L'importanza della prova di trazione

Carico di rottura

Una delle più importanti proprietà che possiamo determinare per un materiale è il suo carico di rottura (UTS, Ultimate Tensile Strength). Si tratta dello stress massimo che un campione sostiene durante il test. La UTS può essere pari o meno alla forza del campione alla rottura, in base al fatto che il materiale sia fragile, duttile o mostri proprietà di entrambi. A volte un materiale può risultare duttile quando testato in laboratorio, ma, quando messo in servizio ed esposto a condizioni di temperatura estremamente basse, può virare a un comportamento fragile.

Legge di Hooke

Per la maggior parte dei materiali la parte iniziale del test mostra una relazione lineare tra la forza applicata o il carico e l’allungamento mostrato dal campione. In questa regione lineare la linea soddisfa la relazione definita Legge di Hooke, tale per cui il rapporto tra stress e trazione è una costante. E è l’inclinazione della linea in questa regione, dove lo stress (σ) è proporzionale alla trazione (ε) ed è definito il modulo di elasticità o modulo di Young:

$$E=\frac{\sigma }{\epsilon }$$

Modulo di elasticità

Il modulo di elasticità è una misura della durezza del materiale che si applica esclusivamente nella regione lineare iniziale della curva. All’interno di questa regione lineare, il carico duttile può essere rimosso dal campione e il materiale tornerà nelle esatte condizioni in cui si trovava prima che fosse applicato il carico. Nel punto in cui la curva non è più lineare e devia dalla relazione linea-retta, la Legge di Hooke non è più applicabile e si verificano delle deformazioni permanenti nel campione. Questo punto è chiamato limite elastico o proporzionale. Da questo punto in poi nel prova di trazione il materiale reagisce in modo plastico a qualsiasi aumento di carico o stress ulteriore. Non ritornerà più alla sua condizione originale non sotto stress se il carico viene rimosso.

Resistenza allo snervamento

La resistenza allo snervamento di un materiale è definita come la sollecitazione applicata al materiale in cui inizia a verificarsi una deformazione plastica.

Metodo di deviazione

Per alcuni materiali (ad es. metalli e plastica) la deviazione dalla regione elastica lineare non può essere identificata facilmente. Pertanto è autorizzato un metodo di deviazione per determinare la resistenza allo snervamento del materiale. Questa metodologia viene applicata comunemente quando si misura la resistenza allo snervamento dei metalli. Quando si testano i metalli secondo la norma ASTM E8/E8M, una deviazione è specificata come percentuale di trazione (di solito 0,2%). La sollecitazione (R) che viene determinata dal punto di intersezione “r” quando la linea della regione elastica lineare (con pendenza uguale al modulo di elasticità) viene tracciata dalla deviazione “m” diventa il limite di snervamento da deviazione.

Moduli alternativi

Le curve duttili di alcuni materiali non hanno una regione lineare ben definita. In questi casi la norma ASTM E111 prevede metodi alternativi per determinare il modulo di un materiale, nonché il modulo di Young. Questi moduli alternativi sono il modulo secante e il modulo tangente.

Tensione

Potremo trovare anche il quantitativo di distensione o allungamento che il campione sopporta durante il  di trazione. Questo può essere espresso come una misura assoluta nel cambiamento di lunghezza o come una misura relativa definita “trazione”. La trazione stessa può essere espressa in due modi diversi, come “trazione tecnica” e “trazione vera”.

La trazione tecnica è probabilmente l’espressione più semplice e più comune della tensione utilizzata. Si tratta del rapporto tra il cambiamento in lunghezza e la lunghezza originale:

$$e=\frac{L-Lₒ}{Lₒ}=\frac{\mathrm{\Delta }L}{Lₒ}$$

La trazione vera è simile, ma si basa sulla lunghezza istantanea del campione durante l’avanzamento del test, dove L_i è la lunghezza istantanea e L₀ è la lunghezza iniziale:

$$\epsilon =In\frac{Lᵢ}{Lₒ}$$