Spiegazione dettagliata del limite di snervamento dei materiali

1. Resistenza allo snervamento

La resistenza allo snervamento è il limite di snervamento di materiali metallici quando si verifica lo snervamento, che è anche la sollecitazione che resiste alla microdeformazione plastica.

Per i materiali metallici senza snervamento evidente, il valore della sollecitazione che produce una deformazione residua di 0,2% è specificato come limite di snervamento, chiamato limite di snervamento condizionale o resistenza allo snervamento.

Una forza esterna superiore al limite di snervamento provoca il cedimento permanente del componente e non può essere riparata.

Ad esempio, il limite di snervamento dell'acciaio a basso tenore di carbonio è di 207MPa. Se sottoposto a una forza esterna che supera questo limite, il componente subisce una deformazione permanente.

Tuttavia, se la forza esterna è inferiore a questo limite, il componente torna alla sua forma originale.

• Per i materiali che presentano un chiaro fenomeno di snervamento, la resistenza allo snervamento è definita come la sollecitazione al punto di snervamento o valore di snervamento.
• Per i materiali che non presentano un chiaro fenomeno di snervamento, il carico di snervamento è determinato come la sollecitazione alla quale la deviazione limite della relazione lineare tra sollecitazione e deformazione raggiunge un valore specifico, in genere 0,2% della lunghezza del calibro originale.

Il limite di snervamento è un indice di valutazione comunemente utilizzato per le proprietà meccaniche dei materiali solidi e rappresenta l'effettivo limite di servizio del materiale. Quando la sollecitazione di un materiale supera il suo limite di snervamento, si verifica il distacco e il materiale subisce una rapida deformazione che lo danneggia e lo rende inutilizzabile.

Quando le sollecitazioni su un materiale superano il limite elastico ed entrano nella fase di snervamento, la velocità di deformazione aumenta. In questa fase, il materiale subisce una deformazione sia elastica che plastica. Nel punto in cui la deformazione plastica aumenta bruscamente, la sollecitazione e la deformazione fluttuano leggermente, dando luogo allo snervamento. Le sollecitazioni massime e minime in questa fase sono denominate rispettivamente punto di snervamento superiore e punto di snervamento inferiore.

Poiché il valore del punto di snervamento inferiore è relativamente stabile, è considerato un indicatore affidabile della resistenza del materiale e viene comunemente indicato come punto di snervamento o resistenza allo snervamento (ReL o Rp0,2).

Alcuni acciai, come acciaio ad alto tenore di carbonionon presentano un chiaro fenomeno di snervamento. In questi casi, il limite di snervamento è definito come la tensione alla quale si verifica una leggera deformazione plastica (0,2%) ed è noto come limite di snervamento condizionato.

Quando una forza viene applicata a un materiale, questo subisce una deformazione. Questa deformazione può essere suddivisa in due tipi: la deformazione elastica, in cui il materiale ritorna alla sua forma originale quando la forza esterna viene rimossa, e la deformazione plastica, in cui la forma del materiale cambia in modo permanente, con conseguente allungamento o accorciamento.

Il limite di snervamento dell'acciaio da costruzione viene utilizzato come base per determinare le sollecitazioni di progetto. Il limite di snervamento, comunemente simboleggiato da σs, è il valore critico di sollecitazione al quale il materiale cede.

• Per i materiali che presentano un chiaro fenomeno di snervamento, la resistenza allo snervamento è definita come la sollecitazione al punto di snervamento o valore di snervamento.
• Per i materiali senza un chiaro fenomeno di snervamento, la resistenza allo snervamento è determinata come la sollecitazione alla quale la deviazione limite della relazione lineare tra sollecitazione e deformazione raggiunge un valore specifico, in genere 0,2% di allungamento del materiale.

Il limite di snervamento è comunemente utilizzato come indice di valutazione delle proprietà meccaniche dei materiali solidi e rappresenta l'effettivo limite di servizio del materiale. Quando la sollecitazione su un materiale supera il suo limite di snervamento, si verifica una deformazione plastica e la deformazione aumenta, rendendo il materiale non valido e inutilizzabile.

2. Tipo

1. Rendimento della fessurazione: fenomeno della fessurazione e sbiancamento da stress.

2. Snervamento da taglio.

Determinazione del carico di snervamento

Per i materiali metallici senza un chiaro fenomeno di snervamento, viene misurata la resistenza all'allungamento non proporzionale specificata o la tensione di allungamento residua specificata. Per i materiali metallici che presentano un chiaro fenomeno di snervamento, è possibile misurare la resistenza allo snervamento, la resistenza allo snervamento superiore e la resistenza allo snervamento inferiore.

In genere, si misura solo la resistenza allo snervamento inferiore. Esistono due metodi comuni per determinare la resistenza allo snervamento superiore e inferiore: il metodo grafico e il metodo a lancetta.

Metodo grafico

Durante la prova, si utilizza un dispositivo di registrazione automatica per tracciare il diagramma forza-spostamento. La sollecitazione, rappresentata dal rapporto forza-asse per millimetro, deve essere generalmente inferiore a 10 N/mm^2 e la curva deve estendersi al minimo fino alla fine dello stadio di snervamento.

Per determinare la resistenza allo snervamento, la resistenza allo snervamento superiore e la resistenza allo snervamento inferiore, vengono calcolati la forza costante (Fe) in corrispondenza della piattaforma di snervamento sulla curva, la forza massima (Feh) prima del primo calo di forza durante la fase di snervamento e la forza minima (FeL) senza l'effetto istantaneo iniziale.

Il carico di snervamento può essere calcolato con la seguente formula: Re = Fe/So, dove Fe è la forza costante allo snervamento.

La resistenza allo snervamento superiore si calcola come segue: Reh = Feh/So, dove Feh è la forza massima prima del primo calo di forza durante la fase di snervamento.

Il limite inferiore di snervamento si calcola come segue: ReL = FeL/So, dove FeL è la forza minima senza l'effetto istantaneo iniziale.

Metodo del puntatore

Durante la prova, il carico di snervamento, il carico di snervamento superiore e il carico di snervamento inferiore vengono determinati misurando rispettivamente la forza costante quando la lancetta del disco di misurazione della forza smette di ruotare per la prima volta, la forza massima prima che la lancetta ruoti per la prima volta e la forza minima che non raggiunge l'effetto istantaneo iniziale.

3. Norme

Esistono tre standard di rendimento comunemente utilizzati nell'ingegneria delle costruzioni:

• Curva di sollecitazione-deformazione limite proporzionale: La sollecitazione più alta sulla curva che è conforme alla relazione lineare è comunemente espressa come σp a livello internazionale. Quando la sollecitazione supera σp, si ritiene che il materiale inizi a cedere.
• Limite elastico: il limite elastico viene determinato scaricando il campione dopo il carico e misurando la sollecitazione massima che il materiale può recuperare elasticamente senza alcuna deformazione permanente residua. In genere è espresso come ReL a livello internazionale. Si considera che il materiale ceda quando la sollecitazione supera il ReL.
• Deformazione residua specificata: La resistenza allo snervamento si basa su una deformazione residua specificata, come ad esempio una deformazione residua di 0,2%, che viene comunemente assunta come resistenza allo snervamento e rappresentata da Rp0,2.

4. Fattori d'influenza

Fattori interni che influenzano il rendimento resistenza dei materiali includono il legame, la struttura, la natura atomica e altro ancora. Quando si confronta il rendimento resistenza dei metalli con quello della ceramica e dei polimeri, è evidente che l'influenza del legame è fondamentale.

Dal punto di vista strutturale, esistono quattro meccanismi di rinforzo che possono influire sulla resistenza allo snervamento dei materiali metallici:

• Rafforzamento della soluzione
• Rafforzamento della deformazione
• Rafforzamento della precipitazione e della dispersione
• Rafforzamento dei confini dei grani e dei sottogradi.

Il rafforzamento per precipitazione e la raffinazione dei grani sono metodi comunemente utilizzati per aumentare la resistenza allo snervamento delle leghe industriali. Di questi meccanismi di rafforzamento, i primi tre possono migliorare la resistenza del materiale, ma anche diminuirne la plasticità. L'affinamento dei grani è l'unico modo per migliorare sia la resistenza che la plasticità.

I fattori esterni che influiscono sul carico di snervamento sono la temperatura, la velocità di deformazione e lo stato di sollecitazione. Al diminuire della temperatura e all'aumentare della velocità di deformazione, aumenta il limite di snervamento dei materiali, in particolare per i metalli cubici a corpo centrato. Questi metalli sono molto sensibili alla temperatura e alla velocità di deformazione, il che porta alla rottura fragile a bassa temperatura degli acciai.

Anche l'influenza dello stato di sollecitazione è significativa, poiché il limite di snervamento è un indice importante che riflette le proprietà interne dei materiali. Tuttavia, i valori della resistenza allo snervamento possono variare con i diversi stati di sollecitazione. La resistenza allo snervamento è tipicamente riferita alla resistenza allo snervamento in tensione monoassiale.

5. Importanza del progetto

Secondo i metodi tradizionali di progettazione della resistenza, la sollecitazione ammissibile [σ] per i materiali plastici è specificata in base alla resistenza allo snervamento (σys) ed è calcolata come [σ]=σys/n, dove n è un fattore di sicurezza che può variare da 1,1 a 2 o più a seconda della situazione. Per i materiali fragili, la sollecitazione ammissibile [σ] è specificata in base alla resistenza a trazione (σb) ed è calcolata come [σ]=σb/n, dove n è generalmente 6.

È importante notare che il metodo tradizionale di progettazione della resistenza spesso privilegia un'elevata resistenza allo snervamento dei materiali, che può comportare una ridotta resistenza alla frattura fragile. Con l'aumento della resistenza allo snervamento dei materiali, questi diventano più suscettibili alla corrosione da sforzo e alla rottura fragile. infragilimento da idrogeno. Al contrario, i materiali con un basso limite di snervamento tendono ad avere una buona formabilità a freddo e una buona resistenza alla corrosione. saldabilità.

In conclusione, la resistenza allo snervamento è un indice cruciale per proprietà del materiale e fornisce una misura approssimativa di vari comportamenti meccanici e proprietà tecnologiche dei materiali in ingegneria.