Meccanismi di rinforzo

Meccanismi di rafforzo dei materiali metallici

• La capacità di un metallo a deformarsi plasticamente dipende dalla capacità di movimento delle dislocazioni:
• Limitando o ostacolando il movimento delle dislocazioni si rende il materiale più duro e più resistente.

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Meccanismi di rafforzo dei materiali

• Formazione di una soluzione solida (alligazione) '( I: DrPriUIGNE reins PunoUN hercrisis Aunsempre
• Riduzione della dimensione del grano
• Incrudimento roamer s7nA
• Trattamenti termici I Arvin A Consonantnai: Mowers Nour rem:D - . )MineoCnorIn Aricawere
• Precipitazione di seconde fasi Iv AumontGothaer )Af?

Rafforzo per formazione di una soluzione solida

Le leghe sono più forti dei metalli puri perché gli atomi estranei che entgrano in soluzione solida in genere inducono stati tensionali nel reticolo degli atomi ospitanti che li circondano. Ne risulta una interazione del campo di tensione reticolare tra le dislocazioni e questi atomi di lega e viene, di conseguenza, limitato il movimento delle dislocazioni.

Effetto degli atomi in soluzione sullo stato tensionale introdotto dalle dislocazioni

• La presenza di un soluto all’interno del reticolo cristallino di un metallo ostacola il movimento delle dislocazioni aumentandone la resistenza meccanica.
• Esempio:
• Rame commerciale R 235 MPa
• + 10% stagno = Bronzo R 455 MPa

Rafforzo per formazione di una soluzione solida: esempio lega Cu/Ni

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Rafforzo per riduzione della dimensione del grano

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Effetto del bordo di grano sul movimento delle dislocazioni

Per diversi materiali il limite di snervamento σ_s varia con la dimensione del grano secondo la relazione f )tofGsi GoiI NotchC rostrumKs RES snowW, , DEL MATE NALE Ifeel1 i .. reCANCO sninvarunre ↳fFE -t k d 2σ σ= + ⋅ . .s 0 s xiuI Dimino 'd 'Nt

• Equazione di Hall-Petch mis A WANDon.
• d = diametro medio dei grani
• e k costanti per un dato materiale
• σ_s s
• Non è valida per materiali a grani molto grossi o molto piccoli.

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Controllo della dimensione del grano

• Controllando la velocità di solidificazione dalla braveAVRO 'fase liquida ( ' C Nurture- osi -cutCaravanUinta !Veloce ' .sous frontIA -, . centralViva re
• Per deformazione plastica seguita da un appropriato trattamento termico
• La riduzione della dimensione del grano migliora oltre che il carico di snervamento anche la tenacità.

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Incrudimento

• L’incrudimento è il fenomeno per cui un metallo diviene più duro e più resistente quando viene deformato plasticamente a freddo.
• Contrariamente alla diminuzione della dimensione del grano, l’incremento della resistenza del metallo tramite incrudimento provoca una diminuzione della tenacità.
• La capacità di incrudirsi di un metallo è misurabile attraverso il coefficiente di incrudimento n, tanto maggiore è n, maggiore sarà l’incrudimento del metallo a parità di deformazione plastica.

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Andamento di a) carico di snervamento, b) carico di rottura e c) duttilità

Con la % di lavorazione plastica a freddo per un acciaio non legato, un ottone e il rame AW AUMENT -DEW PEN AWUNM-uifDEFORM-nepu-sri.AMAni forthrncnvoiuniwro )'veDEVO AUMENT ARE RL CANO I Avino ' NE: Cue EWECio Cows (' ARNVO )A TENACITA PUMAUNA ' ANONE other mornaDiner WUCAN Fuso '( sioui NaraineverOmni Ali DECAAument 'Art~ PetermanOSFO ne Di.MEFORMANDE hwan .ru at aFinoµ Sean see.toVANChui( swimmersAvo IN ,l siNK DLNA PercentFUN AnnuaN . NaiafriendDi rerunsAAuchan A.IONIA )tDELA Di 'veincursive. Thtw AmiraIn -iNO CA DtrM if I -EIMPORTANT Chi CAMBRAAVAMosuo meNwssi in ., hi or miners aiI on)CONAN E- whoPANN DAUA

Recovery, ricristallizzazione e accrescimento del grano

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Deformando plasticamente un metallo policristallino a temperature relativamente basse rispetto alla temperatura di fusione si producono variazioni nella microstruttura e nelle proprietà tra cui:

• La variazione della configurazione del grano
• L’incrudimento
• L’aumento della densità delle dislocazioni

Parte dell’energia spesa per la deformazione viene immagazzinata nel metallo come energia di deformazione, che è localizzata nelle zone di trazione, di compressione e di taglio intorno alle nuove dislocazioni create.

Recovery

• Durante il recovery parte dell’energia di deformazione interna immagazzinata viene rilasciata in virtù del movimento delle dislocazioni (in assenza di uno sforzo esterno applicato) per effetto di un aumento della diffusione degli atomi ad elevata temperatura.

Ricristallizzazione

• Una volta completato il recovery i grani sono ancora in un relativamente alto stato di energia di deformazione;
• La ricristallizzazione è la formazione di una nuova configurazione di grani esenti da deformazione ed equiassici che hanno bassa BANAe densità di dislocazioni, simile a quella i' OEARAN IAririDefer precedente alla deformazione plastica.
• La driving force per il processo è la differenza di energia tra i grani deformati e non deformati.
• La ricristallizzazione cresce con il tempo t PriFora It opene DAKAENEMA were FINISH '→ ANCN ORAL .PAN law Ncrvsawitni iFortino :VENVNO movehmuA. PICCOLITirsoNELWhaNerudaCami Armin WRANO DIM .Dori hard AWAfive NINO fault00ha . NaraiEinar Nnr Airf- IT rear Awrun oneor -Find AZoo C na-CAMBRA Amicro WWAor PENN DALDI DE FormoiGana .

Temperatura di ricristallizzazione T

• Temperatura alla quale la ricristallizzazione si completa in un’ora.
• Tipicamente si trova tra un terzo e la metà della 'TANTO t e temperatura di fusione assoluta di un metallo o ELEVARA TANTOt ' BAVA Ae una lega e dipende da diversi fattori incluso Templin NRAiA cu l’entità della lavorazione plastica a freddo ' VENIREPVO AV4- sawnNews ' ImpuritiesorPristinaLA. precedente e la purezza della lega( ENEMAMENO "NtiI NTAAkiba AUM LAPENNE ' NE NA TEMPERA : AINNRA A Cv 'lent A)Assassin.
• Al crescere della percentuale di lavorazione a 'GRA NCN si Ault ANNEITEMPO RAW Processesvia )e il refreddo aumenta la velocità di ricristallizzazione e si NEW SANOPenni si'Correnti abbassa la temperatura di ricristallizzazione.
• Le operazioni di deformazione plastica condotte sopra la temperatura di ricristallizzazione si dicono lavorazioni a caldo si emporiumCampanaNon wipin-upnew→DimuroNew OffI PAIR. ICAp ..
• Durante queste lavorazioni il materiale rimane relativamente tenero e duttile poiché non incrudisce, e di conseguenza sono possibili grandi deformazioni.

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Ingrossamento del grano

• Una volta completata la ricristallizzazione, se il metallo viene lasciato a temperature elevate, i nuovi grani continueranno a crescere.
• La crescita del grano non ha bisogno di essere UiMARINAI wail: i preceduta da recovery e ricristallizzazione e si earns ATEN NO può verificare in tutti i materiali policristallini, REGRUNGERAG IWACONFUNA . metalli e ceramici.
• Di 'NIASSA SANDOABBAS A •ENEMA al bordo del grano è associata un’energia.✓ OiBORDO All’aumentare della dimensione del grano lo GANO sviluppo del bordo diminuisce con conseguente riduzione dell’energia totale.
• La crescita del grano si verifica per migrazione dei bordi del grano.
• Non tutti i grani possono espandersi ma la gran parte cresce a spese di quelli più piccoli, che scompaiono.
• Per diversi materiali cristallini il diametro del grano d varia con il tempo t secondo la relazione: PENAD)I DAWA.. ringent NRAn nd d K t− = ⋅slam) feel 0-- tempo It DTEMPOf Drawer wave ALnoAL
• Dove K e n sono costanti indipendenti dal tempo.
• n di solito è uguale o maggiore di 2 "wanaNovaCharoLiu HA IMA BANO.BAVA IIAWNAC . normal( ROCACaroffGrins : .

Diagramma logaritmico del diametro del grano in funzione del tempo per la crescita del grano di un ottone a diverse temperature.

Trattamenti termici

TRATTAMENTI TERMICI

Li siPANNO DAW RONA 'Auvninrrii Accra MinahanAHAc Devi oiro, KonanNA ai ' AUSDth Arvin

• Per trattamento termico si intende la modifica delle proprietà di un materiale metallico attraverso riscaldamento e mantenimento ad un’opportuna temperatura e controllando la velocità di raffreddamento.
• Ogni materiale metallico può essere trattato termicamente, ma le temperature e i cicli termici sono specifici per ciascuna lega.

Trattamenti termici degli acciai

• I trattamenti termici degli acciai partono in genere dalla struttura austenitica.
• L’acciaio viene riscaldato a temperatura superiore ad A ), mantenuto per un certo 3tempo e raffreddato con un’opportuna AUSTENITE Milord NON velocità. STABILE N TROPPOMANE ni TEMPTEMPO AVAAD .
• Si ottengono in questo modo diverse Li Nauen AnINGGRAND strutture, anche di non equilibrio, con differenti proprietà meccaniche.

Principali trattamenti termici degli acciai

• Ricottura } It" Iowans"
• Normalizzazione Aaa sworeMicros ruin FEW PerunA rica CA-MA DIVINECar
• Bonifica (tempra + rinvenimento) Drains i, @/ oh wino1- ! inosine oi 2TRANA Minnie :Min i. N truer