Appunti Materiali metallici

DIFETTI PUNTIFORMI

La presenza di un eccesso di vacanze provoca un

effetto rafforzante: infatti si formano degli agglomerati

di vacanze, i clusters, che distorcono elasticamente il

reticolo cristallino. Ciò comporta il rafforzamento del

materiale. Quando una dislocazione incontra tali

difetti può scavalcarli solo se si applica una

sollecitazione supplementare che macroscopicamente

si traduce in un aumento del limite elastico.

Il punto numero 3 è il valore di densità di dislocazioni I clusters si formano se si induce nel materiale un

critico in cui si hanno le prestazioni minori. aumento del numero delle vacanze. Questo si può

La relazione che collega il limite elastico del materiale ottenere mediante le tecniche di:

con la densità delle dislocazioni: TEMPRA da ELEVATA TEMPERATURA

= + ∙ ∙ ∙ √

0 Scaldando il materiale, il numero di vacanze aumenta,

Dove: se poi questo viene temprato risulta che, ad una bassa

- è la sollecitazione richiesta per muovere le

temperatura, ho un numero di vacanze superiore

dislocazioni; rispetto al numero dettato dall’energia libera di Gibbs.

- è lo sforzo critico di taglio del materiale ricotto;

0

- è il coefficiente di incrudimento che dipende dal DIFFUSIONE, DISPERSIONE e FIBRE

tipo di reticolo e dalla composizione del materiale; Rafforzamento per Diffusione: Fine precipitazione

- è il modulo del vettore di Burgers;

dispersa ottenuta per reazione gas-metallo.

- è la densità delle dislocazioni;

Ad esempio:

- è il modulo elastico tangenziale.

a. La nitrurazione, dove diffondo l’azoto nel

Questa relazione è strettamente legata alla legge di materiale e lo rafforzo perché questo forma sulla

Hall-Petch; quindi, vi è un legame tra la densità delle superficie una seconda fase;

dislocazioni e le dimensioni dei grani, perché se ho più b. La carbocementazione, dove diffondo il carbonio

bordi grano ho anche più dislocazioni. Le dislocazioni dentro il ferro attraverso la superficie, scaldo il

nascono dai bordi grano, se ho più dislocazioni materiale perché aumentando la temperatura

aumenta la densità, la sollecitazione dall’esterno e lo aumenta il coefficiente di diffusività e poi perché

snervamento del materiale. devo far arrivare il ferro alla configurazione CFC

La densità delle dislocazioni non dovrebbe superare i quindi comunque fino ai 911°.

12 13 3

valori di , altrimenti il metallo

10 − 10 / Rafforzamento per Dispersione: Il componente che

diventa troppo fragile. ha subito l’invecchiamento va utilizzato a temperature

INCRUDIMENTO più basse rispetto a quella di invecchiamento

Facendo più prove sullo stesso materiale, si ottengono: (altrimenti i precipitati tramutano in incoerenti), ma

incrementi della tensione di snervamento e riduzioni se voglio utilizzarlo a temperature più basse nel

delle deformazioni. Il problema è che, appena metallo liquido viene dispersa una fase insolubile, che

superato il limite elastico, il materiale si rompe subito, durante la solidificazione rimane inalterata e

perde cioè la riserva plastica, diventa più resistente ma finemente distribuita. Questo materiale offrirà

anche estremamente fragile. Sono state create resistenza sia a temperatura ambiente che ad alta

talmente tante dislocazioni che sono tutte bloccate, il temperatura.

materiale non riesce ad entrare in campo Rafforzamento con fibre: Le fibre sono composte di

elastoplastico. Il materiale è stato incrudito o

→ un materiale ceramico e se inserite in una matrice

deformato a freddo. metallica la rafforzano fino a 5-10 volte. Infatti, le

Calano duttilità e tenacità. microcricche delle fibre non trovano propagazione

La risposta del metallo alla nella matrice e le fibre sono di ostacolo al movimento

deformazione a freddo è data dal delle dislocazioni.

coefficiente di incrudimento :

=

Maggiore è la pendenza della

curva, quindi maggiore è ,

maggiore è la velocità con cui il

materiale si rafforza quando si

deforma. La configurazione a

esagonale compatto ha coefficiente di incrudimento

più basso, mentre quella CFC ha il più alto, perché

avendo più piani di scorrimento le dislocazioni

10. INCRUDIMENTO e RICRISTALLIZZAZIONE

In poche parole, a seguito della deformazione plastica

1. INCRUDIMENTO (richiami) si ha un riscaldamento del materiale, che comporta lo

L’incrudimento è un fenomeno dovuto ad un scivolamento dei grani. Il riscaldamento sarà

incremento del numero di dislocazioni dalla maggiore nella zona centrale, nella quale avviene la

deformazione stessa: le dislocazioni interagendo tra strizione.

loro risultano meno mobili, poiché il carico di ALLINEAMENTO e DEFORM.

snervamento aumenta. di SECONDE FASI

Ogni fase (anche estranea) che sia presente nel

materiale viene deformata durante il processo.

Si possono avere inclusioni facilmente deformabili o

fragili. Le prime seguono la direzione di deformazione,

mentre le seconde se dure innescano degli intagli o

microcricche nel materiale. In entrambi i casi quando

il materiale viene sottoposto a sforzi in esercizio

dobbiamo tenere presente il fattore di intaglio dovuto

alla discontinuità presente nel materiale.

3. La RICRISTALLIZZAZIONE

2. LAVORAZIONI a FREDDO Formazione di nuovi grani cristallini nel materiale

solido, è un processo attivato dalla temperatura, che

TECNOLOGIE di DEFORMAZIONE a FREDDO affina la grana cristallina, aumenta la tenacità e

Molte sono le tecniche utilizzate per deformare un rafforza il materiale.

metallo. La grandezza che si cerca sempre di misurare EFFETTO del RISCALDAMANETO dopo

è la: la DEFORMAZIONE a FREDDO

−

0

% = × 100 L'energia libera di un materiale deformato a freddo è

0

Dove e sono le sezioni del semilavorato prima e maggiore di quella di un metallo ricotto di una

0 quantità approssimativamente uguale all'energia di

dopo deformazione. deformazione accumulata. Il materiale deformato si

Il volume rimane lo stesso, questa formula tiene conto trova in uno stato di equilibrio metastabile e cercherà

delle variazioni delle sezioni. Deformando il materiale di evolvere verso lo stato stabile riorganizzandosi,

si è rafforzato, però ha perso duttilità, cioè avrà una prima in una configurazione di minore energia

capacità di deformarsi ridotta. Non si riesce a

→ ed in un secondo tempo riducendo, in diversi stadi, la

deformare al 100% il materiale, poiché la massima densità di difetti per unità di volume.

percentuale di deformazione a freddo è circa l’80%. Si formano nuovi grani cristallini se il materiale viene

Tecniche di deformazione del materiale: scaldato ad una temperatura pari a circa lo 0,4 della

a. Laminazione; temperatura assoluta di fusione del metallo (a freddo,

b. Forgiatura; quindi). Questi grani sono piccoli (rafforzamento per

c. Trafilatura; affinamento del grano), privi di dislocazioni e

d. Estrusione; orientati in maniera casuale. Mi libero delle

→

e. Imbutitura; dislocazioni, quindi posso deformarlo nuovamente, e

f. Stiropiegatura; aumenta la tenacità (posso superare il limite

g. Piegatura. dell’80%).

MICROSTRUTTURA dei METALLI Esempio di una lega di ottone (rame e zinco)

LAVORATI a FREDDO deformato a freddo del 33%: Nuovi cristalli si formano

La risposta media ad una lavorazione a freddo di un a 580° dopo 3 secondi a partire dai bordi grano. (È

materiale con una grana equiassica è simile in tutte le proprio la temperatura a promuoverne la formazione.)

direzioni; quindi, le caratteristiche del materiale sono Mantenendo i 580°, dopo 4 secondi, si nota che la

isotropiche, cioè uguali in tutte le direzioni. Riducendo struttura del materiale di partenza è parzialmente

lo spessore, però, durante la lavorazione, i grani si cambiata, dopo 8 secondi la struttura è cambiata

allungano, di conseguenza la grana non sarà più totalmente. I grani di partenza sono totalmente

→

equiassica, ma presenterà grani allungati nella sostituiti da grani più piccoli, equiassici e privi di

direzione in cui avviene la deformazione. Il dislocazioni. Se, però, aumenta il tempo del

→

materiale assume una microstruttura fibrosa, presenta trattamento termico, la diffusione viene stimolata e i

una tessitura nella quale i grani tendono ad essere grani aumenteranno di dimensione, il che non è

orientati nella stessa direzione, il materiale diventa vantaggioso per il rafforzamento, in quanto vi è una

anisotropo, cioè le proprietà meccaniche non sono perdita di proprietà meccaniche, che sono migliori

uguali in tutte le direzioni, variano a seconda della all’inizio dopo 8 secondi poiché lo snervamento è più

direzione che si considera. alto e quindi anche la tenacità è maggiore.

variazione è possibile osservarla dopo la

Perché all’aumentare del tempo, i grani più grandi ricristallizzazione.

consumano quelli più piccoli? Perché la superficie di

bordo grano (e quindi l’energia) si riduce. CONTROLLO della RICOTTURA

La legge che regola l’ingrossamento del grano in Più piccoli sono i grani del materiale di partenza, più

relazione al tempo e alla temperatura è: veloce è la ricristallizzazione (Maggior numero di

bordi grano.)

− =

Dove: Vi sono tre importanti fattori che devono essere

considerati quando si sceglie un trattamento termico

c. è il diametro del grano al tempo

; di ricottura:

d. è tipicamente 2;

1. La temperatura di ricristallizzazione;

e. è il diametro del grano al tempo

= 0;

2. La dimensione dei grani ricristallizzati;

f. è il coefficiente dipendente dal materiale e dalla

3. La temperatura di ingrossamento del grano.

temperatura;

g. è il tempo trascorso.

La ricristallizzazione dipende da una molteplicità di

Ovvero, il coefficiente è uguale alla differenza del variabili di processo:

diametro finale con quello iniziale, ovvero alla a. La temperatura di ricristallizzazione decresce

temperatura = 0. quando la percentuale di deformazione aumenta.

Una più elevata percentuale di deformazione rende

RICRISTALLIZZAZIONE il metallo meno stabile e favorisce la nucleazione

Sperimentalment