Appunti Materiali per l'aerospazio

Scienza dei materiali

Diagrammi di stato

I fattori che influenzano le proprietà dei solidi sono la composizione chimica, la velocità con la quale avviene la trasformazione, l'ambiente, la pressione, la temperatura, etc.

Ad ogni temperatura, un materiale sceglie come stato termodinamicamente stabile quello a più basso contenuto di energia libera (Gibbs): G = H - T·S.

Nel passaggio liquido-solido, quando si ha che G - G_s si individua la T del passaggio di stato. La solidificazione di un solido cristallino procede attraverso la nucleazione e la successiva crescita.

All'abbassarsi della temperatura, aumenta il numero di nuclei di cristallizzazione e aumenta la velocità di solidificazione.

Monocristallo → solido policristallino → solido a struttura densa.

Velocità di raffreddamento

Fase: porzione di materia omogenea.

Leghe: miscele di due o più metalli o di un metallo e un non metallo.

Compositi: materiali contenenti diverse fasi messe insieme meccanicamente per migliorare la resistenza meccanica, la resilienza, il creep.

Regola delle fasi

V = C - F + 2.

• V = varianza (numero di variabili termodinamicamente indipendenti).
• C = numero dei componenti chimicamente indipendenti del sistema.
• F = numero delle fasi.

N.B.: Il numero 2 rappresenta la P e la T, cioè due delle grandezze intensive che influenzano ogni stato di equilibrio del sistema.

La varianza o grado di libertà del sistema è il numero di grandezze intensive che possono essere variate indipendentemente senza alterare il numero delle fasi del sistema. Altre grandezze intensive sono la concentrazione di ogni componente, la densità, il calore specifico, etc.

Nei diagrammi binari che vengono studiati a P costante, la regola di Gibbs diventa: V = C - F + 1.

Grandezze estensive

Massa, energia interna, volume, etc.

Scienza dei materiali

Diagrammi di stato

I fattori che influenzano le proprietà dei solidi sono la composizione chimica, la velocità con la quale avviene la trasformazione, l'ambiente, la pressione, la temperatura, etc.

Ad ogni temperatura un materiale sceglie come stato termodinamicamente stabile quello a più basso contenuto di energia libera (Gibbs): G = H - T·S.

Nel passaggio liquido-solido, quando si ha che G_s - G_l si individua la T del passaggio di stato. La solidificazione di un solido cristallino procede attraverso la nucleazione e la successiva crescita.

All'abbassarsi della temperatura, aumenta il numero di nuclei di cristallizzazione e aumenta la velocità di solidificazione.

Monocristallo → solido policristallino → solido a struttura dendritica.

Velocità di raffreddamento

Fase: porzione di materia omogenea.

Leghe: miscele di due o più metalli o di un metallo e un non metallo.

Compositi: materiali contenenti diverse fasi messe insieme meccanicamente per migliorare la resistenza meccanica, la resilienza, il creep.

Regola delle fasi

V = C - F + 2.

• V = varianza (numero di variabili termodinamicamente indipendenti).
• C = numero dei componenti chimicamente indipendenti del sistema.
• F = numero delle fasi.

N.B. il numero 2 rappresenta la P e la T, cioè due delle grandezze intensive che influenzano ogni stato di equilibrio del sistema.

La varianza o grado di libertà del sistema è il numero di grandezze intensive che possono essere variate indipendentemente senza alterare il numero delle fasi del sistema. Altre grandezze intensive sono la concentrazione di ogni componente, la densità, il calore specifico, etc.

Nei diagrammi binari che vengono studiati a P costante, la regola di Gibbs diventa: V = C - F + 1.

Grandezze estensive

Massa, energia interna, volume, etc.

1º Caso

Concentrazione C₀ (acqua pura). T₁ T_{f H2O} T_E.

• T_H2O: Temperatura di fusione del ghiaccio.
• T_NaCl: Temperatura di fusione del sale.
• T_E: Temperatura "eutetica".
• C_E: Composizione "eutetica".

Eutetico = facilmente fondente.

2º Caso

Componenti completamente miscibili allo stato liquido e immiscibili allo stato solido. T₀ T₁ T₂ T_E.

Per T₃ si manda una isoterma e si ha a destra la composizione liquida e a sinistra la composizione solida (A).

A = "di prima formazione".

A+B = "di seconda formazione" (formate ad T_E).

Tempera