Scienza e tecnologia dei materiali

Meccanismi di dispersione di seconde fasi

Un altro meccanismo si innesca grazie alle particelle delle seconde fasi che superano il limite di solubilità. Queste causano la deformazione elastica nella fase principale e legano maggiormente le dislocazioni, che possono forzare le particelle con spesa di energia. Se queste sono invece indeformabili, le dislocazioni che si propagano seguono uno schema di Orowan, secondo il quale le dislocazioni si curvano attorno alla particella e tornano alla sua forma originaria una volta superata quest'ultima e averla circondata con un anello di dislocazione, responsabile dell'impedimento di passaggio di altre dislocazioni. Questo meccanismo si rivela efficace se la seconda fase presenta delle particelle di piccole dimensioni. Un esempio è la lega Al-Cu, se questa viene raffreddata lentamente, la microstruttura presenta grani di fase.

teta grossolani, dispersi in fase alfa, le prop. Meccaniche non sono buone. Se invece la stessa lega venisse raffreddata velocemente (temprata) fino a Tamb, la crescita della fase teta risulterebbe rallentata e successivamente riscaldata a T prolungata, la fase teta risulterebbe finemente dispersa e ostacolerebbe le dislocazioni, con l'aumento delle prestazioni meccaniche.

RESISTENZA A COMPRESSIONE determinata ponendo un provino fra i piatti di una pressa, la quale esercita una compressione assiale crescente

RESISTENZA A FLESSIONE viene caricato un provino di dimensioni normalizzate in tre o 4 punti

COMPORTAMENTO A FRATTURA 1 è legato alla microstruttura, al tipo di sollecitazione, T, velocità di applicazione del carico. Per raggiungere la rottura intervengono 2 particolari condizioni, lo scorrimento plastico e la propagazione di cricche.

CERAMICI DEFORMAZIONE E FRATTURA IONICI Le direzioni e i piani di scorrimento sono vincolati dalle cariche: due ioni con lo stesso segno non

possono venire in contatto. Il movimento delle dislocazioni è ridotto perché lo scorrimento può avvenire nei piani che non hanno la massima densità atomica. Si fratturano fragilmente, più facilmente dei covalenti, il movimento delle dislocazioni è possibile ma molto difficile e il numero di sistemi di scorrimento è limitato perché gli ioni con lo stesso segno si respingono.

COVALENTI essendo il legame covalente fortemente direzionale, risulta difficile il moto delle dislocazioni. I ceramici covalenti sono molto duri, il legame è forte la condivisione di elettroni crea legami difficili da rompere, lo scorrimento avviene ad alte temperature.

GENERALE Il modulo elastico diminuisce all'aumentare della porosità secondo la legge E=E0(1-1,9P+0.9P^2) con modulo elastico ceramico non poroso, anche la resistenza a flessione è variabile e dipende dalla porosità secondo la legge sigma=sigma0 exp(-nP) con sigma0=

maniera precisa. La statistica di Weibull fornisce una distribuzione della resistenza meccanica dei materiali ceramici in base alle dimensioni delle crepe presenti. Questo significa che la resistenza meccanica varia da campione a campione a causa delle diverse dimensioni dei difetti presenti. La porosità è un fattore che influisce sulla resistenza meccanica dei materiali ceramici, poiché la presenza di pori può fungere da punti di concentrazione dello stress e favorire la propagazione delle crepe. Pertanto, i materiali ceramici non porosi tendono ad avere una maggiore resistenza meccanica rispetto a quelli porosi.

maniera esatta. Indica dunque che la probabilità di frattura dipende direttamente dalla dimensione dei difetti e alla probabilità di trovare cricche di una determinata dimensione in una porzione di campione. Secondo gli studi si è dimostrato che campioni di materiale di maggiori dimensioni hanno maggiore probabilità di contenere cricche con dimensioni critiche e arrivano a frattura con carichi di minore intensità. La R è data dalla combinazione della tenacità a frattura e dalla dimensione della cricca. TENACITÀ A FRATTURA misura la R di un materiale alla frattura fragile quando presenta una cricca, è il valore critico che una volta raggiunto dal fattore di intensificazione degli sforzi K, la cricca diventa instabile e si sposta portando il materiale ad una rottura di schianto. Secondo la teoria di Griffith ci sono pori o cricche all'interno dei materiali. Le cricche si propagano in 3 modi: tramite distacco, scorrimento

elacerazione.PENDOLO STRUMENTATO O DI CHARPY tramite questa prova è possibile quantificare quanta energia serve per arrivare a rottura di un provino di dimensioni standard al quale viene applicato un carico dinamico in maniera istantanea. Questo tipo di prova è detta di RESILIENZA: misura della quantità di energia che può essere assorbita da un materiale prima della rottura, questa energia è dipendente dalla forma e dalle dimensioni del provino e dalla velocità di applicazione dello sforzo.

Il pendolo viene usato per osservare l'effetto della variazione di T sul comportamento di rottura dei materiali metallici. Si solleva la mazza del pendolo ad un'altezza H in base all'energia potenziale che si desidera, lasciata successivamente cadere, la mazza rompe il provino e dissipa in parte la propria energia, per poi risalire ad un'altra altezza. Da questa è possibile calcolare matematicamente l'energia assorbita nella rottura.

più la mazza sale, minore energia è stata assorbita, più è fragile il materiale. In base al materiale si possono ottenere FRATTURE FRAGILI (rottura prima di giungere al punto di snervamento), MISTA (deformazione plastica e poi rottura, in parte fragile e duttile), DUTTILE (massimo assorbimento di energia prima della rottura). Il passaggio da duttile a fragile avviene gradualmente, in un più o meno lungo intervallo di tempo. Alcuni esempi sono: vetro e PMMa (frattura fragile), Rame e acciaio dolce (duttile). DUREZZA o R SUPERFICIALE E PROVE DI DUREZZA: la durezza è la resistenza ad una deformazione permanente della superficie di un materiale causata da un penetratore di un certo peso. Le prove si effettuano con un durometro dotato di penetratori diversi che agiscono con un carico costante sulla superficie del materiale per tempi brevi. Una volta rimosso il penetratore, rimane la sua impronta sulla superficie del provino e viene misurata la superficie dell'impronta lasciata e la

Profondità di questa punto la prova di durezza avviene in tre fasi: il penetratore sopra la superficie del provino, penetra la superficie con un determinato carico, viene rimossa lascia l'impronta.

Tipologie di durezza:

• Brinell (HB): è il rapporto tra il carico applicato (500-3000Kg) e la superficie della forma sferica lasciata da un penetratore sferico in acciaio duro.
• Vickers (HV): rapporto tra carico applicato e la superficie dell'impronta di forma piramidale lasciata da una piramide a base quadrata.
• Rockwell (HR): profondità di penetrazione di una sfera in acciaio o di un cono di diamante con opportuni carichi.
• Microdurezza Vickers o Knoop: prove effettuate con bassi carichi (25-500g) e con l'aiuto di un microscopio si misurano le impronte dei penetratori di piccole dimensioni di forma piramidale a base quadrata (Vickers) o base rombica allungata (Knoop). Quest'ultima prova serve a valutare la durezza di piccole aree di materiale.

Tramite il grafico...

riportato in figura si può mettere in correlazione la durezza con il carico di trazione. Il processo prevede un riscaldamento fino al raggiungimento di circa 50-70°C, si mantiene questa temperatura in modo da far ottenere al materiale una struttura completamente austenitica e successivamente si raffredda in diversi modi, andando a percorrere vari tipi di trattamento, come la ricottura, normalizzazione e tempra. RICOTTURA: serie di processi che provocano un addolcimento dell'acciaio che risulta più facilmente lavorabile, questo trattamento viene usato per aumentare la duttilità, omogenizza la sua composizione ed elimina le tensioni interne create con eventuali deformazioni precedenti, conferendo migliori caratteristiche per la lavorabilità. NORMALIZZAZIONE: si procede ad un raffreddamento in aria calma per ottenere una struttura mista ferrite e perlite, con cristalli di perlite più piccoli rispetto a quelli che si formanoinserendo il testo fornito all'interno dei tag html appropriati:

inseguito a ricottura. Si ottiene una maggiore duttilità e minore fragilità rispetto alla tempra, una Rpiù elevata. Provoca inoltre un addolcimento dell’acciaio se questo ha un basso tenore di carbonio,mentre forma strutture simili a quelle della tempra se invece ha alto tenore di carbonio.

TEMPRA ilraffreddamento è veloce ed avviene in acqua o soluzioni di sale. La superficie si raffredda, mentre ilcore rimane caldo. Se si ha alto tenore di carbonio, ossia la percentuale di C è alto, questo processoavviene più facilmente e si ottengono acciai con maggiore durezza e fragilità. La tempra è untrattamento drastico e le tensioni interne che si sviluppano, possono portare alla rottura odeformazione dell’acciaio. In questo tipo di trattamento il raffreddamento non è omogeneo, infattila superficie si raffredda, mentre volume rimane caldo. Per minimizzare la formazione di chricche,dannose per il materiale, si procede

con la tempra MARTENSITICA SCALARE o DIFFERITA MARTENSITICA che serve a rendere minori le cricche di tempra che si creano a causa del raffreddamento non omogeneo.

TRATTAMENTI TERMICI DEGLI ACCIAI 2 Avviene immergendo il materiale in un bagno salino e lo lascio per un certo periodo a T cost in modo da avere una temperatura omogenea, poi si raffredda fino a Tamb. La trasformazione martensitica avviene quasi contemporaneamente nel materiale e le tensioni interne diminuiscono. Successivamente si procede a far rinvenire il materiale riscaldandolo e mantenendolo a T tra i 200 (eliminazione tensioni) e 600 (massima tenacità).

In generale la TEMPERA prevede un raffreddamento veloce, si forma la martensite, il moto delle dislocazioni è ostacolato così da far aumentare la R, durezza e fragilità, poi avviene il rinvenimento, che prevede il riscaldamento del metallo per un periodo di tempo ad una temperatura tra i 200 e i 600 gradi, alla prima vengono annullate le tensioni interne.

alla seconda si ottiene la massima tenacità.
TRATTAMENTI A PARTIRE DA AUSTENITE se si procede ad un raffreddamento lento dell'austenite, si forma perlite e una fase proeutettoide. Moderato, si forma bainite, che è più fine e più tenace della perlite.