Le proprietà meccaniche dei materiali metallici si riferiscono alle varie proprietà esibite sotto l'azione di forze esterne, che determinano l'idoneità e la durabilità dei materiali in diversi ambienti. Di seguito sono riportati i principali indicatori delle proprietà meccaniche dei materiali metallici:
1. Resistenza e limite di snervamento
La resistenza è la capacità di un materiale metallico di resistere all'azione di una forza esterna (carico) ed evitare un'eccessiva deformazione plastica o frattura. È l'indicatore più basilare e uno dei più importanti delle proprietà meccaniche dei materiali metallici. La resistenza può essere suddivisa in vari tipi, tra cui resistenza alla trazione, resistenza alla compressione, resistenza alla flessione e resistenza al taglio, tra le quali la resistenza alla trazione è quella più comunemente utilizzata.
- Resistenza alla trazione (σb o Rm): si riferisce al valore massimo di sollecitazione che un materiale può sopportare durante la tensione, ovvero la sollecitazione massima che può essere raggiunta prima del distacco. Riflette la capacità del materiale di resistere alla frattura, simboleggiata come Rm o σb, e l'unità è MPa (megapascal). La resistenza alla trazione è un parametro importante per valutare la tenacità e la capacità di deformazione plastica di un materiale.
- Carico di snervamento (σs o ReL, Rp0.2): si riferisce al materiale nel processo di trazione, quando lo stress raggiunge un certo valore critico, anche se lo stress non viene più aumentato, il materiale continuerà a subire una significativa deformazione plastica del valore di stress. Per i materiali con evidente fenomeno di snervamento, il carico di snervamento è il punto di snervamento dello stress; per i materiali senza evidenti fenomeni di snervamento, di solito è previsto che si produca una deformazione residua dello 0,2% del valore di sollecitazione come limite di snervamento, noto come condizione di resistenza allo snervamento. La resistenza allo snervamento è l'inizio della deformazione plastica del materiale è un simbolo importante, ma anche la progettazione strutturale degli indicatori di resistenza comunemente usati.
2. plasticità e allungamento
La plasticità si riferisce alla capacità di un materiale metallico di produrre una significativa deformazione plastica senza fratture quando sottoposto a forze esterne. Un materiale con buona plasticità può assorbire una grande quantità di energia attraverso la deformazione plastica, migliorando così la sua capacità di resistere agli urti e alla fatica.
- Allungamento (δ): la percentuale dell'allungamento totale di un materiale dopo la rottura per trazione rispetto alla lunghezza marcata originale. È un indicatore importante della plasticità di un materiale. In ingegneria solitamente δ Maggiore o uguale al 5% del materiale è chiamato materie plastiche, come acciaio dolce, alluminio, rame, ecc.; e δ inferiore o uguale al 5% del materiale è chiamato materiali fragili, come ghisa, vetro, ceramica, ecc..
- Ritiro della sezione (ψ): si riferisce alla percentuale dell'area ridotta massima della sezione rispetto all'area di frattura originale del materiale dopo la frattura per trazione. È anche un indice importante per misurare la plasticità del materiale. Insieme all'allungamento, può valutare in modo completo la capacità di deformazione plastica del materiale.
3. Durezza
La durezza è la capacità di un materiale di resistere ad altri oggetti più duri premuti sulla sua superficie. È un indicatore del grado di durezza e morbidezza del materiale ed è anche un parametro importante che riflette la resistenza all'usura e le prestazioni di taglio del materiale.
- Durezza Brinell (HBS, HBW) e durezza Rockwell (HRA, HRB, HRC): sono due metodi di prova della durezza comunemente utilizzati. La durezza Brinell è applicabile ai materiali più morbidi, mentre la durezza Rockwell è applicabile ai materiali più duri. La prova di durezza può essere utilizzata non solo per valutare le proprietà meccaniche del materiale, ma anche per verificare la qualità dello strato superficiale del materiale, come la decarburazione e la carburazione.
4. Resistenza all'impatto
La resilienza è la capacità di un materiale di resistere ai carichi d'urto. È un indicatore importante della resistenza alla frattura dei materiali sottoposti a carico dinamico.
- Valore di resilienza all'impatto (Ak): solitamente in joule/centimetro quadrato (J/cm²) come unità, che indica la capacità del materiale di assorbire energia sotto l'azione del carico d'impatto. Un materiale con buona resilienza all'impatto ha un'elevata resistenza alla frattura da impatto ed è adatto per applicazioni in cui è necessario applicare carichi d'impatto.
5. Modulo di elasticità
Il modulo di elasticità è il rapporto tra sollecitazione e deformazione durante la fase di deformazione elastica di un materiale. È una misura importante della rigidità di un materiale.
- Modulo di elasticità (E): solitamente espresso in Pascal (Pa) o Gigapascal (GPa). Per i materiali metallici comuni, come l'acciaio, il modulo di elasticità è tipicamente compreso tra 200 e 210 GPa. I materiali con un elevato modulo di elasticità presentano anche un'elevata rigidità e un'elevata resistenza alla deformazione elastica.
6. Resistenza alla frattura
La resistenza alla frattura è la capacità di un materiale di resistere all'estensione della fessura quando contiene crepe. È un indicatore importante della resistenza di un materiale alla frattura fragile.
- Tenacità alla frattura (KIC): indica il fattore di intensità di sollecitazione del materiale in condizioni di deformazione piana, quando la fessura inizia ad espandersi. I materiali con elevata tenacità alla frattura hanno anche una forte resistenza alla frattura fragile e sono adatti per applicazioni che richiedono stress elevati o ambienti a bassa temperatura.
7. Resistenza alla fatica
La resistenza alla fatica è la capacità di un materiale di resistere ai danni da fatica sotto carichi alternati. È un indicatore importante della durata-di servizio a lungo termine di un materiale.
- Limite di fatica (σ-1): indica il valore massimo di sollecitazione di un materiale sottoposto a infiniti tempi di carico alternato senza danni da fatica. I materiali con elevata resistenza alla fatica hanno anche una lunga durata di servizio a lungo termine e sono adatti per le occasioni in cui devono resistere a carichi alternati.
Gli indicatori delle proprietà meccaniche dei materiali metallici comprendono resistenza, plasticità, durezza, resilienza agli urti, modulo di elasticità, tenacità alla frattura e resistenza alla fatica. Questi indicatori insieme determinano l'applicabilità e la durabilità dei materiali metallici in diversi ambienti. Nelle applicazioni pratiche, è necessario selezionare i materiali metallici appropriati in base alle specifiche esigenze di utilizzo, al fine di ottenere la migliore qualità del prodotto ed effetto di utilizzo.
