Riassunto esame Chimica e tecnologia dei materiali, prof. Meriani

RT

−Q /

velocità del processo=C e

Dove C è una costante preesponenziale, Q è l’energia di attivazione, R è la costante universale dei gas e T

è la temperatura assoluta.

I difetti puntuali si verificano come conseguenza della vibrazione termica degli atomi nella struttura cristallina.

La concentrazione dei difetti puntuali cresce esponenzialmente con la temperatura, ovvero:

n difetti −(E )/kT

=C difetto

e

n siti n dif etti

Dove è il rapporto tra i difetti puntuali e i siti del reticolo cristallino ideale, C è una costante

n siti E

preesponenziale, è l’energia richiesta per creare un singolo difetto puntuale, k è la costante di

difetto

Boltzmann e T è la temperatura assoluta.

DIFFUSIONE movimento di molecole da un’area di alta concentrazione ad un’area di concentrazione

minore, essa avviene anche nei solidi, ma con una velocità molto più bassa (affinché possa realizzarsi la

diffusione allo stato solido occorrono i difetti puntuali con un meccanismo chiamato migrazione delle

vacanze). Essa è data dall’equazione:

RT

−Q /

D=D e

0

Dove D è la costante preesponenziale.

0

AUTODIFFUSIONE movimento di molecole dello stesso liquido (solido etc.) che si muovono nel liquido

stesso.

DIFFUSIONE STAZIONARIA flusso di diffusione che non varia nel tempo. Il gradiente della concentrazione

assume la forma:

∂ ∆ c c

−c −c

c c h l h l

= = =

∂ ∆ 0−x x

x x 0 0

DIFFUSIONE SUPERFICIALE consente un trasporto di atomi più facile lungo la superficie libera, che è

meno ostruita dagli atomi adiacenti.

Q Q e D D D

>Q > < <

volume bordo di grano superficie volume bordo di grano superficie

Capitolo 5

Comportamento meccanico

DEFORMAZIONE ELASTICA è una deformazione temporanea che viene completamente eliminata quando

il carico viene rimosso, è lo “stretching” dei legami atomici.

DEFORMAZIONE PLASTICA è una deformazione permanente che permane anche dopo aver rimosso il

carico, sebbene una piccola parte della deformazione venga recuperata, è la distorsione e la riformazione

dei legami atomici.

DEFORMAZIONE TANGENZIALE è definita come:

γ α

=tan

Dove α è lo scorrimento angolare.

MODULO DI TAGLIO è definito come:

τ

G= γ

SFORZO DI TAGLIO è definito come:

P S

τ = A S

P A

S S

Dove è la forza applicata sul campione e è l’area del campione parallela al carico applicato.

RAPPORTO DI POISSON è definito come:

−ϵ x

ϑ= ϵ z

ϵ ϵ

Dove è la deformazione lungo l’asse x e la deformazione lungo l’asse z.

x z

LEGGE DI HOOKE afferma che l'allungamento subìto da un corpo elastico è direttamente proporzionale

alla forza ad esso applicata ed è rappresentata dalla seguente equazione:

σ =E ϵ

Dove il modulo E rappresenta la rigidezza del materiale (resistenza alla deformazione elastica).

SFORZO DI SNERVAMENTO è l’intersezione della curva di deformazione con una retta parallela alla

porzione elastica avente uno scostamento del 0.2% sull’asse delle deformazioni.

MODULO DI ELASTICITA’  detto anche modulo di Young, è la pendenza della curva sforzo-deformazione

nella regione elastica.

RESISTENZA A TRAZIONE è la tensione massima detta tensione ultima a trazione. Per calcolarla si utilizza

una prova distruttiva. Si sottopone un provino di dimensioni definite ad una forza unidirezionale, a velocità

uniforme si applica il carico che farà allungare il provino nella direzione della forza fino alla rottura.

100 × ϵ

DUTTILITA’ elongazione percentuale alla frattura ( ). Indica la capacità di un corpo a essere

frattura

deformato plasticamente.

TENACITA’ combinazione di resistenza e duttilità.

DUREZZA viene considerata un’alternativa semplice alla prova di trazione. La resistenza del materiale

all’identazione è un indice qualitativo della sua durezza.

CREEP detto anche scorrimento viscoso può essere definito come una deformazione plastica che si verifica

a temperature relativamente elevate sotto un carico costante per un lungo periodo di tempo. Esso si

differenzia in 3 stadi: lo stadio primario è caratterizzato da una velocità di deformazione decrescente, lo

stadio secondario della deformazione viscosa è caratterizzato da una velocità costante di deformazione,

nello stadio terziario la velocità di deformazione aumenta a causa dell’incremento della tensione reale (in

alcuni casi si verifica la frattura nello stadio secondario eliminando lo stadio finale).

Capitolo 6

Diagrammi di fase-Equilibrio sviluppo microstrutturale

FASE è una porzione chimicamente e strutturalmente omogenea della microstruttura.

COMPONENTE sostanza chimica distinta di cui è costituita la fase.

REGOLA DELLE FASI DI GIBBS relazione generale tra microstruttura e variabili di stato data

dalla formula:

F=C−P+2

Dove F è il numero di gradi di libertà, C è il numero di componenti e P è il numero delle fasi.

DIAGRAMMA DI FASE è una rappresentazione grafica delle variabili di stato associate alle

microstrutture tramite la regola delle fasi di Gibbs.

•

• stesso punto di fusione.

Diagramma soluzione solida

completa, tra i 2 campi a fase singola

c’è una sola regione bifasica.

• Diagramma eutettico senza soluzione

solida, il solidus diventa una linea

orizzontale e corrisponde alla

temperatura eutettica.

• Diagramma eutettico con soluzione

solida limitata, avviene quando le 2

componenti sono parzialmente solubili

l’una con l’altra.

• Diagramma eutettoidico,

trasformazione di un liquido eutettico

in una microstruttura di due fasi

solide.

• Diagramma peritettico, i componenti

formano composti stabili che hanno lo

LINEA DI EQUILIBRIO linea orizzontale che collega le composizioni delle 2 fasi, essa fornisce la

composizione di ciascuna fase in una regione bifasica.

COMPOSIZIONE DEL SISTEMA linea verticale che indica le percentuali di ciascun componente.

REGOLA DELLA LEVA un bilancio di materia globale richiede che la somma delle due fasi sia

m m

+ =m

uguale al sistema totale e che il bilancio di materia generale sia

L SS tot

x m x m m

+ =x (m + ) da cui:

α α β β α β m x m x−x

−x

α β β α

e

= = .

m x m x

+m −x +m −x

α β β α α β β α

In assenza di riscaldamenti troppo prolungati il Fe e il C si

combinano per formare il composto interstiziale Fe C

3

(cementite). Il tenore di C nella Fe C è pari al 6,69%.

3

Il Fe puro è polimorfo, è presente cioè in più fasi diverse, di

diversa struttura cristallina. In base alla temperatura abbiamo

diverse fasi (vedi diagramma a sinistra).

A destra si può notare il

diagramma di fase Fe-Fe C

3

evidenziato in nero insieme al

diagramma di fase Fe-C

evidenziato in blu. Possiamo

notare le 3 temperature A, N e G

sul lato sinistro che sono le

temperature di transazione di

fase del ferro appena citate.

Possiamo poi notare la

temperatura eutettoidica

(723°C), quella eutettica

(1148°C) e quella peritettica

(1495°C).

Possiamo notare nel diagramma

i seguenti prodotti:

• Ferrite  soluzione solida di C in ferro α

• Austenite  soluzione solida di C in ferro γ

• Ferro δ  soluzione solida di C in ferro δ

• Cementite  composto interstiziale Fe C con C= 6,69%

3

• Perlite  eutettoide ferrite-cementite

• Ledeburite  eutettico austenite-cementite