Riassunto di scienza e tecnologia dei materiali

MARTENSITE RINVENUTA:

 Rinvenimento: trattamento termico per aumentare duttilità e tenacità della martensite

rimuovendo le tensioni interne;

 Microstruttura molto fine.

ACCIAI LEGATI: ottenuti con l'aggiunta di altri elementi oltre Fe e C

 Diversi diagrammi rispetto acciai normali.

CLASSIFICAZIONE ACCIAI:

 Basso tenore di carbonio (C < 0.25%): teneri, duttili, tenaci;

 Medio tenore di carbonio (0.25-0.6%): più resistenti ma meno duttili e tenaci;

 Alto tenore di carbonio (0.6-1.4%): ottima resistenza all'usura;

 Inossidabili (Cr > 11%).

TRATTAMENTI TERMICI:

 Ricottura: processo che porta all'addolcimento dell'acciaio:

o Omogeneizza la composizione;

o Elimina tensioni interne;

o Migliore lavorabilità/duttilità.

 Normalizzazione: riscaldamento a T poco maggiore T , poi raffreddamento in aria calma:

austenizzazione

o Struttura mista perlite-ferrite --> perlite costituita da cristalli minuti;

o Resistenza > ricottura;

o Fragilità < tempra.

 Tempra: riscaldamento a t poco superiore T , poi raffreddamento veloce.

aust

o Non devo intersecare i campi di formazione di perlite e bainite.

 Rinvenimento: riduce la fragilitò a scapito di una diminuzione di durezza.

 Bonifica: tempra + rinvenimento.

DESIGNAZIONE ACCIAI:

sigla che inizia con una lettera (strutturali:S; C.A.:B; C.A.P:Y) seguita da numeri e/o lettere.

ACCIAI DA COSTRUZIONE:

 Di base: senza leganti, ricotti o normalizzati;

 Di qualità: legati, microlegati, processi produttivi avanzati.

TRATTAMENTI TERMICI PER ACCIAI DI QUALITA':

colata --> semilavorati (billetta, vergella) --> laminazione a caldo -->

raffreddamento controllato (aria, acqua).

LAVORAZIONE DEI METALLI: forgiatura - laminazione - estrusione -

trafilatura.

ACCIAI PER CEMENTO ARMATO: requisiti definiti da NORME

TECNICHE SULLE COSTRUZIONI (NTC) (D.M. 14/01/08).

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ACCIAI PER CALCESTRUZZO ARMATO PRECOMPRESSO:

 Proprietà:

o Elevata resistenza meccanica;

o Deformazione plastica bassa;

o Adeguata duttilità all'allungamento.

 Produzione:

o Laminati a caldo (barre);

o Trafilati a freddo (trefoli di fili);

o Temprati e rinvenuti.

 Requisiti:

o Rilassamento: diminuzione nel tempo dello sforzo a carico costante -->può diminuire la

precompressione;

o Resistenza alla corrosione.

ACCIAI PER COSTRUZIONI METALLICHE:

 Laminati;

 Al carbonio;

 Patinabili;

 Inossidabili. 12

08 - PROPRIETA' TERMICHE DEI MATERIALI

RISCALDAMENTO: Il contenuto energetico di un solido aumenta quando gli si fornisce calore.

 Aumento temperatura: energia immagazzinata come en cinetica --> aumento ampiezza vibrazioni

termiche;

 Dilatazione termica: energia immagazzinata come en potenziale --> aumento distanza di legame;

 Trasformazioni di fase.

CAPACITA' TERMICA: misura quanto un corpo sia capace di assorbire calore dall'esterno C = dQ/dT

 Calore specifico: capacità termica riferita all'unità di massa e innalzamento di 1°C;

 Caloria: calore necessario per innalzare di 1°C un grammo di acqua (4,186 J);

 Calore atomico: si riferisce ad una mole di sostanza; per molti elementi a T ambiente è circa 25

J/molK.

CONDUCIBILITA' TERMICA: attitudine di un materiale a trasferire energia termica attraverso:

 Elettroni liberi: metalli;

 Propagazione onde vibrazionali: ceramici e polimeri.

COEFFICIENTE DI CONDUCIBILITA' TERMICA (K) [W/mK] 2

Quantità di calore che in un secondo attraversa una superficie di 1 m di materiale spesso 1m con un ∆T di

1°C; dato dalla somma di:

 K : contributo fononico --> peggiora se T aumenta;

f

 K : contributo elettronico --> costante al variare di T.

e

FONONE: vibrazione termoelastica della struttura del materiale.

 Ottimizzata se la struttura è regolare;

 Meno efficiente del moto elettronico.

CONDUZIONE NEI METALLI:

moto di elettroni --> molto efficiente --> elevata conducibilità.

 Turbato da difetti e irregolarità del reticolo cristallino.

CONDUTTIVITA' TERMICA UTILE/DICHIARATA (settore specifico isolanti)

Conducibilità termica del prodotto relativa a 25 anni di servizion misurata a 10°C sul 90% della produzione.

2

RESISTENZA TERMICA DICHIARATA (R [m K/W])

D

Rapporto fra lo spessore di isolante impiegato e la conduttività termica dichiarata.

Capacità della struttura di opporsi al passaggio del calore.

TRASMITTANZA TERMICA DICHIARATA: inverso della resistenza termica dichiarata.

DILATAZIONE TERMICA:

∆l = α ∆Tl ∆V = α ∆TV

l 0 V 0

Α: coefficiente dilatazione termica.

 Inversamente proporzionale alla forza di legame;

 Contrastata: se il solido viene vincolato meccanicamente e poi riscaldato/raffreddato si

introducono sollecitazioni a compressione/trazione che possono causare fratture/deformazioni.

RESISTENZA A SHOCK TERMICO: può essere migliorata introducendo pori o seconde fasi.

 Parametro di resistenza agli sbalzi termici (TSR): indice della variazione massima di temperatura

che può subire un materiale senza rompersi.

CONSIDERAZIONI INGEGNERISTICHE SU DILATAZIONE TERMICA

Se due materiali posti a contatto in componenti che lavorano ad alta T, devono avere valori di α il più

l

possibili vicini e ci devono essere spazi vuoti per consentire l'espansione termica.

Per unire metalli con resine polimeriche devo usare polimeri caricati( fibre di vetro o ceramici)

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09 - I VETRI

DEFINIZIONE ASTM (American Society for Testing and Materials)

Sono materiali amorfi ottenuti per progressivo irrigidimento di un liquido che non ha cristallizzato durante

il raffreddamento.

 Solido non cristallino: no ordine a lungo raggio.

STATO AMORFO: Non esiste una transizione di fase solido-liquido, prima rammollisce poi fonde.

 Metastabile: si trasforma in cristallino se le condizioni termodinamiche e cinetiche lo permettono.

FORMAZIONE DEL VETRO

La velocità di raffreddamento del liquido deve essere maggiore della sua velocità di cristallizzazione.

STRUTTUTA DEI VETRI:

 Vetrificanti o formatori:

o sostanze che possono assumere struttura vetrosa (vetrificanti),

o costituiscono il reticolo amorfo (formatori).

 Fondenti o modificatori:

o Abbassa la T di fusione (fondente)

o Provocano un'interruzione del reticolo amorfo del formatore (modificatori).

 Intermedi: entrano a far parte del reticolo di un altro ossido formatore.

VISCOSITA' η [Pa*s]

Resistenza allo scorrimento laminare, in risposta ad una sollecitazione meccanica parallela alla superficie;

decresce all'aumentare di T.

 Punto di fusione: η = 10 Pa*s

 3

Punto di lavorazione: η = 10 Pa*s Intervallo di lavorazione

 6

Punto di rammollimento: η = 4*10 Pa*s

 12

Punto di ricottura: η = 10 Pa*s

 13

Punto di deformazione: η = 10 Pa*s

PRODOTTI VETRAI

 Colato: ottenuto per colata e successiva laminazione;

 Float: prodotto in lastre, ottenuto per colata su un bagno metallico di stagno in atmosfera

controllata (metodo Pilkington);

 Cavo: utilizzato per la manifattura di contenitori.

TIPI DI VETRO

 Di silice: ottenuto da quarzo purissimo, resistente ad alta T, uso in laib chimici, molto costoso;

 Sodico-calcico: basso costo, facilmente lavorabile, + comune;

 Piombo: schermi per radiazioni;

 Borosilicatici (pyrex): resistenti a sbalzi termici/agenti chimici;

 Allumino silicati: alta resistenza a T elevate.

PRODUZIONE DELLA MASSA VETROSA:

preparazione della miscela --> fusione --> affinazione --> formatura --> ricottura.

VETRI IN EDILIZIA

VETRI ISOLANTI: Per ridurre il consumo energetico invernale

 Diminuire U --> intercapedini d'aria disidratata o gas tra 2/3 lastre di vetro.

VETRI DI SICUREZZA

 Armati: contengono una rete metallica, serve solo a ritardare la propagazione delle fiamme in

caso di incendio;

 Temprati: con processi chimico fisici vengono create nel vetro delle tensioni permanente di

compressione in superficie e trazione al centro; in seguito a rottura piccole schegge con spigoli

smussati;

 Stratificati: unione per riscaldamento e pressaggio di almeno 2 lastre di vetro con uno strato di

materiale trasparente interposto. 14

10 - MATERIALI CERAMICI

DEFINIZIONE: prodotti ottenuti da materie prime inorganiche, non metalliche, formati a freddo e

consolidati mediante cottura (SINTERIZZAZIONE); caratterizzati da numerosi pori.

PROPRIETA':

 Meccaniche:

o Comportamento elastico;

o Buona resistenza a compressione, scarsa a trazione;

o Fragili.

 Chimiche:

o Stabili ad: acidi, solventi organici, acqua.

 Fisiche:

o Isolanti elettrici e termici;

o Amagnetici;

o Refrattari;

o Opachi.

MICROSTRUTTURA

 Policristallina;

 Plurifasici: fase principale + fase vetrosa + porosità;

 Legami: materiali divisi tra legami ionico e covalente;

 A pasta porosa: grani separati da molti pori;

 A pasta compatta: vuoti riempiti da fase vetrosa.

MATERIE PRIME

 Argille:

o Pure--> bianche;

o Impure --> ossidi di ferro --> rosse;

o Idroplastiche: se mescolate con acqua formano una massa plastica facilmente lavorabile.

 Sgrassatori: non hanno proprietà leganti, ma danno la resistenza al verde per essere sagomato e

fargli mantenere la forma durante la cottura;

 Fondenti: provocano la formazione di fase liquida-vetrosa che salda i granuli e riempie le porosità;

 Feldspati

TECNICHE DI FABBRICAZIONE:

 Preparazione impasto: giusta distribuzione granulometrica, abbastanza resistente da mantenere

la forma;

 Formatura:

o Pressatura ( acqua 5-7%);

o Estrusione ( acqua 15-20%);

o Colaggio ( acqua 35-40% --> borbottine): componenti sia cavi che pieni.

 Essiccamento: evaporazione dell'acqua --> contrazione volumica --> deve essere lento;

 Cottura (900-1400°C): trasforma irreversibilmente il crudo in corpo rigido --> aumento densità e

resistenza meccanica;

 Finitura: con rivestimenti vetrosi o ingobbi (pasta bianca argillosa + vernice)

o Bicottura: 1° per il supporto, 2° per il rivestimento;

o Monocottura: smalto applicato sul crudo.

TIPOLOGIE DI MATERIALI CERAMICI

CERAMICHE BIANCHE: con argilla di orrima qualità (caolino)

Divise a seconda del grado di vetrificazione/porosità:

 Vetrose: porcellane, chimicamente inerti e eccellenti isolanti elettrici;

 Semivetrose;

 Porose. 15

LATERIZI: materiale da costruzione, fatto con argille comuni, poco costosi --> materiale ceramico + diffuso.

 Per murature: