Tenacità - Toughness
Nella scienza dei materiali e nella metallurgia , la tenacità è la capacità di un materiale di assorbire energia e deformarsi plasticamente senza rompersi. Una definizione di tenacità del materiale è la quantità di energia per unità di volume che un materiale può assorbire prima della rottura . Questa misura della tenacità è diversa da quella utilizzata per la tenacità alla frattura , che descrive le capacità portanti dei materiali con difetti. È anche definita come la resistenza di un materiale alla frattura quando sollecitato .
La tenacità richiede un equilibrio tra forza e duttilità .
Tenacia e forza
La tenacità è correlata all'area sotto la curva sforzo-deformazione . Per essere resistente, un materiale deve essere allo stesso tempo resistente e duttile. Ad esempio, i materiali fragili (come la ceramica) che sono forti ma con una duttilità limitata non sono resistenti; al contrario, anche i materiali molto duttili con basse resistenze non sono tenaci. Per essere resistente, un materiale deve resistere sia a sollecitazioni elevate che a sollecitazioni elevate. In generale, la forza indica quanta forza il materiale può sopportare, mentre la tenacità indica quanta energia un materiale può assorbire prima di rompersi.
Definizione matematica
La tenacità può essere determinata integrando la curva sforzo-deformazione. È l'energia della deformazione meccanica per unità di volume prima della frattura. La descrizione matematica esplicita è:
dove
- è ceppo
- è la tensione sul fallimento?
- è lo stress?
Altra definizione è capacità di assorbire energia meccanica fino al punto di rottura. L'area sotto la curva sforzo-deformazione è chiamata tenacità.
Se il limite superiore di integrazione fino al punto di snervamento è limitato, l'energia assorbita per unità di volume è nota come modulo di resilienza . Matematicamente, il modulo di elasticità può essere espresso dal prodotto del quadrato della tensione di snervamento diviso per due volte il modulo di elasticità di Young. Questo è,
- Modulo di resilienza = Sforzo di snervamento 2/2 (modulo di Young)
Prove di tenacità
La tenacità di un materiale può essere misurata utilizzando un piccolo campione di quel materiale. Una tipica macchina di prova utilizza un pendolo per deformare un provino dentellato di sezione definita. L'altezza da cui è caduto il pendolo, meno l'altezza alla quale è salito dopo aver deformato il provino, moltiplicata per il peso del pendolo è una misura dell'energia assorbita dal provino quando è stato deformato durante l' impatto con il pendolo. I test di resistenza all'urto con intaglio Charpy e Izod sono tipici test ASTM utilizzati per determinare la tenacità.
Unità di tenacità
La tenacità a trazione (o, energia di deformazione , U T ) è misurata in unità di joule per metro cubo (J·m -3 ) nel sistema SI e forza pollice -libbra per pollice cubo (in·lbf·in -3 ) in Unità consuetudinarie statunitensi .
1.00 N · mm -3 ≃ 0.000 145 in · lbf · in -3 e 1,00 in · lbf · in -3 ≃ 6,89 kN · mm -3 .
Nel sistema SI , l'unità di tenacità può essere facilmente calcolata utilizzando l'area al di sotto della curva sforzo-deformazione ( σ – ε ), che fornisce il valore di tenacità, come indicato di seguito:
- U T = Area sotto la curva sforzo-deformazione ( σ – ε ) = σ × ε
- U T [=] P/A × ΔL/L = (N·m −2 )·(senza unità)
- U T [=] N·m·m −3
- U T [=] J·m −3