenzano in ultima analisi il costo, su cui oggi influiscono anche altri parametri legati al materiale, in precedenza non rilevanti, come la possibi- La scelta dei materiali è condizionata dalla necessità di ri- spondere a molteplici esigenze: disponibilità, peso, possibilità di lavorazione, caratteristiche elettriche, magnetiche, termiche, durezza, resistenza alla corrosione, durata, ecc. In genere il termine resistenza di un materiale viene utilizzato per identificare la capacità del materiale (e quindi del pezzo che con esso è costruito) di non rompersi sotto l azione di determinate forze che lo sottopongono a sollecitazioni di trazione, di compressione, di flessione e di torsione, considerate singolarmente o combinate fra di loro, stabili nel tempo (sollecitazioni statiche) o variabili istantaneamente (urti) o ripetutamente nel tempo (sollecitazioni dinamiche, di fatica), a freddo o a caldo. Si usa spesso il termine resistenza meccanica e si fa il riferimento alla resistenza a trazione statica, poiché, sia pure approssimativamente, vi è una certa correlazione fra questo tipo di resistenza e gli altri sopra accennati. La resistenza a trazione di un materiale metallico viene verificata mediante una prova appropriata (codificata nella norma UNI EN ISO 6892-1) in cui un provino di forma e dimensioni normalizzate (fig. A) viene sottoposto a una forza agente in senso Fig. A. Tipo di provino per prova di trazione; la sezione A può anche essere rettangolare. F Fig. B. Diagrammi sforzi/deformazioni: nella curva a è chiaramente individuabile una zona di snervamento, mentre nelle curve b e c lo snervamento è definito per convezione. = F Ao c S" " E Ao lo lc max R S E S' a b F 0,2% tg = = E = l lo lità di riciclo o l eliminazione al termine del ciclo di vita. Quindi se il disegno rappresenta la forma dell oggetto, il materiale ne costituisce la sostanza, ed è perciò da esso inseparabile. assiale e ne viene registrato l allungamento al crescere della forza stessa fino alla rottura. Si avranno di conseguenza diagrammi (figura B) in cui si riportano in ordinate i valori della forza agente ed in ascisse quelli degli allungamenti conseguenti; rapportando i valori della forza alla sezione trasversale del provino e gli allungamenti alla lunghezza iniziale, si avrà un diagramma sforzi unitari / deformazioni percentuali (s / e). Si può individuare una fase di deformazione elastica, con allungamenti proporzionali linearmente alle forze e che si annullano in pratica all annullarsi delle forze stesse, una fase in cui si presenta anche una deformazione plastica permanente, e infine la rottura. Si giunge quindi a definire uno sforzo, o carico, di rottura R e uno sforzo al di sopra del quale si hanno deformazioni permanenti, individuando così il limite delle deformazioni elastiche s : quest ultimo viene in molti materiali identificato con il carico di snervamento S, con riferimento alla curva a della figura, dove è chiaramente individuabile tale caratteristica (allungamento permanente senza incremento di forza). Nei casi di materiali corrispondenti ai tipi delle curve b e c, si assume come carico di snervamento quello che causa una deformazione permanente dello 0,2%. I carichi vengono espressi in N/mm2 ma nella pratica si sentono spesso ancora riferimenti a resistenze in kgp/mm2,: tenendo conto delle varie approssimazioni esistenti nei calcoli può essere accettabile una equivalenza 1 kgp = 10 N. Il rapporto (s / e) = E = tga, valido nel tratto di deformazione elastica a pendenza costante è definito come modulo di elasticità o di Young, ed è un altro dato che spesso compare fra le caratteristiche dei materiali così come si trova indicato il valore A dell allungamento percentuale alla rottura. Nelle tabelle talvolta compaiono anche la resistenza all urto o resilienza K, espressa in J/cm2 come lavoro necessario per spezzare un provino (tanto minore quanto maggiore è la fragilità) e la durezza, valutata mediante la penetrazione di una punta nella superficie in esame e misurata con diversi sistemi (durezza Brinell, HB, Rockwell, HRC, Vickers, HV). In tabelle e cataloghi si hanno diverse simbologie per indicare le caratteristiche di resistenza ed occorre perciò una certa attenzione nell individuare i dati cercati. 441