Riassunto esame Tecnologia dei materiali, libro consigliato "Materiali da costruzione" vol. 1-2, prof Massidda, Bertolini

PARTE I: STRUTTURA DEI MATERIALI

Microstrutture di equilibrio

Molti materiali sono ottenuti miscelando diversi elementi chimici o diverse sostanze ad alta temperatura, quando sono allo stato liquido. Il successivo raffreddamento determina la solidificazione della miscela e la formazione di strutture solide, nelle quali sono presenti diversi elementi introdotti nella miscela. I materiali metallici vengono usati in forma di leghe ottenute solidificando miscele liquide di diversi elementi metallici. Un aspetto molto importante è rappresentato dalla possibilità di studiare la struttura che si forma durante la solidificazione di un sistema ottenuto miscelando più componenti.

I sistemi eterogenei

Si definisce fase una porzione omogenea di un sistema chimico fisico eterogeneo identificabile in base al suo stato fisico e alla sua struttura interna. Se si scioglie del sale in acqua si ottiene un'unica fase liquida (soluzione salina omogenea) ma superando la quantità di sale oltre il limite di solubilità ottengo 2 porzioni omogenee cioè 2 fasi: la soluzione satura e il sale che non è sciolto. Nelle leghe metalliche le fasi coincidono con il metallo fisso o con un preciso reticolo cristallino.

Si definisce varianza di un sistema eterogeneo in equilibrio il numero di parametri di equilibrio che posso far variare senza che cambi il numero delle fasi. In condizioni di equilibrio la varianza è data da:

V = C + 2 - f

• C = variabili chimico f = fasi presenti
• miscela
• agenti (T e p)

Per una miscela binaria la regola delle fasi è:

V = 2 + 1 - f p = cost

Se c'è solo una fase la varianza è pari a 2 e possono variare temperatura e composizione della fase senza variazione nel numero di fasi.

Se ci sono 2 fasi il sistema è monovariante e posso fissare solo una variabile. Se ci sono 3 fasi il sistema è invariante e non si può variare nulla finché non scompare una delle tre fasi.

Diagrammi di stato binari

Sono tracciati a pressione costante riportando nelle ascisse la composizione della lega e nelle ordinate la temperatura. La composizione è espressa in percentuale di massa. Sul diagramma si tracciano i campi di esistenza delle diverse fasi in funzione delle variabili considerate. I diagrammi una volta fissate lega e temperatura permettono di valutare le fasi.

presenti, la loro composizione, la (loro) quantità relativa, per rappresentare la

composizione media del sistema si può utilizzare un cerchio vuoto e per la

Composizione di ogni fase presente dei punti pieni. I diagrammi di stato binari

si possono ricondurre alla combinazione di alcune condizioni di cui:

- MISCIBILITÀ COMPLETA ALLO STATO LIQUIDO E ALLO STATO SOLIDO

- MISCIBILITÀ COMPLETA ALLO STATO LIQUIDO E PARZIALE ALLO STATO SOLIDO, CON

PRECEDENZA DI TRASFORMAZIONE EUTETTICA O PERITECTICA

- MISCIBILITÀ LIQUIDO E IMMISCIBILITÀ COMPLETA ALLO STATO SOLIDO.

Portiamo che A e B siano 2 metalli puri.

Miscibilità completa allo stato solido

Nella zona compresa tra le due curve coesistono le fasi

liquida e solida. A temperatura T₁ il metallo A è liquido ma quando

arriva alla T_FA solidifica.

T_B corrispondente a T_FA si arresta la temperatura, infatti

in regola delle fasi per un metallo puro, dato che quando

sono presenti 2 fasi il sistema rimane arte a una temperatura

non può variare finché è miscibile una fase liquida,

quando tutto il metallo è solidificato.

CONSIDERO LA LEGA X:

Alla temperatura T₁ la fase è liquida, e l’unica

fase presenta e ha composizione pari a quella

media della lega. La varianca è nulla.

A temperatura T₃ comincia a solidificarsi

formando una fase solida α con questa

invariata, a temperatura T₄ sono in equilibrio.

A temperatura T₃ la fase solida α si rappresenta

tutto dal punto a sulla linea solida mentre

la fase liquida è rappresentata dal punto e

nella linea la composizione media della lega è diversa

date le 2 fasi e non cambia durante la solidificazione.

Il sistema è monovariato in quanto composto a 2 fasi: può essere

variata una sola variabile senza modificare la configurazione del sistema.

Fissata la temperatura, possiamo determinare la composizione delle 2 fasi.

ANALIZZO LA SOLIDIFICAZIONE

A T₂ cominciano a separarsi dal liquido dei cristalli, della fase solida α,

e la fase solida che si forma ha un contenuto inferiore del componente B

rispetto al liquido.

Da T₂ a T_F la fase liquida si trasforma nella fase solida α e cambia

la loro composizione: seguendo le linee di liquido e solidus.

La regola della leva dice che ad ogni temperatura le quantità

delle fasi sono inversamente proporzionali ai segmenti che uniscono

i punti pieni con il cerchio vuoto.

Lo y, il peso di una certa fase è pari al rapporto fra il braccio

di leva opposto al punto rappresentativo di tale fase e la lunghezza

totale della leva.

Standardizzazione

Le prove meccaniche vengono fatte per diversi motivi:

• per lo studio del comportamento del materiale e lo sviluppo di nuovi materiali;
• per valutare l'effettiva resistenza di un materiale e fornire all'utilizzatore dati utili per il progetto strutturale;
• per controllare la qualità del materiale alla fine di un processo produttivo o di un trattamento particolare.

In ogni caso i dati ottenuti dai laboratori o materiali diversi devono poter essere confrontati. Nella maggior parte dei casi i risultati sono influenzati dalla conoscenza in cui si effettuano le prove: è quindi possibile confrontare materiali diversi solo se testati in condizioni analoghe.

Esistono degli organismi che redigono e non le norme nazionali (UNI in Italia, DIN in Germania) e si occupano di standardizzare tutti i settori, quindi anche le prove sui materiali.

A livello europeo il CEN (Comitato Europeo di Normalizzazione) emette la euromanorma EN che devono essere adottate come norme nazionali dagli stati membri che partecipano al CEN. Nel pubblicarlo come norma nazionale per esempio in Italia si citano UNI EN e il suo recepimento comporta l'annullamento delle norme precedenti su quell'argomento.

A livello internazionale invece c'è l'ISO (International Standard Organisation) le norme ISO non sono obbligatorie, ma facoltative. Possono essere adottate come norme nazionali UNI ISO o europee UNI EN ISO.

Esistono altre norme molto utilizzate per le prove sui materiali e sono quelle emesse dall'ASTM (American Standard Testing Materials).

Il rispetto di tutte queste norme non è obbligatorio, ma la fusione di riferimenti importanti e vengono riconosciute come procedure da eseguire normalmente. Alcune normative sono richiamate da leggi nazionali e in quel caso diventa obbligatorio il loro rispetto.

Prova a trazione

La sua caratteristica principale è la presenza di un tratto utile con sezione costante S₀ e lunghezza iniziale L₀ a cui si fa riferimento durante la prova.

La macchina di trazione consente la misura simultanea del tratto utile L e della forza F agente lungo l'asse del provino. Permette anche di misurare la posizione della parte mobile della macchina.

Questa tipo di prova viene realizzato imponendo una velocità costante di traslazione della parte mobile della macchina. Durante la prova si traccia una curva che lega la forza all'allungamento ΔL=L_E-L₀. E la lunghezza del tratto utile quando è applicata la forza. La prova termina quando il provino si rompe.

Comportamento elastico

Un corpo solido subisce una variazione della sua forma quando è soggetto a forze esterne. Un corpo a cui si cerca di variare la forma oppone delle forze che tendono a contrastare la variazione.

Nella prova di trazione, il provino per poter essere allungato di un valore ΔI richiede l'applicazione di una forza F.

Un corpo però oltre che una trazione può subire altri tipi di sollecitazione che portano ad altri tipi di deformazione.