Tecnica
I Materiali del Telaio
di Stefano Orazzini
RESISTENZA ALLE SOLLECITAZIONI - Quanto un materiale può resistere a torsioni o trazioni via via maggiori prima di rompersi.
Per verificare la resistenza di un materiale si sottopone un "campione" ad un test incrementale a carichi progressivamente maggiori e se ne verifica la resistenza fino alla rottura del pezzo.
Otterremo così facendo un diagramma carichi-allungamenti che descriverà il comportamento del "campione" del materiale sottoposto al test.
Nel tratto ZA detto anche "Tratto Elastico" si ha una linearità tra carichi e allungamenti; in questo tratto le deformazioni sono reversibili, il materiale dopo aver subito il carico torna alla forma originale.
In questo tratto vale la legge di Hooke e cioè che nel "Tratto Elastico" esiste proporzionalità tra i carichi e gli allungamenti; in questo tratto inoltre è possibile individuare il modulo elastico rapportando carico e percentuale di deformazione.
Il punto A individua il "Limite Elastico" (detto anche non proprio correttamente "Carico di Snervamento") che rappresenta il carico massimo oltre il quale il materiale comincia a subire deformazioni irreversibili.
Il tratto AB rappresenta invece il "Tratto Plastico" nel quale la linearità non è più rispettata e il materiale subisce deformazioni via via maggiori.
Fino al punto B che indica il "Carico di Rottura" ovvero la sollecitazione che provoca la perdita dell'integrità strutturale del "campione" associata alla diminuzione della sezione longitudinale.
L'ultimo tratto (BC) è la "Zona di rottura" nel quale il materiale, che ha già perso l'integrità della struttura cede fino a rompersi nel punto C. Nel tratto da B a C l'area della sezione longitudinale del "campione" sottoposto a trazione diminuisce a causa dell' allungamento e ciò provoca una diminuzione solo fittizia del carico (esempio figura in alto B=1200 C=1000) che in realtà è in costante incremento.
DUTTILITA' - La capacità di deformarsi plasticamente senza rompersi.
Viene espressa solitamente in percentuale e si calcola rapportando l'incremento di lunghezza del "campione" dopo un test di resistenza a trazione e la lunghezza originale all'inizio del test.
Un buon indice di duttilità si traduce in una migliore capacità del materiale di deformarsi senza rotture; solitamente un valore sotto l' 8-9% è considerato valore a rischio.
Vediamo alcuni valori tipici di materiali dell'ingegneria ciclistica:
RESISTENZA A FATICA - L'attitudine di un materiale a resistere a un numero di cicli ripetitivi.
Succede infatti che un materiale con il crescere del numero dei carichi a cui è sottoposto, abbassi il valore del proprio Limite Elastico e sia più facilmente soggetto a deformazioni irreversibili o a rotture.
La "fatica" dei metalli è allo studio da oltre 150 anni, quando si iniziarono a esaminare rotture in un certo senso inspiegabili di montacarichi nelle miniere; infatti venivano utilizzati entro i limiti di sicurezza.
Si scoprì così nel corso dei decenni successivi che i metalli, con sforzi ripetuti, "si affaticano" e si modifica la struttura atomica al punto da innestare una microcricca, che propagandosi può provocare una rottura.
La resistenza a fatica di un metallo dipende da numerose variabili: struttura e forma del campione, dimensioni, trattamenti termici, fisici e chimici, superficie e imperfezione sono solo alcune cause concomitanti che influenzano la capacità di sopportare gli sforzi ciclici del materiale.
Appare quindi difficilmente individuabile un sistema univoco che valuti la resistenza dei singoli metalli e così, solo sottoponendo un telaio a prove di fatica, possiamo esaminarne la capacità di sopportare ripetute sollecitazioni.
I parametri utilizzati per misurare la fatica di un metallo sono: la resistenza a fatica per N cicli e il limite di fatica.
La resistenza a fatica indica il numero di cicli (serie identiche di tensioni variabili della stessa durata) che può sopportare un campione di metallo prima di rompersi.
Ad esempio un telaio può resistere a 250.000 cicli a 1100 N oppure 100.000 cicli a 1300 N.
DUREZZA - La capacità di assorbire energia e opporsi ad un urto con altri materiali.
Prossimamente analizzeremo i singoli materiali:
