Risposte alle domande teoriche dell'appello di Tecnologia dei materiali

3) DIFETTI DELLA STRUTTURA CRISTLLINA E RELAZIONE CON LE PROPRIETÀ MECCANICHE.

4) CORROSIONE DEI MATERIALI, COME PREVENIRLA, ASPETTO TERMODINAMICI E CINETICI.

1)La prova di trazione è utilizzata per determinare diverse proprietà meccaniche importanti per la

progettazione. La prova consiste nel deformare fino a rottura un provino applicando lungo il suo asse

principale, un carico a trazione gradualmente crescente. Normalmente i provini sono di forma

cilindrica, ma possono essere anche di forma rettangolare o a forma di “osso” per concentrare nel

tratto centrale del provino le deformazioni indotte dalla trazione. Le misure di allungamento vengono

utilizzate per calcolare la duttilità. Per tale prova si aggancia il provino a una macchina che ne

garantisce un allungamento a velocità costante. Durante la trazione vengono misurati

contemporaneamente sia l’allungamento che il carico istantaneo. DI solito tale prova dura qualche

minuto ed è distruttiva, cioè il provino viene deformato permanentemente.

Per poter valutare le proprietà dei materiali indipendentemente dai parametri geometrici del provino

si sono definite due grandezze fondamentali:

= [ ]

Sforzo nominale F= carico istantaneo applicato perpendicolarmente e A0= sezione del

2

0

provino

Deformazione nominale = è il rapporto tra l’allunamento/accorciamento di un provino e la lunghezza

−0 ∆

= = = .

iniziale li= lunghezza istantanea, l0=lunghezza iniziale.

0 0

La maggior parte delle strutture è progettata in modo tale che sotto sforzo subiscano solo

deformazioni elastiche. Ciò viene fatto per prevenire l’insorgere di eventuali problemi, poiché un

materiale che subisce deformazione plastica non è più in grado di adempiere alle proprie funzioni. È

quindi utile conoscere il valore oltre il quale si ha una deformazione plastica ovvero quando si verifica

il fenomeno dello snervamento, detto anche per i metalli limite di proporzionalità.

Analizzando il grafico si penserebbe che una volta raggiunto il punto M lo sforzo diminuisca perché la

curva comincia a decrescere. In realtà lo sforzo è in continua crescita. Quello che varia è la sezione del

provino, la quale diminuisce velocemente in prossimità della strizione. Questo evento provoca una

riduzione della capacità del provino di sopportare lo sforzo. Risulta quindi più corretto parlare di sforzo

reale definito come il rapporto tra la forza F e il la sezione istantanea Ai sulla quale insiste lo

= = ( ).

sforzo: . Anche la deformazione nominale cambia in reale: Si nota come se non vi

sono variazioni di volume nel provino si ha Ai x li =A0 x A0 e pertanto gli sforzi e le deformazioni reali

= (1 + ) = (1 + ).

e nominali sono legati dalle seguenti relazioni: Tali equazioni sono

valide sono all’inizio della strizione, mentre oltre tale punto gli sforzi e le deformazioni reali devono

essere calcolati misurando gli effettivi carichi, sezioni e lunghezze. Dal grafico si vede che rispetto allo

sforzo nominale, lo sforzo reale, per sostenere la continua crescita della deformazione è sempre

crescente. Inoltre nel punto M’ della strizione reale si genera uno strato di tensione caratterizzato

dall’esistenza di componenti di sforzo in direzioni diverse rispetto allo sforzo assiale. Lo sforzo

realmente generato sul provino risulta leggermente inferiore rispetto a quello calcolato basandosi sul

valore del carico applicato e della sezione di strizione.

2) Le trasformazioni di fase portano in genere alla formazione di almeno una nuova fase, caratterizzata

da proprietà chimico fisiche differenti e/o ad una struttura diversa rispetto alla fase da cui proviene.

La maggior parte delle trasformazioni non avviene in modo istantaneo, ma avviene gradualmente. Il

progredire di una trasformazione può essere suddiviso in due differenti stadi : nucleazione e crescita.

La nucleazione consiste nella comparsa di particelle molto piccole, o nuclei della nuova fase, in grado

di accrescersi successivamente. Esistono due tipi di nucleazione: la nucleazione omogenea è la

nucleazione eterogenea. Nella Nucleazione omogenea i nuclei della nuova frase si formano in modo

uniforme in tutta la fase originaria, mentre nella nucleazione eterogenea i nuclei si formano in

corrispondenza delle dismov disomogeneità strutturale, sulle purezze insolubili, sui bordi dei grani e

nelle disequazioni.

La Crescita ha inizio nel momento in cui un embrione supera la dimensione critica e diviene nucleo

stabile. La nucleazione continua a verificarsi anche durante la crescita. Il processo di crescita termina

in ogni regione in cui le particelle della nuova fase giungono tra loro in contatto. La crescita avviene

attraverso un processo di diffusione atomica a lungo raggio che si compie in diversi stadi. Le

dimensioni delle particelle delle fasi prodotte dalle trasformazioni dipendono dalla temperatura a cui

è avvenuto il processo.

I diagrammi di trasformazione possono essere di due tipi, TTT o CCT.

I TTT ( Trasformazione, Tempo, Temperatura) sono una rappresentazione della cinetica di

decomposizione dell’austenite ottenuta mediante mantenimenti isotermici fino al completamento

della reazione. Dai grafici si può osservare che compaiono dei nuovi costituenti strutturali come la

bainite e la martensite che nel diagramma di fase non ci sono. Questo è dovuto alle modalità di

raffreddamento e non a quelle di equilibrio.

Il diagramma CCT (Continuous Cooling Trasformation) invece è una rappresentazione della cinetica di

decomposizione dell’austenite ottenuta mediante raffreddamenti continui fino al completamento

della reazione. Rispetto ai TTT, i CCT sono spostati più verso il basso e verso destra. Nei CCT è possibile

definire la velocità critica di tempra, la quale rappresenta la minima velocità di raffreddamento

necessaria per ottenere una struttura completamente martensitica, sfiorando quindi la curva di

trasformazione perlitica. Per velocità di tempra maggiori di quella critica si forma solo martensite,

mentre a velocità di raffreddamento basse si forma solo perlite. Le curve CCT permettono di

rappresentare contemporaneamente le differenti trasformazioni microstrutturali, comprese quelle

non rappresentabili nei diagrammi di fase, e le leggi di raffreddamento effettivamente utilizzate.

I diagrammi CCT come i TTT possono essere molto diversi fra di loro in funzione della composizione

chimica della lega. Possono essere più spostati verso destra o sinistra, verso l’alto o verso il basso,

possono avere anche due nasi, uno perlitico e uno bainitico, ed avere anche la martensite finish al di

sotto della temperatura ambiente.

3) La ripetizione omogenea e periodica di atomi che è all'origine della formazione di un cristallo si

realizza quasi sempre in maniera imperfetta e la sua perfezione è comunque inversamente

proporzionale alle dimensioni. Maggiori sono dei messaggi un cristallo, più prolungato è stato sempre

di accrescimento e minori sono le probabilità di avere un cristallo perfetto. I difetti strutturali si

dividono in difetti puntuali, difetti lineari, difetti planari e difetti di volume.

DIFETTI PUNTUALI : Si verificano in singoli punti della ripetizione omogeneo e periodica: Essi

comportano o la presenza di atomi in posizione interstiziale, o la loro assenza in alcune posizioni. Essi

si vedono i difetti intrinseci ed estrinseci. I Difetti puntuali intrinsechi hanno la caratteristica di lasciare

invariata la stechiometria del minerale. Essi si dividono in vacanze e autointerstiziali. Una vacanza

reticolare è un difetto intrinseco che si verifica in un cristallo quando una posizione che dovrebbe

essere occupata risulta vuota, la sua presenza aumenta l'entropia del cristallo. Mentre un

autointerstiziale si crea quando un atomo va ad occupare una posizione non prevista, intermedia tra

altri atomi posizionati correttamente e ciò provoca una dilatazione del reticolo cristallino. I Difetti

puntuali estrinseci possono essere di due tipi, interstiziali e sostituzionali. Entrambe Sono

caratterizzate dall' ingresso, all'interno di un cristallo, di un atomo estraneo alla sua formula. Nelle

impurezze interstiziali l'atomo estraneo va ad occupare uno spazio interstiziale all'interno delle

strutture. Nelle impurezze Sostituzionali, invece, l'atomo occupa una posizione che risultava vacante.

DIFETTI LINEARI : Interrompono la regolarità di una struttura lungo una linea. Sono rappresentati

principalmente dalle dislocazioni, ovvero dalla disposizione di una fila di atomi difettati attorno ai

quali gli altri atomi sono disposti in maniera irregolare. Possono essere dislocazioni a gradino (spigolo):

È la linea secondo la quale termina un piano regolare che, per qualsiasi ragione, risulta interrotta

all'interno del cristallo mantenendosi parallelo agli altri ma provocando una distorsione del suo

immediato intorno. Le dislocazioni a vite invece si ottengono da uno sforzo di taglio che determina

una distorsione.

DIFETTI DI SUPERFICIE: Sono zone di confine che di solito separano regioni di materiali che hanno

differente struttura cristallina e/o differente orientazione cristallografica. A portale categoria

appartengono le superfici esterne, i bordi grani, Le superfici di separazione tra fasi, i difetti di

impilaggio i piani di germinazione .

-SUPERFICI ESTERNE : In quel parente di essa termina la struttura cristallina. Su essa gli atomi non

raggiungono il massimo numero di legami possibili e quindi si trova in uno stato energetico più alto

rispetto agli atomi presenti all'interno.

- BORDI GRANO: rappresentano i confini tra due piccoli grani o cristalli che presentano una differente

orientazione cristallografica all'interno di materiali policristallini. Inoltre costituiscono una barriera

allo scorrimento delle dislocazioni. Possiamo rappresentare un bordo grano come una specie di atomi

disposti in modo irregolare che assumono una posizione intermedia tra un grano e quella di un grano

adiacente.

- CONFINI TRA FASI : I confini tra fasi esistono i materiali che presentano più fasi, laddove esiste una

superficie di separazione tra fasi diverse.

-PIANI GERMINANTI: Sono un tipo particolare di bordo grano attraverso il quale vi è una particolare

simmetria speculare del reticolo cristallino

DIFETTI DI VOLUME: Sono vuoti, corpuscoli estranei e cricche.

4) la corrosione è un fenomeno elettrochimico spontaneo ed irreversibile Che comporta il graduale

decadimento meccanico e tecnologico del materiale metallico, per interazione chimico-fisica con

l'ambiente che lo circonda. Esistono due tipi principali di corrosione : corrosione a secco (chimica