Prova di trazione a temperatura ambiente

LA PROVA DI TRAZIONE

Perché viene eseguita la prova di trazione?

La prova di trazione rappresenta di gran lunga la prova più conosciuta e significativa per avere informazioni sulle caratteristiche meccaniche principali di un materiale. 
In seguito ci si riferirà a prove di trazione condotte a temperatura ambiente. È bene specificare questo aspetto, in quanto il materiale modifica il suo comportamento in funzione della temperatura, portando a diverse curve caratteristiche e variabili in base alla temperatura selezionata per la prova.
In particolare la resistenza del materiale può essere stimata dal carico di rottura e, soprattutto, dallo snervamento; mentre l’allungamento e la strizione, in campo plastico, sono indici di tenacità. 

Cos’è e in cosa consiste la prova di trazione?

La prova consiste nell’applicazione di un carico monoassiale crescente ad una provetta di geometria e dimensioni note, fino a cedimento della stessa provetta. 
Le dimensioni e la geometria delle provette, dette anche provini o campioni di prova, variano in funzione del materiale, secondo la normativa utilizzata. La provetta di trazione è concepita in modo da avere una porzione, tratto utile Lc , entro cui la rottura della provetta deve avvenire affinché possa essere ritenuta valida la prova stessa.
I valori misurati durante la prova di trazione sono il carico (dalla cella di carico) e la deformazione (dall’estensimetro) o la corsa della traversa. Essi vengono registrati e diagrammati istante per istante, ottenendo così il diagramma di prova (diagramma carico - deformazione o carico - corsa).
Generalmente i diagrammi di prova si distinguono in base al comportamento duttile o fragile del materiale. 

Come si comporta un materiale metallico soggetto a trazione?

La curva di trazione carico - deformazione di un materiale metallico, a comportamento duttile, presenta tre tatti significativi:

• Un tratto elastico, delimitato da Fe, nel quale la deformazione (elastica) è legata allo stiramento dei legami interatomici che cessa al cessare del carico applicato. All’interno di questo tratto vi è un periodo in cui carico e allungamento sono direttamente proporzionali (delimitato da Fp).


• Un tratto plastico senza strizione (tra il carico Fe e il carico Fm)


• Un tratto plastico con strizione, se viene superato il punto di massimo della curva Fm.

La deformazione plastica è permanente, ossia permane anche se il carico viene tolto. È legata allo spostamento tra piani atomici nel reticolo cristallino del materiale, a sua volta dovuto dal movimento delle dislocazioni causato dal carico applicato più elevato rispetto a quello in campo elastico. 
Si rimanda ad un successivo approfondimento il dettaglio di ciascuno dei tratti appena visti.
Nel tratto plastico senza strizione, in base al tipo di materiale testato, può esserci un passaggio graduale tra il tratto elastico e quello plastico (Fig. A), oppure si può notare la presenza di uno o più punti singolari (Fig. B).
Nel caso di figura A, il passaggio dal campo elastico al campo plastico viene definito per convenzione, mediante un carico di snervamento (Fp0,2) al quale corrisponde un allungamento permanente (plastico) pari a 0,2% della lunghezza della base dell’estensimetro Le.

Se dopo l’applicazione del carico Fp0,2, il carico cessa, il campione presenterà, all’interno del tratto Le, una deformazione residua permanente pari a 0,2% Le. Nel tratto plastico senza strizione è la deformazione è distribuita uniformemente su tutto il tratto.

Dalla curva di prova del materiale nel tratto plastico senza strizione, si possono ricavare le informazioni relative alla resistenza del materiale, ossia la resistenza del materiale allo snervamento (alla deformazione plastica) indicato come carico unitario di snervamento: rapporto tra il carico di snervamento e sezione iniziale della provetta e il carico unitario di rottura inteso rapporto tra Fm, cioè il punto di massimo della curva, e la sezione iniziale della provetta.
Nel tratto plastico con strizione la provetta sottoposta a trazione, raggiunto il carico massimo, inizia a deformarsi maggiormente in una sezione preferenziale (sezione di strizione) fino a rottura della provetta stessa in quel punto.
Il fenomeno di strizione si verifica a causa della presenza di impurezze all’interno della provetta, ad esempio inclusioni non metalliche, che hanno una natura diversa e, quindi, una deformabilità diversa (tipicamente fragili e indeformabili) rispetto a quella del materiale metallico base. In questo tratto è possibile ricavare indici di duttilità del materiale intesi come allungamento percentuale a rottura e la strizione a rottura.

Quali sono le informazioni principali che si possono ricavare dalla prova di trazione?

Schematizzando brevemente, i principali valori ricavabili dalla prova di trazione sono i seguenti.
Valori caratterizzanti la resistenza del materiale:

• Carico unitario di rottura R_m=F_m/S_0  


• Carico unitario di snervamento R_p0,2=F_p0,2/S_0 

L’allungamento percentuale a rottura e la strizione a rottura possono invece essere indici della duttilità del materiale e si esprimono come segue:

• Allungamento percentuale a rottura A=(L_f-L_0)/L_0 ⋅100


• Strizione percentuale Z=(S_0-S_f)/S_0 ⋅100