Tecnologia dei materiali e chimica applicata

Tecnologia dei Materiali

CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI

METALLI

• PROPRIETÀ MECCANICHE
• RIGIDI
• RESISTENTI
• DUTTILI
• RESISTENTI ALLA FRATTURA

Queste proprietà meccaniche ne giustificano l’ampio utilizzo nell’industria

• ALTRE PROPRIETÀ:
• ALTA DENSITÀ
• CONDUCIBILITÀ TERMICA
• CONDUCIBILITÀ ELETTRICA
• LUCENTEZZA
• NON TRASPARENTI ALLA LUCE VISIBILE
• ALCUNI METALLI HANNO PROPRIETÀ MAGNETICHE

CERAMICI

Sono per la maggior parte costituiti da ossidi, nitruri e carburi.

CERAMICI TRADIZIONALI:

Ottennuti dalla cottura di minerali argillosi (cemento e vetro)

• PROPRIETÀ MECCANICHE
• DURI
• FRAGILI

• ALTRE PROPRIETÀ:
• ISOLANTI TERMICI E ELETTRICI
• TRASPARENTI, TRASLUCIDI O OPACHI
• ALCUNI OSSIDI CERAMICI MOSTRANO PROPRIETÀ MAGNETICHE

CALCOLO DELLA DENSITÀ TEORICA

V_C = volume della cella unitaria N_A = numero di Avogadro (6,022 x 10²³ atomi/mole)

NB:

• m (CFC): 4
• m (CCC): 8
• m (ESC): 6

SISTEMI CRISTALLINI

Si definisce un sistema di coordinate xyz con origine in uno degli atomi della cella unitaria. La geometria della cella unitaria è completamente definita mediante sei parametri:

• le lunghezze degli spigoli: a, b, c
• gli angoli: α, β, γ tra gli spigoli

DIFETTI DI SUPERFICIE

I difetti di superficie sono zone di confine bidimensionali che separano regioni di materiale aventi differente struttura cristallina e orientamento cristallografico.

SUPERFICI ESTERNE

Sono delle superfici in corrispondenza delle quali terminano le attivazioni nel cristallo.

Gli atomi superficiali non hanno il massimo numero di legami e per questo hanno un energia più alta, chiamata energia di superficie 5J/m².

I materiali per ridurre questa energia tendono a ridurre l'area superficiale il più possibile, ad esempio le gocce tendono ad assumere una configurazione che occupa l'area minima.

BORDI DI GRANO

Il policristallio è in questa regione di confine che separa due cristalli con una differente orientazione cristallografica, gli atomi occupano posizioni irregolari.

Si distinguono bordi di grano di piccolo (basso angolo) nei quali il disallineamento è contenuto a pochi gradi piccoli e bordi di grano ad alto angolo nei quali il disallineamento è costituito da un angolo più grande.

Gli atomi in questa superficie hanno energia maggiore per lo stato non brillante degli atomi ai margini, l'energia è maggiore per i bordi di alto angolo.

CONFINI DI FASI

Sono superfici di separazione fra fasi differenti.

PIANI GEMINATI

È un particolare bordo di grano nel quale le regioni vicino al bordo hanno simmetria speculare.

Deformazione Elastica

Comportamento Sforzo-Deformazione

La legge che mette in relazione sforzo e deformazione è chiamata legge di Hooke:

σ = E ε

La costante E è chiamata modulo di Young e varia da materiale a materiale

La deformazione dove la deformazione e lo sforzo sono direttamente proporzionali è chiamata deformazione elastica; ponendo nelle ascisse la deformazione e nelle ordinate lo sforzo si ottiene una retta la cui pendenza definisce il modulo elastico (modulo di Young).

L'applicazione del carico fa muovere la curva (retta) verso l’alto, il rilasci all carico fa sì che la curva rientra a ritroso

Esistono materiali (come il calcestruzzo) i quali non hanno una curva lineare per la deformazione elastica; in questo caso si usa la tangente o la secante per ottenere i moduli tangente e secante.

Il comportamento elastico di un materiale è influenzato dal tipo di sforzo applicato (tensione, compressione o taglio). In caso di sollecitazione di curva è la stessa per la compressione e la trazione.

Gli sforzi e la deformazione di taglio sono invece legati dalla relazione:

τ = G γ

Dove G è il modulo di taglio (analogo alla curva).

Prova di Compressione

La prova di compressione è molto simile alla prova di trazione normale per il fatto che la forza applicata per convenzione assume segno negativo ed il provino subisce una compressione. La prova di torsione è largamente più diffusa di quella di compressione in quanto non fornisce significative informazioni oggettive riguardo le proprietà del materiale preso in esame. Per la prova di compressione rimanda quindi:

σ = -_F₀/_A₀ e ε = _{l₀ - l₀ - Δl}/_l₀

Prove di Taglio o di Torsione

Sono prove nelle quali viene applicata una forza di taglio. La prova di taglio è dato da:

τ = _F/_A₀. La forza è quella parallela alle facce superiore e inferiore del provino, ognuna delle quali di superficie A₀.

La deformazione γ è dato dalle tangente all'angolo della deformazione θ.

Le prove di torsione modificano il movimento di rotazione intorno all'asse longitudinale del provino. La prova di torsione è non compreso della prova di taglio puro, e a la prova di un elemento dél sulla struttura avviene sollecitato a torsione.

Valutazione della tenacità a frattura

Per valutare la tenacità a frattura dei materiali sono state messe a punto diverse prove. Le prove consistono nel creare un difetto voluto in un provino e poi sollecitare il provino con una certa velocità di carico.

Prove di Charpy e Izod

Poiché i risultati della prove di trazione in laboratorio non potrebbero descrivere con precisione il comportamento a frattura di tutti i materiali, furono messe a punto delle prove in cui 1) avvenga la deformazione a temperatura relativamente bassa 2) la deformazione avviene ad alta velocità 3) le condizioni di sforzo siano triassiali ottenibili con un intaglio. Fra queste consideriamo la prova Charpy e la prova Izod. Queste prove vengono ancora utilizzate per valutare l’ energia di impatto (resilienza all’impatto).

Svolgimento della prova

• Si effettuano un intaglio a V su un provino di sezione quadrata.
• Il provino viene posizionato alle lame di un martello a pendolo; il carico viene applicato in forma di impatto tramite il martello.
• Al momento del rimbalzo un cattello montato nel pendolo
• collide e rompe il provino.
• Si prende parte da m all’arrivo e si legge di sotto raggiunge: dalla parte riportata in alto l’ammontare di energia assorbita viene espressa in base alla differenza fra h e h’ Le differenza tra Charpy e Izod sta nel modo in cui si posiziona il provino

Fattori che influiscono sulla vita a fatica

Sforzo medio

Altro aumento dello sforzo medio comporta la diminuzione della vita a fatica.

Effetti di superficie

Poiché lo sforzo è maggiore in corrispondenza della superficie, la maggior parte delle cricche viene innescato a causa della presenza di irregolarità allo sforzo pressenti nella superficie. La gestione di questi fattori influisce molto sulla vita a fatica.

Fattori di progetto

Più accentuato un intaglio è meno discontinue più probabile le concentrazioni di sforzo né al caso.

Si può ridurre la probabilità di rotture per fatica aumentando nel componente strutture temprado campi di tensione tali impieghi onde costrittività la ricerca economi più garantisce una migliore resistenza a fatica.

• a)
• b)

La vita a fatica di un albero motore può essere migliorata con l'impiego di raccordi arrotondati (b) al posto di angoli vivi (a).

Trattamenti superficiali

Durante le lavorazioni alle macchine si introducono inevitabilmente graffi e solcature nella superficie. La superficie infine può essere funzionare di una maggiore stabilità delle irregolari microstrutture carici oloro vernici amplia carichi dei tracci. Entro una cerchie ridotte sovra di microfortature rigide: tal micro infiltracione mine localmente sinformente avviene una ral adustione se confermare e creano delle ultime caratteristiche guarnente l'altere monadica supposizione sinfortera in accranimole criticità figure parte. Tutori o azionamenti è lambiri aggrottati resistenza a fan resistenza micro di corone da carioni e obmac le ivsore.