Riassunto esame Scienza e tecnologia dei materiali, Prof. Borgioli Francesca, libro consigliato Materiali per il design, Barbara del Curto

Deformazione plastica per moto delle dislocazioni

All'aumentare della densità delle dislocazioni aumentano le loro interazioni. In conseguenza di tali interazioni le dislocazioni possono bloccarsi, cosicché il loro movimento risulta ostacolato. È necessario applicare uno sforzo più elevato per deformare ulteriormente il materiale.

Meccanismi di rinforzamento dei metalli

Le proprietà di molti materiali possono essere modificate attraverso variazioni della loro microstruttura. La modifica delle proprietà rende il materiale meglio rispondente a determinate specifiche di progetto. Per le leghe metalliche, data la rilevanza dei fenomeni di scorrimento e deformazione plastica, la modifica delle proprietà meccaniche ha lo scopo di aumentare la resistenza a snervamento.

Incrudimento e ricristallizzazione durante il processo di laminazione

Proprietà principali dei metalli:

• Ferro
• Rame
• Alluminio
• Titanio
• Magnesio

Leghe

—> materiale a carattere metallico risultante dalla combinazione di due o più metalli, o di uno o più metalli con elementi a carattere non metallico. Leghe

• I metalli puri sono tendenzialmente molli e molti tendono a corrodersi rapidamente;
• Per ottimizzare le proprietà, la maggior parte dei metalli comunemente usati sono miscele di due o più elementi metallici (metallo + metallo o metallo + non-metallo);
• Una miscela solida di un metallo con uno o più altri metalli o con uno o più non-metalli è detta LEGA.

Produzione dei metalli

• Metallurgia: la scienza e la tecnica che si occupano dell'estrazione dei metalli dai minerali (o dai composti) che li contengono, della loro raffinazione, lavorazione e trasformazione in prodotti industriali;
• Siderurgia: l'insieme delle tecniche che hanno per scopo la produzione e la prima lavorazione del ferro, della ghisa, dell'acciaio e delle ferroleghe, no alla

produzione di semilavorati qualilingotti, billette, lamiere, ecc.

Principali leghe e comparti di lavorazione

Processi di metallurgia estrattiva

1. Processi pirometallurgici, ottenendo in genere il metallo allo stato liquido;
2. Processi idrometallurgici, attraverso trattamento con soluzioni acquose capaci di sciogliere il metallo (operazione di lisciviazione), dalle quali si provvede al recupero del metallo mediante precipitazione o per via elettrolitica;
3. Processi elettrometallurgici, mediante dissoluzione dell'anodo, costituito da un composto del metallo, e precipitazione al catodo del metallo da estrarre.

Pirometallurgia del Fe: siderurgia

1. Produzione della ghisa grezza nell'altoforno: Si tratta di una reazione di decomposizione di un ossido metallico (riduzione degli ossidi). Come agente riducente si usa il carbonio come ossido di carbonio o come carbone. La scoria o loppa è composta da ossigenati che formano una massa liquida che galleggia sulla ghisa.

Produzione dell'acciaio: convertitori ad ossigeno:

Circa il 50% dell'acciaio grezzo prodotto è ottenuto dal riciclaggio di acciaio.

Processi di acciaieria

Colata in lingottiera e colata continua:

Laminazione:

Diagramma di Fase

Ferro-Carburo di Ferro: Il Ferro

Ferrite: nome dato alla struttura cristallina del ferro BCC che può apparire come α e δ —> struttura cubica a corpo centrato.

Austenite: nome dato alla struttura cristallina del ferro FCC.

Cementite: composto duro e fragile simile alla ceramica Fe3C che, se

Perlite: microcostituente lamellare bifase, contenente ferrite e cementite, che si forma in acciaio arredati in modo normale e trasformati isotermicamente a temperature relativamente elevate.

Proprietà meccaniche degli acciai al C

Le proprietà sico-meccaniche degli acciai dipendono da diversi fattori, principalmente dalla composizione chimica e dai trattamenti termici e meccanici precedentemente subiti.

Variano abbastanza regolarmente

al variare della percentuale di carbonio. ff fiModi care le proprietà di un materiale metallico senza andarea modi care la struttura chimica:

Opportuni trattamenti termici per incrementare e modi care alcune proprietà meccanichedell’acciaio senza modi carne la composizione chimica.

Ricottura: riscaldamento seguito da un lento ra reddamento.

Ricottura di distensione o di lavorabilità: UNI EN 10052: trattamenti termici eseguiti con ciclidiversi caratterizzati essenzialmente da riscaldamento nella regione austenitica, permanenzaprolungata a tale T e successivo ra reddamento lento, su ciente per determinare nella massa letrasformazioni volute. La ricottura annulla tutti gli e etti dovuti a trattamenti termici o meccaniciprecedenti (deformazioni plastiche). Uniforma, inoltre, la composizione chimica eliminando, inopportune condizioni, l’incrudimento del materiale aumentandone la duttilità (addolcimento).

Ricottura di omogenizzazione detta anche di

RINVENIMENTO

Per evitare la rottura dopo tempra, si fa il processo di riscaldamento di un acciaio martensitico (avviene dunque dopo la tempra) e viene effettuato ad una temperatura inferiore di quella eutettoidica con lo scopo di rendere l'acciaio meno duro e resistente ma al contempo più duttile e tenace.

Tempra + rinvenimento —> BONIFICA.

Trattamento chiamato toffi ff fi fi fi ff fi ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff <

duttilità e resilienza;

2. Non possono essere temprati in profondità;

3. Bassa resistenza alla corrosione e all'ossidazione;

4. Devono essere temprati velocemente con possibile formazione di cricche e deformazioni;

5. Bassa resilienza a bassa temperatura.

Sviluppo di acciai legati che costano più degli acciai al carbonio ma che, per molte applicazioni, sono gli unici che possono soddisfare le specifiche costruttive. Questi acciai, detti di qualità, hanno un basso tenore di C (<0.1%) e possono essere addizionati di Mn, Ni, Cr, Mo, W ma anche V, Co, Si, B, Cu, Al, Pb, Ti e Nb.

Acciai inossidabili (inox)

Acciai legati al Cr o Cr-Ni con un tenore di Cr non inferiore al 12% che possiedono una buona resistenza alla corrosione da parte di agenti atmosferici e di soluzioni acide ossidanti. La denominazione fa riferimento alla capacità di mantenere in aria una superficie lucida ed esente da corrosione anche per molto tempo: sottilissimo strato di Cr O superficiale (decine

Di nm)2 3Nell'ambito della famiglia degli acciai inossidabili si possono distinguere, sulla base della loro microstruttura:

• Acciai inossidabili austenitici;
• Acciai inossidabili austeno-ferritici (o duplex);
• Acciai inossidabili martensitici.

GhiseVantaggi rispetto agli acciai:

• T di fusione inferiori;
• uidità molto più elevata;
• separazione del C come gra te (ritiro e riempimento stampi)

Svantaggi rispetto agli acciai:

• bassa resistenza e duttilità.

Il carbonio si troverà come gra te o legato nella cementite a seconda della composizione chimica e della velocità di ra reddamento

GHISE BIANCHE:

1. il C forma carburi

Sono molto dure e fragili e le loro applicazioni dirette sono assai ristrette e limitate alla fabbricazione di pezzi con forte resistenza all'usura per abrasione;

GHISE GRIGIE:

1. il C in buona parte come gra te. Presentano una grande uidità e facilità di riempire forme anche complicate. Sono

inoltre assai facilmente lavorabili alle macchine utensili poiché le lamelle di gra te favoriscono la rottura del truciolo e agiscono da lubrificante;

GHISE SFEROIDALI:

1. la gra te cristallizza in sferoidi. Combina i vantaggi di facile ottenimento di getti della ghisa grigia con i vantaggi tecnologici dell'acciaio (elevata resistenza meccanica, tenacità, duttilità, lavorabilità a caldo e temprabilità).

Leghe ferro-carbonio con C > 2.06%, < 4% con Si tra 1 e 3%.

Alluminio:

• Metallo bianco argenteo con densità 2,7, molto leggero.
• Comportamento duttile;
• Buona conducibilità elettrica;
• Alto potere riflettente (90%);
• Utilizzato all'interno di lampade o connettori solari;
• Alluminio puro caratterizzato da un modulo pari a 70 GPa;
• Non magnetico.

Leghe alluminio_rame (serie 2000)

Leghe alluminio_zinco (serie 7000)

Rame:

Proprietà antibatteriche

1. Fonderia —> oggetti monolitici di forma complessa versando il metallo allo stato liquido in uno stampo che è il negativo del prodotto da realizzare;
2. Deformazione plastica —> forgiatura, laminazione, estrusione, tra latura. Applicazione di una forza esterna che deve superare un certo carico di snervamento. Carico superiore a quello di snervamento;
3. Metallurgia delle polveri;
4. Lavorazione all'utensile.

Fonderia:

Caratteristiche materiale stampo:

Fusione a cera persa:

Deformazione plastica: