Meccanismi di rinforzo

Meccanismi di rafforzo dei

materiali metallici

• La capacità di un metallo a deformarsi

plasticamente dipende dalla capacità di

movimento delle dislocazioni:

• limitando o ostacolando il movimento delle

dislocazioni si rende il materiale più duro e più

resistente Noi CS

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Meccanismi di rafforzo dei materiali

• Formazione di una soluzione solida

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• Riduzione della dimensione del grano

• Incrudimento

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• Precipitazione di seconde fasi

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? RAFFORZO PER FORMAZIONE DI

UNA SOLUZIONE SOLIDA

Le leghe sono più forti dei metalli puri perché gli

atomi estranei che entgrano in soluzione solida

in genere inducono stati tensionali nel reticolo

degli atomi ospitanti che li circondano. Ne

risulta una interazione del campo di tensione

reticolare tra le dislocazioni e questi atomi di

lega e viene, di conseguenza limitato il

movimento delle dislocazioni

Effetto degli atomi in soluzione sullo stato

tensionale introdotto dalle dislocazioni

• La presenza di un soluto all’interno del

reticolo cristallino di un metallo ostacola il

movimento delle dislocazioni aumentandone

la resistenza meccanica

• Esempio:

• Rame commerciale R 235 MPa

• + 10% stagno = Bronzo R 455 MPa

Rafforzo per formazione di una soluzione solida

esempio lega Cu/Ni Tor TR

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RAFFORZO PER RIDUZIONE DELLA

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movimento delle dislocazioni

Per diversi materiali il limite di snervamento σ

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varia con la dimensione del grano secondo la

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Controllo della dimensione del grano:

• Controllando la velocità di solidificazione dalla

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• per deformazione plastica seguita da un

appropriato trattamento termico

• la riduzione della dimensione del grano migliora

oltre che il carico di snervamento anche la

tenacità

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INCRUDIMENTO

• L’incrudimento è il fenomeno per cui un metallo

diviene più duro e più resistente quando viene

deformato plasticamente a freddo

• contrariamente alla diminuzione della dimensione del

grano, l’incremento della resistenza del metallo

tramite incrudimento provoca una diminuzione della

tenacità Oi

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ENEMA PER i

incursions

• la capacità di incrudirsi di un metallo è misurabile

attraverso il coefficiente di incrudimento n, tanto

maggiore è n, maggiore sarà l’incrudimento del

metallo a parità di deformazione plastica

Andamento di a) carico di snervamento, b) carico di rottura e c) duttilità con la

% di lavorazione plastica a freddo per un acciaio non legato, un ottone e il

rame

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Deformando plasticamente un metallo policristallino

a temperature relativamente basse rispetto alla

temperatura di fusione si producono variazioni nella

microstruttura e nelle proprietà tra cui:

•la variazione della configurazione del grano

•l’incrudimento

•l’aumento della densità delle dislocazioni

parte dell’energia spesa per la deformazione viene

immagazzinata nel metallo come energia di

deformazione, che è localizzata nelle zone di

trazione, di compressione e di taglio intorno alle

nuove dislocazioni create

Recovery

• Durante il recovery parte dell’energia di

deformazione interna immagazzinata viene

rilasciata in virtù del movimento delle

dislocazioni (in assenza di uno sforzo esterno

applicato) per effetto di un aumento della

diffusione degli atomi ad elevata temperatura.

Ricristallizzazione

• Una volta completato il recovery i grani sono

ancora in un relativamente alto stato di

energia di deformazione;

• la ricristallizzazione è la formazione di una

nuova configurazione di grani esenti da

deformazione ed equiassici che hanno bassa

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e densità di dislocazioni, simile a quella

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• la driving force per il processo è la differenza di

energia tra i grani deformati e non deformati

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si • la ricristallizzazione cresce con il tempo

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• Temperatura alla quale la ricristallizzazione si

completa in un’ora

• tipicamente si trova tra un terzo e la metà della

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e una lega e dipende da diversi fattori incluso

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• Le operazioni di deformazione plastica

condotte sopra la temperatura di

ricristallizzazione si dicono lavorazioni a

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rimane relativamente tenero e duttile

poiché non incrudisce, e di conseguenza

sono possibili grandi deformazioni

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Ingrossamento del grano

• Una volta completata la ricristallizzazione, se il

metallo viene lasciato a temperature elevate, i

nuovi grani continueranno a crescere

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: i preceduta da recovery e ricristallizzazione e si

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BORDO All’aumentare della dimensione del grano lo

GANO sviluppo del bordo diminuisce con conseguente

riduzione dell’energia totale

• La crescita del grano si verifica per migrazione dei

bordi del grano.

• Non tutti i grani possono espandersi ma la gran

parte cresce a spese di quelli più piccoli, che

scompaiono

• per diversi materiali cristallini il diametro del

grano d varia con il tempo t secondo la relazione:

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Diagramma logaritmico del diametro del grano in

funzione del tempo per la crescita del grano di un ottone

a diverse temperature

TRATTAMENTI TERMICI

Trattamenti termici

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• Per trattamento termico si intende la modifica

delle proprietà di un materiale metallico

attraverso riscaldamento e mantenimento ad

un’opportuna temperatura e controllando la

velocità di raffreddamento

• Ogni materiale metallico può essere trattato

termicamente, ma le temperature e i cicli

termici sono specifici per ciascuna lega.

Trattamenti termici degli acciai

• I trattamenti termici degli acciai partono in

genere dalla struttura austenitica

• L’acciaio viene riscaldato a temperatura

superiore ad A ), mantenuto per un certo

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tempo e raffreddato con un’opportuna

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• Si ottengono in questo modo diverse Li Nauen An

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strutture, anche di non equilibrio, con

differenti proprietà meccaniche

Principali trattamenti termici degli

acciai

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