Tenacità

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La tenacità di un materiale ne indica la capacità di assorbire energia di deformazione. È definita come l'area sottostante all'intera curva sforzo/deformazione (tratto elastico+plastico) di una prova di trazione, fino alla frattura. In questo senso è utile anche a valutare la duttilità del materiale.

Il valore è determinato dall'integrazione dell'energia di deformazione per la curva, tracciando una retta verticale dal punto finale della curva fino all'asse delle ascisse.

La scarsa tenacità di un materiale può portare ad una rottura di tipo fragile che si svolge nelle seguenti fasi:

  • Innesco di una cricca (rottura locale)
  • Propagazione della rottura (se il materiale è privo di tenacità la rottura procede rapidamente e con un minimo dispendio di energia).

La tenacità di un materiale non è una sua caratteristica intrinseca ma dipende dalle condizioni di prova (ad esempio dalla velocità di deformazione e dalla temperatura) e dai difetti presenti nel campione (ad esempio gli intagli).

Metallurgia[modifica | modifica wikitesto]

In metallurgia si incontra la definizione di tenacità statica, indice della capacità di un materiale di immagazzinare energia nel campo elasto-plastico prima di arrivare a rottura sotto l'azione di carichi statici.

La tenacità si differenzia dalla resilienza la quale è l'energia necessaria per la rottura di un materiale sottoposto a carichi impulsivi tali da non permettere la deformazione plastica, ovvero la rottura del pezzo avviene in campo elastico. Erroneamente si confonde la resilienza con l'energia assorbita nel materiale sottoposto a delle prove di carico impulsivo (prova Charpy), quando anche in queste prove vi è un parziale assorbimento di energia in campo plastico.

La tenacità è rappresentata dall'area sottostante la curva reale di trazione che rappresenta l'energia per unità di volume richiesta per deformare a trazione un campione di materiale fino a rottura (indicata con εr):

{W \over V} = \int_{0}^{\varepsilon_r} \sigma\, d\varepsilon

Essa è proporzionale al prodotto Rm An (dove Rm è il carico di rottura di un materiale e An è l'allungamento percentuale dopo rottura).

Tenacità e temperatura[modifica | modifica wikitesto]

Resilienza di diversi materiali al variare della temperatura Legenda: E: Joule T: Temperatura (°C) N: Nikel e leghe FCC A.Dur.: Acciaio duro A.dol.: Acciaio dolce A.Exdol: Acciaio extradolce

La tenacità è importante nello studio dei materiali a bassa temperatura.

In genere un materiale diventa più fragile al diminuire della temperatura, cioè l'energia necessaria a romperlo diminuisce con la temperatura.

In particolare esiste un intervallo di temperatura, detto zona di transizione, in cui si ha un abbassamento improvviso della tenacità di un materiale.

La tenacità è usata anche per stabilire l'intervallo di temperature in cui avviene il passaggio da comportamento duttile a comportamento fragile (transizione duttile-fragile)

e pertanto il valore minimo della temperatura (temperatura di 

transizione) per la quale il materiale può essere utilizzato restando duttile.

La temperatura di transizione oltre la quale la frattura da fragile diventa duttile non è una caratteristica intrinseca del materiale.

Per convenzione si definisce temperatura di transizione duttile-fragile quel valore di temperatura in corrispondenza della quale la superficie di frattura si presenta per il 50% fragile.

I metalli con reticolo cubico a corpo centrato diventano fragili alle basse temperature, mentre quelli con reticolo cubico a facce centrate rimangono duttili anche alle basse temperature.

Misura della tenacità all'intaglio (prova di resistenza all'urto)[modifica | modifica wikitesto]

Dimensioni e forma di un provino con intaglio a V.

La tenacità all'intaglio si misura sottoponendo un provino del materiale da esaminare (ad esempio un materiale metallico o un materiale plastico), la cui superficie presenta un intaglio, a prova d'urto tramite un maglio a forma di pendolo (un esempio di tale macchinario è il pendolo di Charpy), ed è ottenuta direttamente calcolando la differenza tra l'altezza iniziale (H) da cui il pendolo viene lasciato cadere e l'altezza massima h che raggiunge dopo avere rotto (in un sol colpo) il campione del materiale sottoposto a misura (rottura per urto-flessione).

Il pendolo colpisce la faccia della provetta opposta a quella contenente l'intaglio.

L'energia assorbita dalla provetta durante l'urto (misurata in joule) vale:

K=P·(H-h)

dove P è il peso del pendolo. K è proprio la tenacità all'intaglio espressa in J.

La tenacità all'intaglio può essere calcolata anche con la prova d'urto di Izod in conformità con la ASTM E-23.

La prova di tenacità di Izod, come quella con il pendolo di Charpy, viene realizzata tramite un pendolo ad impatto.

Tessile[modifica | modifica wikitesto]

In campo tessile la tenacità è la resistenza alla rottura del filato rapportata al titolo unitario. Si esprime generalmente in g/dtex. I valori di tenacità indicano il comportamento del materiale al limite estremo della sollecitazione.

Per avere informazioni sulle sollecitazioni comprese tra zero e il limite di rottura, si utilizza il diagramma della tenacità/allungamento. Il modulo elastico è il tratto iniziale della curva del diagramma tenacità/allungamento, chiamato anche Modulo di Young; questo ci fornisce il comportamento dei materiali ai carichi bassi, cioè tutti quelli che si possono verificare durante l'operazione di orditura o tessitura.

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