Metallurgia T

Concetti chiave

• Quali sono i dati ottenibili da una prova di trazione?
• Che significato ha modulo elastico di un metallo? Da quali fattori dipende?
• Cosa si intende per tensione di snervamento, tensione di rottura e allungamento a rottura da un punto di vista ingegneristico?
• Cosa si intende per strizione?
• Individuare i punti caratteristici in una curva di trazione per un metallo
• Cosa si intende per tensione e deformazione reale?
• Quali parametri possono incidere sui risultati della prova di trazione?
• Qual è l’effetto di un incremento o una riduzione della temperatura di prova?
• Come cambia la curva di trazione degli acciai al variare della % di Carbonio?
• Come cambia la forma della curva di trazione per i diversi materiali metallici?
• Qual è l’effetto dell’irraggiamento (danneggiamento da radiazioni) sulla forma della curva di trazione di un metallo?

Concetti chiave/1

• Cosa permette di valutare la prova di resilienza?
• Che differenza esiste fra i provini utilizzati nella prova di resilienza e quelli utilizzati nella prova di trazione?
• Cosa indica la dicitura 100X_V300/2/2?
• Cosa si intende per temperatura di transizione? La temperatura di transizione è definita in maniera univoca?
• Quali metalli evidenziano una transizione duttile-fragile?
• Quali aspetti microstrutturali incidono sulla temperatura di transizione duttile-fragile?
• Il valore di durezza di un materiale è indipendente dal tipo di prova?
• Che differenza esiste fra le varie tipologie di prove di durezza?
• Cosa indicano le diciture HBW, HRC, HV_10/30 HK?
• Che differenza esiste fra una prova di macro- e una di micro-durezza?
• Quali sono i principali vantaggi e svantaggi delle prove di durezza?

Concetti chiave/2

• Cosa si intende per rottura per fatica di un metallo?
• Come vengono eseguite le prove di fatica? Tracciare una tipica curva di Whöler (σ-N)
• Che differenza esiste fra il limite di fatica e la resistenza a fatica?
• Quali sono gli stadi di una rottura per fatica?
• Quali fattori influenzano la resistenza a fatica di un metallo?
• Quali sono le condizioni per cui si verifica il creep nei metalli?
• Tracciare una tipica curva di creep. Quali informazioni ci fornisce?
• Cosa si intende per attrito ed usura?
• Cos’è un sistema tribologico?
• Come si quantifica l’usura? Scrivere la relazione di Archard e discutere quali parametri incidono sul tasso di usura.

Concetti chiave

• Qual è la differenza fra una fase ed un micro-costituente strutturale?
• Cosa si intende per limite di solubilità?
• Quali sono le condizioni per avere un’elevata solubilità di un elemento metallico in un altro?
• Che differenza c’è fra una soluzione solida ed un intermetallico?
• Enunciare la regola delle fasi di Gibbs
• Quali informazioni forniscono i diagrammi di stato?
• Disegnare un diagramma di fase isomorfo e uno con eutettico
• Cosa rappresenta la linea di liquidus?
• Cosa rappresenta la linea di solidus?
• Cosa rappresenta la linea di solvus?
• Qual è la morfologia di un micro-costituente eutettico?
• Qual è la morfologia di una microstruttura ipo-eutettica? Disegnare uno schema
• Come si applica e cosa permette di calcolare la regola della leva?

Temperatura di Transizione (T_T)

È la temperatura attorno alla quale il comportamento di un materiale commuta da fragile a duttile.

Vi sono diversi criteri per determinarla:

• T_T in cui metà 50% frattura fragile e 50% frattura duttile.
• T_T in cui assorbe quantità di energia prefissata (27 J in Italia).

FATT

Metodo per T_T basato sull'osservazione morfologica della frattura.

50% duttile, 50% fragile

Non tutti i metalli hanno una transizione duttile-fragile:

• Struttura CFC (No duttile/fragile transizione cristallina es. Acciai austenitici, leghe Al e Cu)
• Struttura CCC - Tipica netta temperatura di transizione (es. acciai al C)

Gli aspetti che influenzano la temperatura di transizione sono:

• Struttura cristallina (CFC vs CCC)
• Composizione chimica
• Microstrutture

29) Limite di solubilità: massima concentrazione del soluto nel solvente - se si supera, da una fase si passa a un sistema bifasico.

30) Condizioni per elevata solubilità fra due metalli:

• Stesso tipo di reticolo cristallino
• Raggio atomico simile (~ ±15%)
• Stessa valenza
• Piccola differenza di elettronegatività

31) Soluzione solida - singola fase omogenea. Sufficiente solubilità reciproca in soluto e solvente.

Composti intermetallici - Due o più elementi, che originano una nuova fase - composizione chimica, struttura cristallina e proprietà - specifiche.

Prevalentemente duri e fragili, oltre tenaci: formazione legami covalenti forti; alto modulo elastico.

32) Regola di Gibbs - regola delle fasi permette di ricavare il numero di proprietà intensive indipendenti del sistema: V = C - f + Am

• C = numero minimo di componenti del sistema
• f = numero delle fasi presenti
• Am = variabili fisiche T e P = 2 se vengono entrambe prese in considerazione

33) Un diagramma di stato mostra quali fasi rimangono stabili in un dato sistema ed in condizioni di equilibrio termodinamico.

• Campi di esistenza delle fasi
• Composizione chimica delle fasi (→ leva)
• Quantità relativa delle fasi
• Temperatura di trasformazione di fase
• Temperature dei passaggi di stato

a) Solidificazione metallo puro

• Crescita planare
• Crescita dendritica

• Gradiente di temperatura positivo (passato crescente) sia nel liquido che nel solido. In particolare il liquido è a T>T_fus, per cui è eventuale penetrazione di solidificazione del fronte. Rimanere tra T_fus e comunque superiore del 90% del fronte.
• Non aumenta maggiormente di sale.
• Il fronte avanza parallelamente a sé stesso.

b) Solidificazione lega

→ Quasi sempre crescita dendritica.

Il saldo avendo composizione diversa del liquido, si può realizzare un sottoraffreddamento anche con gradiente di temperatura positivo.

Le perturbazioni crescono + velocemente del resto del fronte in modo proporzionale al sottoraffreddamento.

c) SDAS (Secondary Dendrite Arm Spacing)

Spaziatura rami dendritici secondari. SDAS = \(\frac{2}{\surd M}\) = numero intersezioni tra unità secondari e unità lineari.

• Influenza molto le proprietà meccaniche → Densità rami = Alte propietà meccaniche.
• Relazioni nuove fasi → Tempo di solidificazione bassa (raff. veloce)
• Aree maggiori e spessori minori (dipendente dal processo fusorio)

(62) La dislocazione che ha più possibilità di movimento è la dislocazione a vite, in quanto essa non ha un piano definito, in cui muoversi come quella a spigolo, bensì può scorrere su qualsiasi piano che passi per la linea di dislocazione (vettore di Burger parallelo alla linea di dislocazione).

(63) A temperature elevate si attivano processi diffusivi e aumenta la mobilità delle dislocazioni.

• CLIMB: possibilità di salto ad un altro piano di scorrimento delle dislocazioni, evitando eventuali ostacoli.

• GLIDE: scorrimento delle dislocazioni.

(64) Una dislocazione a spigolo ^⊥ incontra uno strato terminale:

• di compressione nella zona dove si inserirà il semicircuito aggiuntivo.

• di trazione nella zona opposta.

(65) Le dislocazioni interagiscono tra loro:

• le dislocazioni a spigolo tendono a mettersi uno sotto l’altra per annullare a vicenda lo stato tensionale indotto.

^⊥ + T = ^ξ⊥ + ^ξT ANNULLAMENTO

(66) Atmosfere di Cottrell: sono nuvole di addensamenti di atomi di soluto (sostituzionale grandi, interstiziali piccoli) in corrispondenza delle dislocazioni che provocano tensioni localizzate al fine di ottimizzare il risultato.

• Atomi di soluto ancorano le dislocazioni → Necessità di rinforzo

• Le atmosfere di Cottrell sono responsabili del doppio snervamento negli acciai → Picco opposto per sbloccare le dislocazioni