Resistenza alla trazione

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Qualsiasi materiale per azione di una forza subisce deformazioni, che possono essere molto grandi o talmente piccole da non essere percettibili. Queste deformazioni evitano la rottura dei materiali. La sollecitazione meccanica, che tende ad allungare i corpi, cui sono sottoposte le provette in esame di materiali diversi, è eseguita con macchine, dette di trazione. Definiscono sia il carico di rottura a trazione, sia il suo diagramma, che per l’acciaio e l’alluminio presenta nella prima zona deformazioni elastiche momentanee, rapportate al carico (zona della legge di Hook). Nella seconda, esse sono indipendenti dal carico e si hanno allungamenti, permanenti, minimi del 2%, che si prolungano con alterne e più marcate deformazioni in una terza zona (carico di snervamento). Infine si ha la zona massima di deformazione permanente, con il punto di carico massimo, che è il limite della resistenza a trazione, oltre il quale si ha una riduzione della sezione del provino con carichi sempre minori (strizione), fino al punto della rottura. Nel vetro, il punto di rottura segue una fase elastica molto breve. Nella ghisa dopo una fase di deformazione elastica segue quella permanente, il cui punto massimo coincide con la rottura. Per ogni tipo di materiale, si ottiene quindi un diagramma diverso. Esso rappresenta le varie fasi di carico, che inducono deformazioni momentanee e permanenti, fino alla rottura. Il carico di rottura è sostituito con la resistenza alla fatica, quando i carichi non sono statici. Conosciuto il carico di rottura, si applica quello di sicurezza. Esso varia per ogni materiale e non è il valore del carico massimo, ma quello inferiore, lontano dal carico di rottura per garantire stabilità rispetto agli imprevisti: difetti, imprecisioni di calcoli, carichi superiori al previsto, ecc.

Questo mio diagramma dà un’idea approssimativa delle zone di trazione nell’acciaio e alluminio

Le prove di trazione di materiali diversi, danno risultati molto differenti. Si dicono rigidi quei materiali come l’acciaio, l’alluminio, il vetro, che si allungano poco durante la trazione. R. Hook definì la legge di proporzionalità tra l’allungamento dei materiali e l’intensità della forza di trazione, che è valida fin quando la forza non supera il valore del carico di snervamento. Per questa legge l’allungamento di un materiale è proporzionale al carico applicato e non si può superare il limite di elasticità di un materiale, senza provocarne deformazioni plastiche permanenti. L’elasticità di un materiale, sottoposto a prova di trazione, è caratterizzato dal seguente modulo di elasticità uniassiale e longitudinale o modulo di Young (grandezza caratteristica di un materiale), indicato con la lettera “E”, che è un coefficiente di proporzionalità ed esprime il rapporto tra tensione e deformazione:

In esso, “ σ ” rappresenta il rapporto tra la forza applicata e l’area di applicazione, misurata in Pascal (unità di misura della pressione, equivalente a un newton su metro quadrato) e “ε” la variazione di lunghezza (deformazione unitaria), rapportata a quella originale di un materiale. Infatti, se si applica la stessa forza a due provini di lunghezza diversa, ma dello stesso materiale, l’allungamento assoluto (∆l) è maggiore nel provino più lungo, ma quello relativo (ε), rapportato alla lunghezza iniziale, è lo stesso. Hook erroneamente aveva considerato la deformazione assoluta (∆l), non quella relativa (ε) e Augustin Cauchy (1789-1857) dimostrò che la deformazione relativa (ε) era funzione dello sforzo σ = F/S invece che della forza (F).