(1/2) Tecnologia dei materiali e chimica applicata: L'acciaio

NATURA E PROPRIETÀ DEI MATERIALI

1. STRUTTURA ATOMICA
2. MODO IN CUI GLI ATOMI COORDINANO I LORO VICINI
3. MODO IN CUI LE FASI SI DISPONGONO NEL SOLIDO

I LEGAMI ATOMICI

Nei fluidi, atomi, molecole e ioni, si muovono liberamente grazie all’agitazione termica, nei materiali rigidi, questi costituenti occupano determinate posizioni spaziali. Gli unici movimenti sono le oscillazioni a termine intero alle posizioni di equilibrio.

• Atomi e ioni si pongono ad una distanza tale da raggiungere i valori MINIMI DI ENERGIA POTENZIALE

DIAGRAMMA CONDON-MORSE

• U_a - ENERGIA DI ATTRAZIONE
• U_r - ENERGIA DI REPULSIONE
• U_p - ENERGIA TOTALE = U_a + U_r

NB: L’energia totale del sistema ha un MINIMO in corrispondenza della distanza di equilibrio r = r_o

IL LEGAME IONICO

Un materiale è stabile se satura il distetto esterno per scambio ionico. Gli elettroni MIGRANO.

Es: (Cloruro di Sodio NaCl)

Per cessione e acquisito di elettroni di valenza si formano:

• CATIONI (ioni positivi)
• ANIONI (ioni negativi)

Analizzando le forze in gioco possiamo assimilare gli ioni al modello delle sfere rigide collegate attraverso una molla.

Equilibrio

r > r_o = Trazione

r < r_o = Compressione

Forza Attrazione: F_A = ^q2/_4πεor²

con ε_o = costante dielettrica

r = distanza ion-ion

F_A = ^q2/_4πεor²

Forza Repulsione: F_R = ^nB/_{r⁽ⁿ⁺¹⁾}

con n = esponente sperimentale, dipendente dal materiale

Le energie in gioco sono:

• Energia Ionica: U_i
• Energia di Attrazione: U_a
• Energia di Repulsione: U_r

U = ∫ F dr

U_a = ∫ ^q2/_4πεor² dr

U_r = - ∫ ^nB/_rⁿ⁺¹ dr = ^B/_rⁿ con n ≥ 1

U_a + U_i

Zona di energia < 0

Il legame è stabile

Oltre questo punto il legame tende a rompersi.

Energia Netta = U

U = U_i + U_a + U_r

U_i = costante

U_a = da -∞ a 0 e (atto)

U_r = da +∞ a 0 e (veloce)

Rianalizzando i modelli a sfera e rigide e la curva energia-distanza, facciamo alcune riflessioni:

U = f(r)

• + è grande EO + energia mi serve per rompere il legame + è remota di fusione
• F = - du/dr FORZA DI LEGAME
• S = - df/dr RIGIDITÀ DEL SISTEMA

Può costruire una curva F = ù du/dr FORZA DI LEGAME

S = ù df/dr RIGIDITÀ DEL SISTEMA

Tutte le proprietà meccaniche dipendono da:

1. ENERGIA di LEGAME
2. STRUTTURA CRISTALLINA - dipende dalla grana (legata al processo di produzione del materiale)

Il MODULO ELASTICO dà informazioni sull’elasticità di un materiale. Viene calcolato attraverso la legge di Hooke

σ = E ε   σ = F / A₀   ε = L - L₀ / L₀ = r - r₀ / r₀   E = σ / r₀

E = σ / r₀ MODULO ELASTICO

s₀ = rigidità calcolata nel punto di equilibrio

TEORIA DEI LEGAMI

dF = Sdσ FORZA (paradoso) INTENSA LEGAME

A = σ S (r - r₀) N₀

σ = E ε A   σ = F / A

1, 2, 3 = zone intermedie di NON COMPLETA SOLUBILITA'

E COMPOSIZIONE EUTETTICA (= fondo bene)

• Se si vuole calcolare la percentuale di α e β nell'eutettico considerare il segmento AB come 100. Ne verrà la % di β

METALLI CON COMPLETA INSOLUBILITA' ALLO STATO SOLIDO

Se la lacuna di miscibilità si espande fino a toccare gli assi delle ordinate, si ha completa insolubilità allo stato solido

PROVE MECCANICHE SUI MATERIALI METALLICI

Quando le leghe sono costituite da una soluzione solida (sia di sostituzione che interstiziale), vi è una possibile deformazione dei reticoli intorno all'atomo sostituito e interstiziale che produce una difficoltà nello scorrimento delle dislocazioni e quindi una MAGGIORE RESISTENZA

LEGA BIMETALLICA: FERRO - CARBONIO

ACCIAIO

ACIAIO DOLCE

ACCIAO DURO

Nel Fe α la solubilità del carbonio nel reticolo è estremamente bassa a causa del piccolo volume degli esagoni interstiziali.

Nel Fe γ il carbonio, 2 l'1,7% solidifichiamo in austenite.

Nel Fe γ l’f, più compatto del Fe α (γ anche se la struttura reticolare è più compatta ha dei k posizionali negli atomiti accogliere maggiore quantità di carbonio.

La Linina è una retberlo le_1,7% solidifichiamo la cementite.

Al sopra della 0,7 _% del carbonio la austenite egrega l'eccesso di carbonio sotto forma di cementite (Fe₃C).

In legho con meno dello 0,7% di carbonio, l’austenite si trasforma in ferrite.

A 1532°C, l’austenite rimasta (Fe_r) trasforma il volume in compose mente due fase nvent la forma di minissima laminella etopatte ferrite e cementite denominata PERLITE LAMELLARE che possiede resistenza elevate.

I liquidi al 1,73{ \%

solidifichimo a 1147°C e proroduyne ledosburite.

l ferro preents 2 modificazioni ALLOTROPICHE:

μ nelle 912°C posiede un reticolo c.c.c.

tete. γ tra qinc +1368°C