Appunti Metallurgia Meccanica

Struttura dei metalli

Le strutture cristalline

Si intende con cristallino un solido nel quale gli atomi sono posizionati con un ordine periodico che si ripete su distanze atomiche relativamente ampie. Quindi si ha un ordine a lungo raggio.

Dalla struttura cristallina, dipendono diverse proprietà dei metalli, ovvero il modo in cui gli atomi si dispongono nello spazio, le disposizioni spaziali possono essere diverse, e per i metalli, a differenza di altri materiali, esse sono complesse.

Si introduce il concetto di reticolo. Il reticolo è definito come la disposizione tridimensionale di punti, ciascuno dei quali rappresenta la posizione di uno degli atomi.

La cella primitiva di un reticolo, (definita unitaria) è definita come il volume che, opportunamente traslato, riempie tutto lo spazio. La cella è identica (cioè da vettori base e contiene un solo atomo del reticolo.

Nei casi di strutture complesse, si introduce la cella unitaria non primitiva (convenzionale) che possiede le caratteristiche di simmetria proprie del reticolo. La cella convenzionale è un volume del reticolo che però possiede vuoti, rispettando in maniera arbitraria per costruire l'intero reticolo, conservando le proprietà di simmetria la cella primitiva, e la cella più piccola del reticolo, contenente un solo punto (atomo).

Le celle unitare possono suddividersi in diverse tipologie.

Struttura dei metalli

Le strutture cristalline

Si intende con cristallino un solido nel quale gli atomi sono posizionati con un ordine periodico che si ripete per distanze atomiche relativamente ampie. Quindi si ha un ordine a lungo raggio.

Dalla struttura cristallina, dipendono diverse proprietà dei metalli, ovvero il modo in cui gli atomi si dispongono nella opacità. Le disposizioni spaziali possono essere diverse, e per i metalli, a differenza di altri materiali, solitamente non sono complesse.

Si introduce il concetto di reticolo, che definisce la cristallizzazione tridimensionale di punti, ciascuno dei quali rappresenta la posizione di uno degli atomi.

La cella primitiva di un reticolo, (definito unitaria) è definita come il volume che, opportunamente traslato, riempie tutto lo spazio. La cella è identica cioè da vettori base e contiene un solo atomo del reticolo.

Nel caso di strutture complesse, si introduce la cella unitaria non primitiva (convenzionale), che possiede le caratteristiche di simmetria proprie del reticolo. La cella convenzionale è un volume del reticolo che può essere estesa, ripetendola in maniera opportuna per costruire l'intero reticolo, conservando le proprietà di simmetria. La cella primitiva ordinaria è la cella più piccola del reticolo, contenente un solo punto (atomo).

Le celle unitarie possono suddividersi in diverse tipologie.

Struttura cubica a facce centrate (CFC o FCC)

Struttura cubica a facce centrate (CFC o FCC): Struttura in cui gli atomi vanno ad occupare gli angoli della cella; ai quali però si aggiungono altri atomi al centro delle 6 facce del cubo.

Possiamo ottenere la dimensione della cella in relazione al diametro atomico:

a= ^4R/_√²

Fattore di impacchettamento atomico (APF):

• V atomi in una cella
• V tot. cella:
• ÷3
• Contiene alla contiene l’equivalente di 4 atomi; 8 x ¹/₈ + ¹/₂ x 6 = 4

Struttura cubica a corpo centrato (CCC o BCC)

Struttura cubica a corpo centrato (CCC o BCC): Struttura più comune; gli atomi si collocano sugli 8 angoli; in più vi è un atomo centrale interno.

• A= ^4R/_√³
• Atomo centrale
• G x ¹/₈ + 1 = 2 atomi
• Contiene alla contiene l’equivalente di 2 atomi.
• APF: 68%
• Maggiore durezza nella struttura cubica a facce centrate; Struttura tipica del Molibdeno; o ferro nella fase α.

Struttura esagonale compatta (EC o HCP)

Struttura esagonale compatta (EC o HCP)

Struttura in cui si ha la simmetria esagonale. Tale cella è delimitata da due facce, ciascuna delle quali ospita 6 atomi (x ogni angolo) ed un atomo al centro. Un piano intermedio, equivalente a quelli basali, ospita altri 3 atomi.

La cella unitaria contiene 6 atomi. Il fattore di impacchettamento risulta essere Tipica del Titanio; Manganese.

Calcolo della densità

Nota la struttura cristallografica, è possibile ricavare la densità teorica del metallo:

ρ = m A / V_c N_A

N_A = n° Avogadro;

m = n° atomi contenuti nella cella;

V_c = volume cella;

A = peso atomico;

Polimorfismo e forme allotropiche

Alcuni metalli possono avere fasi che una forma cristallina, di adotta in relazione alla T° presente, ed per la del