Appunti Metallurgia Meccanica

METALLURGIA MECCANICA

1. LA STRUTTURA DEI METALLI (1ª parte)

Ciò che contraddistingue i metalli è la combinazione tra la RESISTENZA e la TENACITÀ; infatti in natura esistono metalli più resistenti dell'acciaio (il quale è quello pìù utilizzato) ma sono pavidi e ceduti di tenacità, ovvero il materiale ha una duttilità sufficiente a deformarsi.

La caratteristica fondamentale dei metalli è che sono dei SOLIDI CRISTALLINI, ovvero gli atomi occupano posizioni reciprocamente ben definite, tanto che posso descrivere con modelli geometrici, detti RETICOLI CRISTALLINI:

• I punti, ovvero atomi, sono disposti, in 3D, in una configurazione particolare.
• La struttura più piccola che posso identificare è la CELLA UNITARIA, che ripetuta forma un reticolo.

Ipottizziano 3 piani paralleli diversi; escludendo questi ultimi e lasciando gli atomi, otteniamo una serie di atomi su un solo piano. Prendiamo come origine un punto e tracciamo 2 vettori, che giungono su 2 punti vicini di modulo "a" per la direzione x e di modulo "b" per la direzione y. Infine traccio il terzo asse (z) che giunge su un punto in un piano diverso ("c" è la distanza tra 3 punti): ottengo un sistema di riferimento, che se ripetuto, costituisce una cella unitaria. Le lunghezze a, b, c e gli angoli α, β, γ però non sempre sono uguali tra di loro. In effetti esistono diverse configurazioni (ve polo 7).

• Cubic (a=b=c)
• Tetragonale (a=b≠c)
• Ortorrhombico (a≠b≠c)
• Monoclìnico (a≠b≠c)
• Triclìnico (a≠b≠c)
• Esagonale (a=b≠c)
• OS = Ferro, rame, alluminio
• es. = martensite
• Trigonale (a=b≠c)...
• OS. = magnesio, titanio (puro)
• Esagonale perché piani paralleli 3 vicini, su forma esagonale

Non esistono metalli perfettamente cubici; poichè gli atomi si trovano o al centro del cubetto o sulla faccia, come esempio il ferro è un metallo ALLOTROPIO (con temperatura diverso cambio forma) Ho quindi i cosiddetti RETICOLI DI BRAVAIS, il cubo c'è la forma primitiva, a corpo cantata o pure a faccia cantata. Il tetragonale ha la forma primitiva a corpo cantata, mentre per l'esagonale vi è solo il primitivo.

• Esistono 2 tipi di impacchettamento degli atomi: chiuso aperto (dove c’è più spazio vuoto)

• gli spazi planari (dei triangoli) servono a far posizionare altri atomi

se lo apro :

otteniamo una configurazione esagonale (es. magnesio)

• strato A strato B strato A

Per la configurazione cubica a facce centrate avremo strato A / strato

quantità di materia in una cella cubica è la seguente: 8 atomi sui vertici ( ^{8 x 1} = 1) e 6 atomi sulle facce ( ^{6 x 1} = 3), per un totale di 4 atomi.

per il cubico a corpo centrato vale

• Volume = a³
• Diagonale = ^3√2R

^3√2 = a

• FATTORE di impacchettamento è = 0,74 (sia per cubico primitivo, che per cubico a facce centrate) poi

2. LA STRUTTURA DEI METALLI (2^a parte)

• Conociuta la struttura cristallografica, è possibile calcolare la usa densità teorica di un metallo:

p = ^m·A _Vc·Na dove

^{n° atomi in una cella}

A = peso atomico

• Considerando un sistema di riferimento xyz

utilizzato la diagonale

Andamento delle concentrazioni delle vacanze con la variazione di entalpia

Per quanto riguarda ΔS, ovvero la variazione di entropia, avrò invece il seguente andamento:

Sommando ΔH con -TΔS, ottengo:

Nel caso degli atomi interstiziali, osserviamo che alcuni atomi riducono ad inserirsi negli atomi principali del metallo ed è molto frequente.

Consideriamo ad esempio il ferro (α = cubico a corpo centrato, γ = cubico a facce centrate): quanti interstizi esistono in γ e quanto sono grandi?

Si collocano a metà dei lati, e lungo le diagonali: occupano il 26% della cella.

Nel cubico a corpo centrato ce ne sono molti di più: occupano il 32% della cella. Sebbene questo detto, nessuno di loro è abbastanza grande per ospitare un atomo di carbonio. Invece nel cubico a facce centrate, il carbonio riesce ad entrare, nonostante la minor concentrazione di atomi interstiziali.

C'è da dire che il carbonio è più grande di questi interstizi. Nel sistema cubico a corpo centrato nessun interstizio è così grande da poter ospitare il carbonio; invece nel cubico a facce centrate, nonostante le minor, proprio il carbonio si vede ad entrare.

• Al segmento s corrisponde un vettore di Burgers: per desegnarlo ho bisogno di un vero proprio per la dislocazione (da dentro verso l’uscita). Aumentando s, percorro la linea di dislocazione.
• Quando b e χ si riconoscono, sono le segmenti che hanno lo stesso vettore di Burgers ed è vero e proprio verso l’idea ed uno verso il basso e configurato tra 2 dislocazioni di verso opposto, che si annullano. Quindi vuol dire che la dislocazione è vera, una linea elastica, tensa nella propria unità: tale è il GENERATORE DI FRANK-READ ed è uno dei principali proposti dell’aumento di densità di dislocazioni.

• Abbiamo parlato di difetti di punto e di linee fino ad ora, adesso trattiamo i DIFETTI DI SUPERFICIE. Nella maggior parte dei casi il componente è diviso in grani, determinati durante la solidificazione, e sono delle porzioni di reticolo che incontrano un altro grano con un’orientazione di grano: il disorientamento dei grani tiene conflitto generano un difetto di superficie, causando un effetto nella deformazione dovuto al fatto che il BORDO DI GRANO è di per sé un ostacolo irruppibile, i materiali creano uno sforzo esterno.
• Inoltre, le dislocazioni tendono ad imprimere l’una nell’altra: accumulando gli effetti, il reticolo si disorienta da una parte e dall’altra; questi imprementi hanno 2 nomi diverso: CELLE e SOTTOGRANI, le cui differenze risiede nella stringa dove a cui si formano (le prime a Tex e le seconde ad alte T).
• Un altro tipo di difetto è il GEMINATO, ovvero una rotazione degli atomi dopo la loro posizione di equilibrio, molto importante nei cristalli esagonali e nei policristalli.
• Anche nei difetti di superficie vi è il difetto di impiagiano già esistono nei difetti di linee.

6. DEFORMAZIONE NEI METALLI (prima parte)

1. I materiali monocristallini possono deformarsi con curve di trazione differenti (nel grafico A,B,C). Supponiamo in caso critico, la curva A ha un solo stadio di scorrimento linearemente orientato as ed rispetto sulla un più evideti nello stadio 2 vi è aumento di trame causata dal fatto che le extrimità sono locate e quindi vi è un rotazione del reticolo e si forma una delle celle o dei sotto grani. In b le isoe infatti si perduggiano e si dilatano, è ingrossiamo in c (che infatti bordigha anche basso plazerbilità).

Le cosiddette zone libere da precipitati (PFZ) dipendono dalla caratterizzazione delle vacanze; in alcuni casi, la vacanza tende ad essere poca, nei confini di grano e non riescono a nucleare i precipitati. Questo profilo dipende dalla temperatura alla quale faccio il raffreddamento.

Per ridurre se questi profili occorre cambiare la temperatura di solubilizzazione, la velocità di raffreddamento e la temperatura di invecchiamento.

8. Deformazioni nei metalli (terza parte)

Supponiamo di avere delle rocce, ovvero un aggregamento di atomi, che distorcono la struttura. È facile che la dislocazione non va in zona distorta perché il passo è distorto e la dislocazione passa dentro e viene rallentata; esistono 3 metodi principali:

• Rafforzamento per coerenza, dovuto alla resistenza al moto delle dislocazioni determinato dai campi di deformazione dovuti alla coerenza. (a)
• Un altro metodo è il rafforzamento chimico: in questo caso non vi è distorsione reticolare, la dislocazione arriva al precipitati, lo oltrepassano ed al massimo può essere rallentata. L'effetto sarà uno scombinato per a₂, ovvero viene legato. (b)
• La dislocazione che taglia il precipitato produce un effetto di antiphase e l'ordine viene ripristinato e le dislocazioni tendono a ingrossarsi e appaiarsi.
• Poi c'è il rafforzamento per dispersioni e vale per i precipitati coerenti col microversioni. In questi incoerenti, i piani di dislocazione subiscono un incameramento (secondo delle Z gangue), fino ad arrivare a portare un anello di dislocazione attorno alle particelle, il bloccato: questo effetto viene chiamato by-pass di Orowan.

Occorre a questo punto quantificare questi effetti. In un grafico riportiamo σ in funzione con il tempo di invecchiamento:

• Il rafforzamento per coerenza ha un andamento parabolico; questo effetto è analizzabile in questo modo: all'inizio si crea poca coesività e vicino la tensione, perché la dislocazione è attraverso un fenomeno nuovo che ancora non distribuito nel moto.
• Poi, il tempo (tempo per precipitato casuale) cresce e l'effetto del rafforzamento cresce e la facilità di dislocazione taglia queste cose aumentando. Trascorrendo il tempo di invecchiamento, quelle note dislocazioni e le avvicendazioni si distribuiscono: persa la possibilità di dislocazione passa fuori il monotone.

₍₁₆₎