Appunti Affidabilità dei Materiali, Prof Natali

Affidabilità dei Materiali

Un materiale è affidabile quando resiste alle sollecitazioni meccaniche, alla temperatura, all’ambiente (es. corrosione) e alle radiazioni. Il parametro più significativo è sicuramente la resistenza meccanica.

Cristalli Ideali

Esistono 14 strutture base (reticoli di Bravais) in cui si suddividono i metalli metallici.

• * C.C.C. (Cubo a corpo centrato)
• * C.F.C. (Cubo a facce centrate)
• * E.C. (Esagonale compatto)

Queste 3 sono le più importanti perché vi si suddividono la maggior parte dei metalli metallici.

Il comportamento meccanico dei materiali dipende ampiamente dalle strutture cristalline, poiché ad esempio le direzioni di scorrimento e i piani di scorrimento sono le direzioni e i piani compatti della struttura cristallina. I metalli E.C. sono piuttosto fragili, i metalli C.F.C. sono in genere duttili, mentre i metalli C.C.C. coniugano buone resistenze meccaniche a buona duttilità.

Difetti nei Policristallini e Monocristalli

I difetti di impalcato nei materiali influenzano le proprietà degli stessi.

Difetti di Punto

• * Vacanze: È la mancanza di un atomo in una posizione di equilibrio del reticolo. Sono molto influenzate dalla T che agisce sull’agitazione molecolare. Eq. Arrhenius: Nᵥ = N₀ • e^-Q/RT dove Nᵥ è il numero di vacanze.
• * Interstiziali: È la presenza di un atomo in una posizione di non equilibrio interno al reticolo. Se l’atomo è lo stesso del reticolo si parla di autointerstiziale.
• * Sostituzionali: Presenza di un atomo diverso in una posizione di equilibrio reticolare.

I difetti di punto sono necessari all’innesco del processo della diffusione.

Affidabilità dei Materiali

Un materiale è affidabile quando resiste alle sollecitazioni meccaniche, alla temperatura, all'ambiente (es. corrosione) e alle radiazioni. Il parametro più significativo è sicuramente la resistenza meccanica.

Cristralli Ideali

Esistono 14 strutture base (reticoli di Bravais) in cui solidificano i metalli.

• * C.C.C.
• * C.F.C.
• * E.C.

Queste 3 sono le più importanti perché in esse solidificano il 90% dei metalli metallici.

Il comportamento meccanico dei metalli dipende ampiamente delle strutture cristalline, poiché ad esempio le durcità di scorrimento e i piani di sommersione sono le direzioni e i piani complessi della struttura cristallina. I metalli E.C. sono piuttosto fragili, i metalli CFC sono in genere duttli, mentre i metalli CCC consigliano buone resistenze meccaniche o buone duttilità.

Difetti nei Policristallini e Monocristalli

I difetti di impilaggio nei materiali influenzano le proprietà degli stessi.

Difetti di Punto

• * Vacanze = È la mancanza di uno atomo in una posizione di equilibrio del reticolo. Sono molto influenzate della che agisce sull'agitazione molecolare. Eq. Arrhenius: Nv = No·e^-Q/ET e il numero di vacanze.
• * Interstiziali = È la presenza di un atomo in una posizione di non equilibrio interna al reticolo. Se l'atomo è lo stesso del reticolo si parla di autointerstiziale.
• * Sostituzionali = Presenza di uno atomo diverso in una posizione di equilibrio reticolare.

I difetti di punto sono necessari all'inverso del processo delle diffusione.

Difetti di linea - Dislocazioni (comportamento alla deformazione)

Andando ad analizzare i meccanismi di scorrimento dei piani reticolari si è visto una grande discrepanza tra i dati teorici e i risultati sperimentali sulle tensioni di Taglio T, che nelle prove sono molto più basse delle teoriche. Questo fenomeno è spiegato dalle dislocazioni, ovvero sospesi di debolezza meccanica, messe in moto da un certo T datiato.

Queste sono dei difetti di distorsioni lineari generati da addensamenti di vacanze, deformazione plastica, e influenzano il comportamento del materiale.

Dislocazione a Spigolo

È lo mancanza di un semipiano (o la presenza di uno in più) nel reticolo cristallino.

Il vettore di Burgers b è la distanza che serve, nel cristallo reale, a chiudere il circuito come nel cristallo ideale.

Nelle dislocazioni a spigolo, b è ⊥ alla linea di dislocazione.

Le dislocazioni, sotto determinati sforzi, si possono muovere lungo i piani di scorrimento, ovvero quelli a più alto densità atomica.

In base alla loro mobilità, possiamo classificare il comportamento dei materiali:

• Bloccate - materiale fragile
• Poco mobili - materiale tenace
• Mobili - materiale duttile

Durante la deformazione plastica, le dislocazioni in moto generano ulteriori dislocazioni; per cui il moto è sempre più ostacolato dalla foresta di dislocazioni.

Il materiale diventa sempre più resistente (incrudimento).

La dislocazione induce uno stato tensionale: la zona dove c'è il semipiano in più è sollecitato a compressione, l'altro zona è sollecitato a trazione.

Difetti di superficie