Appunti Metallurgia e Materiali non Metallici

Metallurgia e Materiali Non Metallici

I vari materiali possono essere classificati in base alla struttura atomica e alla composizione chimica.

• Metalli e leghe metalliche: elementi e leghe metalliche, buona conducibilità elettrica e termica, resistenza e duttilità elevate.
• Materiali polimerici: materiale plastico e gomme, composti organici con struttura molecolare molto grande, bassa densità e resistenze non molto elevate.
• Materiali ceramici: composti tra metalli e non metalli, hanno caratteristiche intermedie tra metalli e i non metalli, sono resistenti agli agenti corrosivi e ad alte temperature, durezza fragile, tipicamente isolanti termici ed elettrici.
• Materiali compositi: costituiti da matrice e rinforzo.
• Semiconduttori: intermedi tra conduttori ed isolanti elettrici e le cui proprietà dipendono dalla presenza di impurità.
• Biomateriali: materiali che possono essere utilizzati all'interno del corpo umano.

Ingegneria dei materiali: Lo stretto connessione materiale-progettazione-processo-prestazioni va valutato attentamente nella scelta del materiale e della tecnologia più idonea per realizzare un determinato componente.

A partire dalla rivoluzione industriale gran parte delle risorse sono state trasformate in materie e poi in prodotti in un ciclo a percorso conseguimento evidente. L'impatto ambientale non sempre sostenibile.

Il contenuto delle materie prime trovata riscontrato di ore ristretto nel globo e strettega. La richiesta di materiali ingegnerizzati è quadruplicato negli ultimi 50 anni e si prevede il raddoppio in 20 anni.

Distanza interatomica e raggio atomico

Frequentemente i reticoli cristallini sono rappresentati mediante modelli a sfere rigide tangenti: sarà un raggio pari alla metà della distanza interatomica.

Centro dei atomi dello stesso elemento. Possiamo costruire un piano di massima densità, in cui sfere si rapprezzano un elemento in cui sono tangenti 6 atomi dello stesso elemento. Per costruire un solido secondo questo principio sarà necessaria la disposizione e sovrapposizione del secondo piano ripetuto al distanza del primo piano e e la ripetizione e sovrapposizione del secondo piano e e la ripetizione di uno esagono che gira su una cerca esagono compatto. Ad ogni occurrso sono tangenti 12. Per raggiungere il numero di coordinazione (12) piani di massima densità (A-B-C-A-B-C)

Possiamo sovrapporre 3 piani di massima densità

Sarà quindi formato un reticolo cubico a facce centrate. Possiamo osservare un singolo unitario che è un cubo. Nel caso del reticolo cubico può essere costruito piano-simmetriche.

Gran parte dei metalli ha reticole cristallino cubico, esagono compatto: magnesio. Esistono però eseri reticoli, ed esempio esistono reticoli cubici meno compatti, detti a corpo centrato, che hanno come numero di coordinazione 8. Esempi di metalli con questo struttura sono il ferro e il cromo.

Non tutti gli elementi hanno un solo reticolo cristallino, comuni od esempio ‘e ferro e titanio, che variano reticolo in base alla temperatura.

il ferro può presentare struttura cristallina a corpo compatto a temp. ambiente, e tra 912°C e 1349°C ha una struttura a massima densità, cioé reticolo a facce centrate. Il titanio si comporta in numeruni simile. Con il raffreddamento si formano dei cristalli. Questo fenomeno viene detto polimorfismo.

In molti metalli in formano su bord cristallene, vengono delle monocristalli, il cristallo si pozve deve in 3 dimensioni, mio speeo longro vant similaire.

Coefficiente di Diffusione

La mobilità degli atomi è indicata da un parametro detto coefficiente di diffusione.

D = D₀ e^-Q/RT

• T = temperatura
• D₀ = costante [m²/s]
• R = costante dei gas
• Q = energia di attivazione

L'energia di attivazione del processo diffusivo è ed è barriera di energia che un atomo deve superare per passare da una posizione di equilibrio ad un'altra.

Bassa. L'energia di attivazione per un reticolo CFC è più rispetto ad uno con un reticolo BCC, a parità di temperatura. Esempio: cromo e ferro, la diffusione è più bassa in FCC.

La diffusività varia anche in base al meccanismo di diffusione. Prendiamo come esempio il ferro. Il carbonio si muove con una velocità elevata e incrementando la temperatura, raggiungeremo dei pregi di diffusione ad elevamento.

Uno dei processi usati per mettere in evidenza la diffusione è il cementare. Vengono usati metalli con poco carbonio. Appena si prende un componente che si vuole cementare e lo si mette in forno a 900°C (nel CCC), in questo forno abbiamo un'atmosfera che permette di dare quantità di carbonio gassoso sulla goccia dell'ingranaggio. Avremmo avviato un pregi di diffusione la presenza di atomi di carbonio è bassa, e si trova tutta sulla superficie del pezzo. Da realizzando tra le pregi di diffusione aumenta, assieme all'aumento del carbonio per temperatura, dipenderà in diffusione e la % di carbonio nel pezzo. Lo dipenderà essendo temperatura e di pendenza di tipo Arrehemius.

Dislocazioni

Difetto reticolare nella regione circostante una linea, in genere curva, che si sviluppa entro un reticolo cristallino. La linea di dislocazione è una serie di atomi che delimitano la regione dove è avvenuto lo spostamento.

Abbiamo compressione quando gli atomi hanno una distanza troppo piccola, se contrario avremo uno stato di tensione.

Il reticolo cristallino è bidimensionale. Oltre la dislocazione a spigolo abbiamo la dislocazione a vite. La dislocazione mista è curva e un insieme delle dislocazioni a spigolo e a vite.

Sollecitazioni assiali e non-assiali

Le sollecitazioni assiali sono delle sollecitazioni fatto ad esempio lungo l'asse del cilindro e si esprimono con forze uguali e opposte. Possono essere trazione oppure compressione. È possibile avere delle sollecitazioni non assiali, in cui le direzioni variano in modo uniforme su tutta la superficie del pezzo. Abbiamo la torsione oppure flessione oppure taglio.

_{Torsione F}

Direzione perpendicolare alla superficie:

• Verso uscente dal volume
• Modulo σ = F/A₀

Modulo di Young (MPa oppure N/mm²)

Deformazione ingegneristica, Modulo: ^E(l - l₀)/₀ = Δl/l₀

Durante la deformazione elastica fino al punto di inizio della plasticizzazione. Questo viene detto modulo di elasticità, o modulo di Young E=Δσ.

Durante una deformazione elastica gli atomi si muovono e poi tornano nella posizione iniziale.

Sotto azione di una sollecitazione prolungata osserviamo una deformazione plastica.

Prova di trazione

Le proprietà meccaniche dei materiali testati. Consiste nel prendere effettivamente un campione di cui la dimensione ingegneristica è rilevante rispetto a quella trasversale.

• Aree fragili: servono per montare le provette sono o resa o sicurezza.
• Tratto utile: tratto a diametro minore, zona in cui di rottura ad natura.

Di dimensioni sono normative (ISO). Le prove.

Eseguito su macchina universale di prova.

Per controllare lo spostamento relativo ΔL.

Maggiore distorsione reticolare e raggruppamento con particelle grandi

Particelle incoerenti (immaginabili) ma possono essere tagliate delle vibrazioni, non possono essere superate se non meccanismo di crescita. A pari volume di particelle, maggiore rafforzamento di particelle fini ed omogeneamente distribuite.

Prove di durezza

La durezza è la resistenza alla deformazione plastica. Possiamo eseguire diversi tipi di prove relative alla durezza, ad esempio durezza all'improntatura, all'incisione, di rimbalzo, di scalfittura e di taglio.

Prova di durezza per improntatura

Consistono nell'applicazione di un carico di compressione ad un penetratore, appoggiato al pezzo. Sede del penetratore e carico sono perpendicolari alla superficie del pezzo. La durezza del penetratore deve essere molto maggiore della durezza del pezzo in esame. Dopo ciò, determiniamo una grandezza geometrica dell'impronta e calcoliamo il numero di durezza. Abbiamo delle esigenze in base allo sgorzo e del materiale del penetratore, al carico applicato, alla grandezza geometrica misurata ed al tempo di applicazione del carico.

Prova di durezza Brinell

Penetratore: sfera di acciaio temprato o a carbol di tungsteno.

Carico applicato: P. in esercizio a priori, è fissato P/D² dove d durata della disposizione del carico 10/15 s.

Velocità misure: 925/d

d/lgUso:

1210 g_k450