Appunti tecnologia dei materiali - Materiali metallici, acciaio

MATERIALI METALLICI

I materiali metallici sono cosiddetti materiali compatti, con pochi difetti, comunque trascurabili, a differenza del che normalmente una resistenza potenziale elevata, resiste relativamente per la sua porosità interna (in stretta connessione col rapporto di difetto principale del è proprio la sua fragilità che può essere compensata con l'introduzione degli acciai.

I materiali metallici sono materiali cristallini, che hanno una struttura interna atomica ordinata, perché ad una certa posizione stabili hanno il minimo di energia. La posizione di equilibrio degli atomi è quella per cui stanno il più possibile a contatto tra loro. Questa situazione si crea con un massimo impacchettamento degli atomi, che in uno spazio 3D tendono a disporsi nei vuoti pari o dispari rispetto ad un piano di riferimento. Si possono quindi distinguere varie configurazioni a seconda della disposizione atomica sui piani che generano strutture diverse su celle elementari.

• BAB
• CAC

A: riferimento B: pari C: dispari

Tipologie di strutture:

• STRUTTURA ESAZONALE COMPATTA (EC)
• STRUTTURA CUBICA A FACCE CENTRATE (CFC)
• STRUTTURA CUBICA A CORPO CENTRATO (CCC)

Compattezza è la struttura del ferro mom è di massima dunque dell'acciaio fino ad una temperatura di circa 223°C.

Anche nei materiali metallici da costruzione le caratteristiche che ci interessano sono la durabilità e la resistenza.

I modi di rottura di un materiale metallico sono diversi. In generale il materiale si rompe quando si ha una superficie di minor resistenza soggetta a sollecitazione che ha una componente normale ed una tangenziale.

σ = F/A τ = (F/A) cos(y) reazioni shear stress nella direzione di = Fy/A sforzo untresilateral applicato al cilindro

Meccanismo di reazione alle sollecitazioni

Modalità di rottura

Tenacità:

Materiale che si rompe con deformazione plastica.

Fragilità:

Materiale che si rompe senza deformazione.

Quando il materiale si rompe significa che è avvenuta la rottura di alcuni legami tra gli atomi.

Pur essendo materiali compatti, anche i materiali metallici hanno dei difetti legati all'ordine, che tuttavia sono di dimensione atomica.

Ci sono 3 ordini di difetti:

1. Difetti di punto:

   • vacanza: manca un atomo dalla posizione di equilibrio
   • interstiziale: c'è un atomo in più che è andato ad occupare un interstizio tra altri atomi, variando anche in questo caso la struttura di equilibrio in quel determinato punto

2. Difetti di linea, Dislocazioni:

   Interessano tutta una linea.

   • manca un semipiano, oppure c'è uno in più

A differenza dei difetti di punto, quelli di linea sono molto più importanti per la resistenza del materiale.

• dislocazioni a spigolo: positive ^⊥ e negative _⊥
• dislocazioni a vite: tendono a ruotare

Le dislocazioni avvengono solo nei materiali che si deformano, perché se non c'è deformazione non c’è spostamento.

Deformazione plastica = movimento dislocazioni.

Rompendo legami solo su una linea per volta, si ottiene la deformabilità del materiale prima che questo si rompa, anche se ovviamente si abbassa progressivamente il valore della sollecitazione necessaria per rompere il materiale per fatto di avere già delle dislocazioni all’interno del materiale compatto, quindi un valore di resistenza inferiore, inoltre queste si muovono per deformare il materiale ed aumentando se ne creano di nuove.

la prova di durezza che viene eseguita sull'acciaio, risulta essere non distruttiva e rapida. che serve a dare un valore della capacita di deformarsi del materiale. Consiste nell'applicare una forza su un utensile posto sul materiale e successivamente andare ad osservare l'impronta che è stata lasciata. Ancora una volta, l'impronta lasciata sarà maggiore se vi e' una maggiore mobilità delle disloca zioni e sara minore se il materiale è meno deformabile.

La prova Brinell e quella

più corretta da usare, perché for mise una sollecitazione: HB = kg/cm²

la sua complicazione sta nel fat to che per misurare l'impronta serve un microscopio e nom e cosa pratica e fattibile in cantiere.

la prova Vickers e' usata per i materiali molto duri. Per gli acciai quella più usata è la prova Rockwell. in cui l'impronta viene misurata in profondita cioe di quanto il cono di diamante è entrato nel materiale. In particolar modo, la prova più diffusa per gli acciai e la Rockwell C (HRc)

La durezza, essendo una deformazione plastica, e' legata alle resistenza meccaniche del materiale. L'unica prova che puo essere peio messa a confronto con la sollecitazione e la Brinell, che sfrutta il solito parametro. Tuttavia con la tabella sottostante, si nota che si puo mettere in relazione la prova Rockwell (facile da realizzare) con Brinell che e espressa come sollecitazione, e arrivare alle resistenze meccaniche del materiale

900° inferiori C.C.C. FERRITE α

Per semplificazione consideriamo la ferrite δ come austenite. Se nella fase austenite entra a far parte il carbonio questa rimane austenite fino a 723°C (e non più 900°C), la percentuale massima di C presente è pari a 2%, (dopo si parla di ghisa) e ni ha a temperatura di 911°C. La ferrite ha una percentuale massima di C pari a 0,04% a 723°C. Dunque quando raffreddando si passa da austenite, dove in media abbiamo 0,8% di C, a ferrite, lo 0,04% di C entra nelle ferrite, la restante parte forma CEMENTITE Fe₃C, mentre nelle ghise il carbonio sta sottoforma di GRAFITE.

Dal grafico Fe-C, si nota anche che all’aumentare della % di C diminuisce la temperatura di fusione: queste leghe sono quindi particolarmente adatte nelle fonderie.

Quando il carbonio si trova nel campo da 0 a 2%, a basse temperature, tende a formare precipitato, per cui l’acciaio è costituito da ferrite e cementite, che aumenta in quantità all'aumentare del C, e genera un materiale più resistente ma meno deformabile.

Ecco che, uno dei primi requisiti da tenere in considerazione nella scelta di un acciaio è il tenore di carbonio.

% Carb.

Una volta scelto il tenore di carbonio, sappiamo comunque di poter modificare la resistenza, per cui questo non è l’unico parametro da considerare. Infatti, nel momento in cui passo dalla fase di austenite a ferrite diminuendo la temperatura, devo tener presente anche della VELOCITÀ DI RAFFREDDAMENTO. Relativamente a questa caratteristica infatti comporta la formazione di strutture diverse. Un raffreddamento troppo veloce genera una struttura non in equilibrio, in cui il C, non riuscendo a muoversi, risuave in grandi percentuali.