Appunti lezioni Materiali metallici

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Durezza: capacità di un materiale al resistere alla deformazione plastica di un indentatore

Misura della dimensione dell’impronta lasciata dall’indentatore, per impronte piccole alta durezza,

per impronte grandi bassa durezza.

Parametro progettuale, vantaggioso dal punto di vista della rapidità della prova, poche decine di

secondi, economiche, precise e sensibili, facilmente ripetibile, non vi è dispersione dei risultati, si

possono effettuare su prodotti finiti ad esempio per controlli non distruttivi.

Si può stimare con la prova di durezza un approssimazione del carico di rottura.

Si usano per scegliere i materiali adatti a certe esigenze di progetto,

Per controllare la qualità dei componenti per assicurare i requisiti di durezza.

Per sviluppare nuovi materiali, valutare come trattamenti termici e meccanici possono migliorare le

proprietà dei metalli, per innovazione di leghe e materiali compositi.

Failure analysis per identificare le cause di fallimento dei componenti metallici confrontando la

durezza.

Fattori che influenzano la durezza:

la composizione chimica: elementi come carbonio, cromo, vanadio e molibdeno, aumentano la

durezza supeficiae, perche all’interno dei reticoli si inseriscono gli elementi che bloccano le

dislocazioni, aumentando la resistenza alla deformazione.

Trattamenti termici: esempio la tempra può aumentare la durezza perche modifica la microstruttura

interna. La ricottura diminuisce la durezza.

Lavorazioni a freddo: si crea un effetto di incrudimento che aumenta la tensione di snervamento e

riduzione di duttilità, aumentano i il numero di dislocazioni e rendendo piu difficile il loro movimento

reciproco.

Struttura cristallina.

Fattori ambientali:alte temperature riducono la durezza poiché incrementa l’energia interna e facilita

il movimento di dislocazioni.

Durezza Brinell determina la durezza superficiale di una sfera di acciaio che viene compressa su

una superficie di un materiale di prova.

HB(Hardness Brinell): Carico massimo applicato/ Superficie dell’impronta.

A carico tolto.

BHN(Brinel Hardness Number) o HBS (Hardness Brinel Steel): espresso in Kg/mm^2, con

indentatore in acciaio.

HBW (Hardness Brinel Wolfram) espresso in MPa, con indentatore in carburo di tungsteno

102

2 P

BHA 0

HBW =

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= dell'impronta

La durezza di Brinel è influenzata dal metodo di prova adottato:

In particolare da:

Intensità del carico applicato

Tempo necessario all’applicazione

Tempo di permanenza al valore massimo

Diametro della sfera

Dicitura:

Esempio: HBW 1/30/20

HBW: Prova condotta con indentatore al carburo di tungsteno

1: Diametro dellindentatore in mm

30: intensità della forza applicata in KG

20: durata dell’applicazione della forza in secondi, se non specificata è compresa tra 10 e 15s

Anche se in MPa, no è una pressione perche la distribuzione degli sforzi sulla superficie della

sfera non è uniforme.

Per far si che siano comparabili, occorre che sia costante l’angolo di penetrazione

Disins FORZI

S

~ COSTANTE

(

DISTRIB

SFORZI

UNIFORML

NON

Per mantenere costante l’angolo di attacco della sfera, d=D cos(a/2)

a= alfa= angolo di penetrazione dell’impronta.

Requisiti per l’esecuzione di una prova di durezza Brinell

Spessore minimo del peso almeno di otto volte la profondità dell’impronta,

Posizione dell’impronta almeno 2,5 diametri dal bordo e 4 diametri tra i centri di due impronte.

Il supporto dell’elemento d prova deve essere rigido, non cedevole.

La superficie dell’elemento di prova deve essere privo di elementi estranei come olio, ossidi e

sporcizia in generale.

Per indentazioni con D ridotti bisogna eseguire una finitura superficiale.

Rugosità….

Campi di applicazione

Durezza di VICKERS

Principi della durezza di VICKERS:

La durezza del penetratore è tale da penetrare senza alcun limite di durezza, per ciò si usa il

diamante.

La forma del penetratore rende l’angolo di attacco sempre uguale grazie ad una piramide a

base quadrata con angolo di 136 gradi

Carichi di prova di modesta entità: da 1 a 120 Kg.

Principali vantaggi della durezza di VICKERS:

Si possono adottare a qualsiasi metallo

Applicabile a elementi piccoli, grazie al carico basso.

L’impronta piramidale consente una misurazione maggiore.

i numeri della durezza sono inversamente proporzionali all’area della superficie dell impronta e

indipendenti dal carico di prova. 18542 de

sine) e con

o

crisette

20

HV (Hardness VICKERS)= TOLTO CANDO

IL

Requisiti della prova di durezza di VICKERS:

Spessore minimo del pezzo almeno 1,5 d

Posizione dell’impronta almeno 2,5 d dal bordo e 3 d tra i centri di due impronte.

MICRODUREZZE-………

Durezza Rockwell:

Principio di funzionamento:

Un penetratore di forma, dimensione e materiale specifico premuto sulla superficie sotto due

forze, un precarico e un carico.

Guarda libro.

Ricordare che esiste uno spessore minimo, non quanto è questo spessore.

Correlazioni tra le varie prove di durezza:

Non esiste una correlazione fisica tra le varie scale, quindi va preso con le pinze

Nano-indentazione (nano durezze)

Uso di nano indentatori, per stimare le caratteristiche meccaniche del materiale, ancora in

ambito della ricerca.

29/04/2024

Acciai effervescenti: contengono gas (ossigeno)

Contiene micro vuoti, quando viene lavorato a caldo i micro vuoti vengono compressi e

schiacciati, temperatura di transizione molto bassa.

Con eccessiva effervescenza non è possibile eseguire la colatura continua.

Calmatura: eliminazione dell’eccessiva quantità di ossigeno grazie all’aggiunta di elementi

come ad esempio Silicio, che vanno a rilasciare ossidi.

Semicalmatura con Silicio

Calmatura con Alluminio

Calmatura a fondo con Ti e Nb.

Questi trattamenti in siviera possono essere effettuati anche in condizioni di vuoto per evitare

presenze di altri gas.

Colata continua: dalla siviera viene versato l’acciaio in una paniera e viene fatto raffreddare

formando tubi di acciai che vengono spruzzati con acqua per raffreddare.

Colata continua in verticale oppure (?)

Comodo per una solidificazione omogenea perche mentre si solidifica è in movimento.

Getti: prodotti finiti solidificati.

Metallurgia delle polveri, per diffusione allo stato solido, riscaldando e compattando si creano

componenti di piccole dimensioni, non bisogna arrivare alla temperatura di fusione.

Additive manufacturing

L12: Trattamenti Termici

Può essere effettuato prima e/o dopo la lavorazione del metallo.

Per strutture grandi.

Si riscalda la struttura fino ad A3, poi raffreddato con velocità di raffreddamento differenti che

porteranno a strutture diverse da quelle di equilibrio.

Trattamenti termici degli acciai:

• Ricottura

• Normalizzazione

• Bonifica (tempra + rinvenimento)

Ricottura:

si porta l’acciaio ad una T a 50 gradi sopra ad A3, mantenendolo per un tempo sufficiente per

far si che si riscaldi anche la parte interna della struttura, il tempo va stabilito secondo lo

spessore dell’elemento.

Trattamento semplice ma non economico, dovuto all’elevato dispendio energetico che serve

per portare tutta la struttura ad A3 e poi raffreddarla, il refrattario (rivestimento del forno) si

danneggia molto velocemente dovuto al cambio di temperatura.

Il prodotto finale è una struttura con grani grossi, carico di snervamento basso, bassa tenacità.

La ricottura è un trattamento preliminare costoso e apparentemente inutile, ma è fondamentale

per risparmiare successivamente con ad esempi, lavorazioni a freddo.

Annulla le strutture di solidificazione, rende gli acciai facili da lavorare a freddo.

Non è un trattamento termico che serve per mandare in esercizio il pezzo.

Varianti di ricottura:

Ricottura isotermica: portare acciaio a temperatura superiore ad A3, e vengono effettuati dei bagni

di sali fusi a temperatura costante.

Si guadagna che non bisogna riscaldare e raffreddare il forno, si riscalda il forno solo per

riscaldare la massa di acciaio.

Si puo decidere di lavorare con atmosfera inerte (priva di ossigeno) o con sottovuoto, per evitare

formazione di ossidi.

Questo ossido (magnetite) rallenta la ricottura, fa perdere parte del materiale.

L’ossido Calamina è piu nobile del metallo sottostante, e non si puo usare perche in luoghi

aggressivi darebbe luogo a corrosione localizzata.

Per lo stampaggio vengono effettuate tante piccole lavorazioni per via del ritorno elastico.

Normalizzazione: si porta l’acciaio ad una temperatura superiore ad A3 lasciandolo per un tempo

sufficiente per completare l’austenizzazione e viene raffreddato in aria.

Viene usata con gli acciai ipoeutettoidici.

Non viene lasciato per troppo tempo a riscaldare perché piu lo si riscalda piu grossi saranno i

grani.

Bonifica: Tempra e rinvenimento

Riscaldare acciaio a 50 gradi sopra ad A3 e raggiunta la completa austenizzazione lo si raffredda a

velocità suoperiore alla velocità critica di raffreddamento.

Fa si che la martensite sia in tutto il materiale.

06/05/2024 DESIGNAZIONE ACCIAL

Lezione 07/05/2024 con Prof. Angelo Borroni

Ciclo di vita dei materiali: ragionare in termini di ciclo di vita, si parte dalle risorse, che passando da

uno stato fondamentale, nei metalli si passa dal liquido, nei polimeri dallo stato plastico, questo

stato si chiama stato formabile, poi si da liquido si passa allo stato solido e gli si da una geometria

(tecnologie di formatura), poi lo si lavora, non aggiungendo e non togliendo nulla attraverso le

deformazioni plastiche, e si cambia così la struttura geometrica, poi si cambia la struttura interna,