Domande e risposte Metallurgia

Tensione di taglio e dislocazioni nei metalli

Rτ è la tensione di taglio risolta sul piano di scorrimento. Calcolando questoRfattore siamo in grado di capire se avverrà lo scorrimento o meno, lo si potràcapire se τ >τR RCCosa sono le dislocazioni e quale è la loro genesi?Sono zone del reticolo cristallino in cui vi è un disordine a livello di disposizionedei piani reticolari. Si formano: durante la solidificazione del metallo e inseguito alla sua deformazione. Sono difetti di linea perché tendono a separarela regione del reticolo che ha subito deformazione plastica da quella che non laha subita. Esistono tre tipi di dislocazioni:- A spigolo;- A vite;- Miste.Perché la presenza delle dislocazioni nei metalli ne favorisce ladeformazione plastica?Le dislocazioni non sono fisse ma si muovono attraverso una rotturaconsecutiva dei legami relativi alla linea di dislocazioni, perciò per il suomovimento è necessaria una tensione molto inferiore al caso.delloscorrimento di piani in un cristallo perfetto. Cosa è il vettore di Burger? Il movimento delle dislocazioni porta allo spostamento di una parte del cristallo rispetto all'altra sul piano di scorrimento e l'entità di questo spostamento è pari al vettore di burger. Quale è la condizione per avere il movimento delle dislocazioni? Per le dislocazioni di spigolo il climb può avvenire a una temperatura minima di circa 30-40% della temperatura di fusione in K ed è favorito dalla presenza di una elevata concentrazione di vacanze. Quali dislocazioni, in seguito all'applicazione di un carico esterno, cominciano a muoversi per prime? Il glide e il cross-slip perché sono di tipo conservativo, ovvero non richiedono l'attivazione di processi diffusivi. Quando si parla di movimento conservativo e non conservativo delle dislocazioni? Sono conservative (glide, cross-slip) quando non necessitano dell'attivazione dei processi diffusivi.

1. quelli non conservativi (climb) sono l'opposto.
2. Perché a temperature elevate il processo di deformazione è facilitato?
3. Perché ad alte temperature il movimento delle dislocazioni è facilitato dal fatto che sono attivi sia fenomeni di scorrimento che salto delle dislocazioni.
4. Qual è lo stato tensionale indotto nel reticolo cristallino dalla presenza di una dislocazione a spigolo?
5. Una dislocazione a spigolo induce uno stato di compressione nella zona del reticolo dove è stato aggiunto un semipiano e trazione nella zona opposta.
6. Le dislocazioni posso interagire tra di loro?
7. Sì, possono agire tra di loro per ridurre il carico di tensione del reticolo cristallino che da esse viene generato. Se di segno opposto, sullo stesso piano di scorrimento, si attrarranno, invece si allontaneranno se di stesso segno.
8. Cosa sono le atmosfere di Cottrel, che effetto hanno sul comportamento a deformazione del materiale?
9. Sono delle zone di addensamento di atomi di

soluto causate dal movimento degli atomi di soluto verso le zone del reticolo in cui vi sono siti interstiziali più grandi (in corrispondenza delle dislocazioni). Le atmosfere di cottrell esercitano un'azione di ancoraggio sulle dislocazioni e sono responsabili del doppio snervamento. In presenza delle atmosfere di cottrell la tensione deve aumentare al punto di snervamento superiore per sbloccare le dislocazioni. Una volta liberate, la tensione cade al punto di snervamento inferiore. La deformazione per snervamento non risulta uniformemente distribuita, ma compare in bande.

Cosa sono le sorgenti di Franck-Read? È un modello per spiegare la moltiplicazione delle dislocazioni durante i fenomeni di deformazione plastica.

Cosa sono i geminati? È la parte di cristallo dove gli atomi che subiscono lo scorrimento si dispongono in maniera speculare rispetto al piano di geminazione.

Che differenza vi è fra la deformazione del metallo indotta dal movimento delle dislocazioni

E dallo sviluppo di geminati? Nella deformazione per scorrimento delle dislocazioni si andranno a formare dei gradini di scorrimento sulla superficie del metallo e l'asse del cristallo rimane dritto. Per la deformazione per geminazione non ci sarà la formazione di gradini ma sarà presente un unico blocco chiamato geminato, infine l'asse del cristallo viene deformato. La deformazione per geminazione è favorita a basse temperature rispetto a quella per scorrimento.

Come si generano i bordi di grano? Si possono originare durante la fase di solidificazione del metallo o in seguito ad una riorganizzazione stabile delle dislocazioni.

Che effetto hanno i bordi di grano sul movimento delle dislocazioni? I bordi di grano a piccolo angolo tendono ad essere mobili sotto l'azione di azioni esterne ed hanno un ridotto effetto di ostacolo nel movimento delle dislocazioni. I bordi di grano a grande angolo sono siti che agiscono come:

• Barriere al moto delle dislocazioni;

Sorgenti di dislocazioni;- Zone preferenziali di segregazione chimica;- Zone preferenziali per i processi di diffusione. Quali meccanismi possono portare alla modifica di bordi di grano? Meccanismi: - Migrazione e interazione delle dislocazioni; - Processi diffusivi degli atomi in vicinanza del bordo; - Effetto della deformazione plastica. CAPITOLO 7 – MECCANISMI DI RINFORZO Su quale principio si basano i meccanismi che determinano un incremento della resistenza meccanica dei metalli? Si basano sul bloccare il movimento delle dislocazioni. Cosa si intende per rinforzo per alligazione? È l’aggiunta di atomi di soluto all’interno di un metallo. Quali condizioni permettono di avere un’elevata efficacia del rinforzo per alligazione? Sono le condizioni di Hume-Rothery: - Stesso tipo di reticolo cristallino; - Raggio atomico simile; - Stessa valenza; - Piccola differenza di elettronegatività. Per quale ragione una riduzione della dimensione del grano determina un

Incremento di resistenza meccanica del metallo? L'affinamento del grano induce un incremento della resistenza al nervamento perché un'elevata quantità di bordi di grano riduce la mobilità delle dislocazioni. L'affinamento può indurre anche un aumento della tenacità.

Come può essere ottenuto l'affinamento del grano?

• Affinamento durante solidificazione: elevato sottoraffreddamento e prevalenza di nucleazione eterogenea (inoculazione).
• Affinamento in fase solida: attraverso trattamento termico di normalizzazione o trattamenti termomeccanici (ricottura).
• Affinamento per trasformazione di fase.

Il rinforzo per affinamento dei grani è efficace in tutte le condizioni di utilizzo di un metallo?

No, perché ad alte temperature è utile avere grani grossi o monocristallini, perché l'affinamento riduce la resistenza a creep.

Cosa si intende per rinforzo dovuto a due fasi aggregate?

Le leghe metalliche possono essere

Le leghe metalliche possono essere composte da due o più fasi che possono indurre un rinforzo del metallo additivo a quello per alligazione. Il rinforzo può essere dovuto a:

• Due fasi aggregate: in questo caso le due fasi hanno dimensioni simili ai grani della matrice in cui si trovano.
• Una seconda fase dispersa.

Cosa si intende per rinforzo dovuto ad una fase dispersa?

Le seconde fasi disperse possiedono una dimensione inferiore rispetto ai grani della matrice e modificano lo stato locale del reticolo incidendo sulle proprietà plastiche della matrice. L'effetto del rinforzo delle seconde fasi è legato a:

• Dimensioni delle particelle;
• Forma delle particelle;
• Frazione volumetrica delle particelle;
• Distribuzione delle particelle.

Quali sono le condizioni per ottenere un elevato rinforzo della presenza nel materiale di una fase dispersa?

L'effetto del rinforzo delle seconde fasi è legato a:

• Dimensioni delle particelle;
• Forma delle particelle;
• Frazione volumetrica delle particelle;
• Distribuzione delle particelle.

particelle dislocazioni. Inoltre, la distribuzione uniforme dei precipitati all'interno del metallo contribuisce a migliorare la resistenza complessiva del materiale. Il rinforzo per precipitazione si differenzia dal rinforzo per la presenza di una seconda fase dispersa perché nel primo caso i precipitati sono formati da atomi o molecole che si separano dalla soluzione solida durante il processo di raffreddamento o trattamento termico, mentre nel secondo caso la seconda fase dispersa è costituita da particelle solide che vengono introdotte nel metallo tramite processi di lega o trattamenti termici specifici. Un precipitato coerente segue l'andamento del reticolo del metallo, quindi esiste una continuità reticolare tra il precipitato e la matrice. Questo significa che il precipitato coerente non crea discontinuità nella struttura cristallina del metallo e quindi ha un effetto minore sul movimento delle dislocazioni rispetto a un precipitato incoerente. Le condizioni per ottenere la massima resistenza dalla presenza di precipitati all'interno del metallo sono che i precipitati siano fini e coerenti con la matrice. I precipitati fini aumentano il numero di ostacoli al movimento delle dislocazioni, mentre i precipitati coerenti riducono la possibilità di formazione di nuove dislocazioni. Inoltre, una distribuzione uniforme dei precipitati contribuisce a garantire un effetto di rinforzo omogeneo in tutto il materiale.

Dislocazioni. Cosa si intende per incrudimento di un metallo? A che fenomeni è associato?

L'incrudimento è l'aumento di sforzo che occorre applicare a un materiale che viene deformato plasticamente per continuare la deformazione. È associato al rinforzo del metallo perché nel metallo che incrudisce si ha un aumento della densità di dislocazioni (causata all'attivazione delle sorgenti di Frank-Read) e le dislocazioni generate si muovono ed interagiscono tra loro formando ostacoli al moto di altre dislocazioni.

Che effetto ha l'incrudimento sulle proprietà meccaniche, chimiche e fisiche di un metallo?

Un materiale sottoposto a deformazione plastica a freddo incrudendo: aumenta le proprietà resistenziali, riduce la duttilità e non cambia sostanzialmente il modulo elastico. In particolare, la tensione di snervamento di un metallo incrudito aumenta ed è proporzionale alla densità delle dislocazioni introdotte.

nel reticolo. all'aumentare del tasso di incrudimento vengono modificate le proprietà chimiche fisiche quali la conduttività elettrica, permeabilità magnetica e la reattività chimica.

Come incide il reticolo cristallino sulla tendenza all'incrudimento di un metallo?

Nel reticolo CFC l'incrudimento è più efficace perché presenta 12 sistemi di scorrimento, invece, nel reticolo EC è meno efficace perché ce ne sono solo 3 ed è bassa la probabilità di interazione tra dislocazioni.

In quali applicazioni è bene non utilizzare come meccanismo di rinforzo del metallo l'incrudimento?

In tutte quelle applicazioni dove serve un'alta duttilità.