Metallurgia e materiali non metallici - Appunti

Trasformazione liquido-solido e struttura cristallina

Negli stadi di trasformazione liquido-solido due fasi:

• Nucleazione: comparsa di piccoli solidi centri nel liquido.
• Accrescimento dei nuclei conseguentemente formatisi.

Questi cristalli vengono chiamati grani e le superfici di contatto tra loro bordi di grano.

Il numero di grani dipende quindi dal numero di nuclei di cristallizzazione che dipende da:

• Temperatura iniziale
• Presenza di impurezze
• Aggiunta di particolari soluzioni di lega
• Velocità di raffreddamento

La struttura cristallina e le proprietà che contraddistinguono i metalli sono dovute al legame metallico.

Cristallo = base + reticolo

Esistono 14 modi per disporre gli atomi in modo ordinato secondo una geometria ritrovata nello spazio raggruppati in 7 diversi sistemi cristallini:

• Cubici
• Tetragonale
• Ortorombico
• Monoclinico
• Triclinico
• Esagonale

Trasformazione liquido-solido

Nella trasformazione liquido-solido due stadi:

• Nucleazione: comparsa di piccoli germi cristallini nel liquido.
• Accrescimento dei nuclei precedentemente formatisi.

Questi cristalli sono chiamati grani e le superfici di contatto tra loro bordi di grano.

Il numero di grani dipende quindi dal numero di nuclei di cristallizzazione che dipende da:

• Temperatura iniziale
• Presenza di impurezze
• Aggiunta di particolari elementi di lega
• Velocità di raffreddamento

La struttura cristallina e le proprietà che contraddistinguono i metalli sono dovute al legame metallico.

Cristallo = base + reticolo

Esistono solo 14 modi per disporre gli atomi in modo ordinato secondo una geometria ripetuta nello spazio raggruppati in 7 diversi sistemi cristallini (reticoli di Bravais):

• Cubici
• Monoclinici
• Esagonali
• Romboedrici
• Tetragonali
• Triclinici
• Ortombici

Reticoli cristallini

• Cubico semplice (CS o SC)
  N° Coordinazione: 6
  Atomi per cella: 1
  Lato del cubo (a): 2R
  FCA: 0,52
• Cubico corpo centrato (CCC o BCC)
  N° Coordinazione: 8
  Atomi per cella: 2
  Lato del cubo (a): 4R/√3
  FCA: 0,68
• Cubico facce centrate (CFC o FCC)
  N° Coordinazione: 12
  Atomi per cella: 4
  Lato del cubo (a): 4R/√2
  FCA: 0,74
• Esagonale compatta (EC o HCP)
  N° Coordinazione: 12
  Atomi per cella: 6
  a = 2R
  h = 1,633
  FCA: 0,74

Nota

FCA = Volume degli atomi per cella/Volume della cella

Indici di Miller

Sistema per descrivere direzioni e piani in un reticolo di Bravais.

Direzione [u v w]

Piano (h k l)

Famiglia di direzioni: < u v w >

Famiglia di piani: { h k l }

Difetti puntiformi

1. Vacanze: manca un atomo, a temperatura ambiente sono poche, aumentano con la temperatura.
2. Atomo autoimpiantato: un atomo si infila nel proprio reticolo fuori dallo schema, nell'interstizio un atomo si caccia. (Assunta di un secondo elemento)
3. Soluzione solide di sostituzione: atomi del soluto si collocano parzialmente nelle posizioni reticolari ordinarie del reticolo cristallino del solvente.
4. Soluzione solide interstiziali: atomi del soluto vanno ad occupare gli interstizi fra gli atomi del cristallo primitivo.

Composti intermetallici

Le posizioni nel reticolo cristallino sono occupate in modo ordinato da atomi di metalli diversi.

Composti interstiziali

Atomi di un elemento si sistemano disordinatamente negli interstizi di un reticolo metallico base.

La diffusione

Attraverso la presenza di vacanze ed interstiziali è possibile spiegare la diffusione all’interno di un solido cristallino.

Diffusione per vacanze: atomi migrano occupando posizioni lasciate libere per la presenza di vacanze. Aumentando la temperatura del metallo aumentano le vacanze e quindi la diffusione.

Diffusione attraverso gli spazi interstiziali: l’atomo si muove da una posizione interstiziale all’altra.

Deformabilità e dislocazioni

Deformazioni:

• Elastiche: disposizioni del reticolo cristallino che si annullano all'annullarsi dello sforzo.
• Plastiche: scorrimento dei reticoli su determinati piani permanenti.

La deformabilità del corpo cristallino risulterà tanto maggiore quanto maggiore è il numero dei sistemi di piani di facile scorrimento.

La deformabilità dipende quindi dal reticolo cristallino.

Si osserva che lo sforzo di taglio richiesto per uno scorrimento di piano e quindi una deformazione plastica è molto minore di quello teorico (reticolo privo di difetti).

Esiste infatti un difetto di linea: disloc