Pendolo di Charpy
Prove di resilienza e pendolo di Charpy
I materiali (come gli acciai) che hanno una buona resilienza sono anche dotati di una buona tenacità; i materiali con scarsa resilienza (come le ghise) sono invece fragili.
La resilienza di un materiale diminuisce leggermente con il diminuire della temperatura; però, al di sotto di un certo valore noto come temperatura di transizione, la resilienza diminuisce in maniera netta e brusca.
Prova di resilienza
Il grado di resilienza di un materiale viene determinato con una prova di laboratorio che consiste nel misurare il lavoro L necessario per rompere - con un unico colpo - una provetta unificata di sezione S del materiale in esame. La resilienza K è data dal rapporto tra L ed S:
K = L / S
Siccome il lavoro L si misura in joule e la sezione S si misura in cm2, allora la resilienza K ha come unità di misura J/cm2.
Pendolo di Charpy
Il pendolo di Charpy è una macchina utilizzata per misurare la resilienza di un materiale.
Consiste in una pesante mazza vincolata ad una sua estremità. L'estremità libera della mazza viene invece portata ad una certa altezza H e viene fatta cadere per gravità. Nella sua traiettoria pendolare l'estremità libera della mazza incontra una provetta unificata, la rompe, e prosegue il suo moto risalendo ad una certa altezza h inferiore a quella iniziale (H).
Pendolo di Charpy e prove di resilienza. L'energia di cui dispone la mazza P del pendolo nell'istante in cui urta la provetta è data da P·H, dove P è il peso della mazza e del braccio che collega la mazza al perno intorno al quale questa ruota e H è la perdita di quota del baricentro della mazza (sempre compreso il braccio) dalla posizione di partenza alla posizione in cui si manifesta l'urto sulla provetta; l'energia residua è P·h, dove h è l'altezza di risalita dopo l'urto che ha spezzato la provetta; la differenza fornisce l'energia L spesa nell'urto.
L'energia posseduta dal pendolo all'inizio della prova è data dal valore del peso P della mazza (misurato in Newton) moltiplicato il valore della altezza H (misurata in metri).
In formula: Ei = P · H
L'energia posseduta dalla mazza quando risale (dopo avere rotto la provetta unificata) è data dal valore del peso P della mazza moltiplicato il valore della altezza h di risalita.
In formule: Ef = P · h
Il lavoro compiuto nella rottura della provetta unificata è dato dalla differenza tra le due energie precedenti (prima e dopo l'urto):
L = Ei - Ef
Ovvero:
L = P · H - P · h
Conoscendo la sezione S della provetta unificata è possibile determinare infine la resilienza K del materiale:
K = L / S
Per garantire al pendolo di Charpy risultati riproducibili e confrontabili tra loro, oltre alla provetta, anche gli altri organi della macchina (in particolare la testa della mazza che colpisce la provetta) devono possedere forma e dimensioni unificate.
Il valore della resilienza viene determinato con le seguenti modalità convenzionali : una barretta prismatica del materiale in esame, di sezione quadrata di 10 mm di lato e lunghezza di 55 mm, viene disposta su due appoggi distanti 40 mm; sulla mezzeria della barretta, dove è praticato un intaglio che solitamente ha le caratteristiche indicate nella figura seguente (provetta Mesnager), viene lasciata cadere, a partire da un'altezza stabilita H, la mazza di un maglio a pendolo (ad esempio del tipo Charpy) munito, nella zona che urta contro la provetta, di un coltello a spigolo di 30°.
Si misura l'energia L che la massa deve spendere per rompere la barretta e, come detto in precedenza, si definisce resilienza del materiale il rapporto L/S fra l'energia spesa nell'urto e l'area netta della sezione resistente della barretta (cioè l'area della sezione quadrata diminuita della porzione interessata dall'intaglio).
Rappresentazione della disposizione della provetta (colore) con intaglio di tipo Mesnager sull'apparecchiatura e la sezione del coltello del pendolo.
Il valore della resilienza dà un indice della fragilità del materiale, ossia un materiale poco resiliente è molto fragile e viceversa. In genere l'aggiunta di nichel in un acciaio ne aumenta la resilienza.
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