Resistenza allo snervamento: significato, misurazione e applicazioni nei materiali
Cos’è la resistenza allo snervamento
La resistenza allo snervamento, o yield strength in inglese, è una proprietà meccanica fondamentale dei materiali. Rappresenta il valore di tensione (espresso in MPa oppure N/mm²) oltre il quale il materiale inizia a deformarsi permanentemente (deformazione plastica) senza ritorno completo alla forma originale. Questo parametro è essenziale per sapere quando un componente smette di comportarsi elasticamente e comincia a deformarsi in modo irreversibile.
Esempio semplificato di grafico, a scopo informativo
Differenze principali tra resistenza allo snervamento e resistenza alla trazione
Nel campo dell’ingegneria dei materiali è fondamentale distinguere tra resistenza allo snervamento e resistenza alla trazione, due proprietà meccaniche spesso confuse ma concettualmente diverse, entrambe misurate durante la prova di trazione.
Resistenza allo snervamento (σᵧ)
La resistenza allo snervamento rappresenta il valore di tensione oltre il quale il materiale inizia a deformarsi plasticamente, cioè in modo permanente. Superato questo limite, il materiale non ritorna più alla forma originale anche dopo la rimozione del carico.
Per questo motivo, la resistenza allo snervamento è comunemente utilizzata come criterio di progetto nelle applicazioni strutturali.
Resistenza alla trazione ultima (σᵤ)
La resistenza alla trazione indica invece il massimo valore di tensione che un materiale può sopportare prima della rottura. Questo valore viene raggiunto dopo che il materiale ha già superato la fase elastica e quella di snervamento, entrando pienamente nel regime plastico.
In sintesi:
- la resistenza allo snervamento definisce una sorta di limite di utilizzo sicuro del materiale
- la resistenza alla trazione definisce il limite ultimo di tenuta
Dal punto di vista progettuale, un componente può non rompersi ma risultare comunque inaccettabile se supera la resistenza allo snervamento, poiché le deformazioni permanenti possono comprometterne funzionalità e precisione geometrica.
Come si misura la resistenza allo snervamento
La resistenza allo snervamento viene misurata tramite prova di trazione standardizzata (ISO, ASTM). Un campione di materiale (dei più disparati) viene allungato in modo controllato, mentre si registra la tensione in funzione della deformazione.
Il grafico risultante carico–deformazione (ma si possono impostare differenti valori di X e Y) mostra, tipicamente:
- Un tratto iniziale elastico (reversibile)
- Un punto di transizione verso la deformazione plastica (irreversibile): questo è il punto di snervamento (tensione di snervamento)
In materiali senza un punto di snervamento netto, come alcuni acciai inossidabili o leghe leggere, si utilizza un valore convenzionale di 0,2% di deformazione permanente (Rp0,2) come limite elastico di riferimento. I software di prova avanzati, come EasyQS, garantiscono la possibilità di effettuare regolazioni di fino in fatto di misurazione del punto di snervamento
Fattori che influenzano la resistenza allo snervamento
La resistenza allo snervamento non è un valore universale, ma dipende da numerose variabili:
a) Microstruttura e dimensione del “grano”
Una microstruttura a grani cristallini fini aumenta la resistenza allo snervamento grazie all’effetto Hall–Petch: i confini di grano ostacolano il movimento delle dislocazioni.
b) Composizione chimica, “miscele” per la creazione di leghe
L’aggiunta di elementi di lega sposta notevolmente il punto di snervamento (aumenta la resistenza allo snervamento) attraverso soluti o fasi più rigide.
c) Trattamenti termici e lavorazioni
Processi come tempra, ricottura e invecchiamento influenzano la resistenza allo snervamento incrementandola o diminuendola, a seconda dell’obiettivo ingegneristico.
d) Condizioni di temperatura e velocità di deformazione
A temperature elevate, i materiali generalmente mostrano una riduzione della resistenza allo snervamento. Anche la velocità con la quale è eseguita la prova di trazione (parametro specificato in ogni tipo di normativa, come le comunissime ISO 6892, ASTM E8, ISO 527, e via discorrendo) influenza pesantemente la misurazione del punto di snervamento: è essenziale dotarsi di una macchina di prova con un controllo della velocità preciso e ripetibile.
Importanza ingegneristica della resistenza allo snervamento e della misurazione del punto di snervamento (tensione di snervamento)
La resistenza allo snervamento è fondamentale nei seguenti ambiti:
Progettazione strutturale: quali componenti usare?
In molte applicazioni strutturali (ponti, edifici, componenti meccanici), il limite allo snervamento è usato per definire i fattori di sicurezza e garantire che non si verifichino deformazioni permanenti in condizioni di carico normale. Diventa essenziale l’impiego di macchine di prova ad alto carico, o addirittura a carichi molto elevati, capaci di restare tondini in cemento armato (rebar) funi e cavi in acciaio, tubi e molti altri campioni robusti e resistenti. In questo campo, si eseguono sovente prove su prodotti finiti, componenti, assemblaggi e via discorrendo.
Esempio di test eseguito su un prodotto finito: rebar per cemento armato
Scienza dei materiali: quali materiali usare?
Per scegliere un materiale adatto ad un’applicazione, ingegneri e progettisti confrontano la resistenza allo snervamento insieme ad altri valori come modulo di elasticità, resistenza alla trazione e duttilità (per le applicazioni da laboratorio, ricerca e sviluppo e simili, sono spesso sufficienti macchine di prova a carico basso oppure macchine a medio carico). In questo caso, vengono spesso eseguite prove di trazione su spezzoni di materiale di dimensioni contenute, e controllate in modo accurato: i cosiddetti “provini ad osso di cane” le cui forme, dimensioni e tolleranze, sono ancora una volta indicate all’interno delle normative.
Esempi di provini in differenti materiali, dimensioni e geometrie
Resistenza allo snervamento nei materiali comuni
Esempi tipici di resistenza allo snervamento (ogni produttore, a seguito dei dovuti test per individuare il punto di snervamento (tensione di snervamento) tende a pubblicare i propri report contenti proprietà e caratteristiche dei propri materiali):
| Materiale | Resistenza allo snervamento σᵧ [MPa] | Nota |
| Acciaio dolce | 250–350 | Buona duttilità |
| Alluminio 6061 | 200–270 | Leggero, comune in aerospace |
| Titanio grado 5 | 830–900 | Alta resistenza/peso |
| Acciaio altoresistenziale | 600–2000 | Impieghi strutturali |
I valori sono indicativi e dipendono dal processo di fabbricazione e dai trattamenti termici.
Dunque? Perché dovresti misurare la resistenza allo snervamento?
La resistenza allo snervamento è un parametro chiave nella scienza dei materiali e nell’ingegneria strutturale, fondamentale per:
- Prevedere quando un materiale inizierà a deformarsi permanentemente.
- Progettare componenti sicuri e affidabili.
- Selezionare materiali per applicazioni critiche (automotive, aerospaziale, infrastrutture).
Capire come questo valore cambia in fatto di microstruttura, composizione e potenziale di carico permette di ottimizzare il comportamento meccanico delle leghe e di qualsiasi materiale ingegneristico, e di conseguenza dei prodotti e componenti che con esso verranno realizzati.
Normative di riferimento
Normative di riferimento*
Non si può concludere un articolo informativo riguardo la resistenza allo snervamento, senza citare almeno alcune delle norme tipiche da rispettare, come:
- ISO 6892-1: prova di trazione su metalli a temperatura ambiente
- ASTM E8 / E8M: prova di trazione su metalli a temperatura ambiente
- ISO 527: test di trazione su materiali plastici
- UNI EN ISO 7500-1: indica come tarare i macchinari
Rispettare queste normative è essenziale per assicurare risultati affidabili, ripetibili e comparabili.
*Si consiglia di approfondire sempre tramite le normative ufficiali.
Strumentazione: le macchine di prova Easydur
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Campi di applicazione
Molti settori richiedono la prova di trazione, ecco alcuni esempi:
- Automotive: verifica della resistenza dei componenti strutturali.
- Aerospaziale: analisi dei materiali leggeri ad alte prestazioni.
- Costruzioni: test su acciai per cemento armato e materiali strutturali.
- Medicale: controllo qualità su protesi, suture e dispositivi chirurgici.
- Energia: test di materiali utilizzati in impianti di ogni tipo.
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