Schemi riassuntivi di Scienza e tecnologia dei materiali - 1^ parte

Tecnologia Materiali

Dei

1. Legami atomici e molecolari:
   1. primari (forti):
      • ionici (non direzionali)
      • covalenti (direzionali)
      • metallici (non direzionali)
   2. secondari (deboli):
      • dipoli permanenti (es. legame a idrogeno tra H e un elemento molto elettronegativo)
      • dipoli temporanei (forze di van der Waals)
2. Struttura cristallina

   Reticoli di Bravais:

   • Cubico: a=b=c, α=β=γ=90^o
   • Tetragonale: a=b≠c, α=β=γ=90^o
   • Ortorombico: a≠b≠c, α=β=γ=90^o
   • Romboedrico: a=b=c, α=β=γ≠90^o
   • Esagonale: a=b≠c, α=β=90^o γ=120^o
   • Monoclinico: a≠b≠c, α=γ=90^o≠β

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TECNOLOGIA MATERIA

DEI

1. Legami atomici e molecolari:
   1. primari (forti):
      • ionici (non direzionali)
      • covalenti (direzionali)
      • metallici (non direzionali)
   2. secondari (deboli):
      • dipoli permanenti (es.; legame a idrogeno tra H e un elemento molto elettronegativo)
      • dipoli temporanei (forze di Van der Waals)
2. Struttura cristallina

Reticoli di Bravais:

• Cubico: a=b=c , α=β=γ=90°
• Tetragonale: a=b≠c , α=β=γ=90°
• Ortorombico: a≠b≠c , α=β=γ=90°
• Romboedrico: a=b=c , α=β=γ≠90°
• Esagonale: a=b≠c , α=β=90° γ=120°
• Monoclino: a≠b≠c , α=γ=90° ≠ β

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- Trielinio: α≠b≠c, α≠β≠γ≠90°

Strutture più comuni:

- CCC: Cubica a Corpo centrato

N° atomi: 1/8 • 8 + 1 = 2

FCA = _Va/_Vc = _(4/3πR³)/_a³ = 0,68

√3a = 4R

- CFC: Cubica a facce centrate

N° atomi: 1/2 • 2 + 1/8 • 8 = 4

FCA = _{(4/3πR³) • 4}/_a³ = 0,74

√2a = 4R

- EC: Esagonale compatta

N° atomi: 1/2 • 2 + 1/2 • 1/6 • 3 = 6

FCA = 0,74

Soddisfazione, difetti, diffusione

Classificazione solidi:

• a) Solidi monocristallini: unico nucleo → unico grano

• b) Solidi policristallini: più nuclei → più grani

Solidificazione:

1. Nucleazione:
   • Omogenea: necessita di un alto ΔT (sottoraffreddamento)
   • Eterogenea: non necessita di un alto ΔT, avviene sulle superificie, attacco a impurità insolubili o a inclusioni
2. Crescita:
   • Grani grossi/esclusivi: alto gradiente termico
   • Grani fini: basso gradiente termico/alto sottoraffreddamento → tutti nuclei

Soluzioni metalliche:

1. Sostituzionali: atomi diversi con diametro da differire al max del 15%, simili struttura cristallina e su di valenza; piccole differenze di elettronegatività
2. Interstiziale: atomi più piccoli (soluto); concentrazione < 10%

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Difetti cristallini:

1. di punto: vacanze: cresce esponenzialmente con la temperatura
   • a) difetto di Schottky: vacanza catione-anione -> neutralità carica
   • b) difetto di Frenkel: vacanza auto-interstiziale: spostamento di un catione
2. di linea: dislocazioni: si moltiplicano con le deformazioni meccaniche plastiche
   • a) a spigolo
   • b) a vite
   • c) miste
3. di superficie: bordi di grano: impediscono, soprattutto a basse temperature, il movimento delle dislocazioni -> resistenza meccanica

Diffusione atomica: spostamento degli atomi per vibrazioni e altre:

1. per vacanza
2. interstiziale

Trattamenti termici:

Trattamenti termici :

1. Ricottura completa: austenitizzazione del materiale
   • (A_c3+40°C per ipoeutectoidi ed eutectoidi, A_c1+40°C per ipereutectoidi);
   • raffreddamento lento in forno

   ↴

   V↑: alta duttilità σ↓: grani grossolani, alti costi

2. Normalizzazione: austenitizzazione del materiale (sopra
   • a B_e e Ad₃) raffreddamento in aria

   ↴

   V: buona duttilità, grani fini, costi ridotti

3. Ricottura di lavorabilità/distensione: riscaldamento a
   • T < 723°C, raffreddamento in aria

   ↴

   V: aumenta duttilità, diminuisce durezza e fragilità

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a) Rinvenimento: riscaldamento a T < 723°C di acciai

precedentemente temprati (es.: martensite)

V: diminuzione durezza (diffusione degli

atomi di carbonio)

b) Bonifica: tempra + Rinvenimento

c) Tempra: austenitizzazione del materiale, raffreddamento

veloce in un liquido

V: ottima durezza (es.; martensite)

SV: scarsa duttilità

Classificazione acciai:

1. per caratteristiche meccaniche
2. per impiego

oppure

1. bass legati (alliganti < 5%)
2. legati (alliganti > 5%)

AISI-SAE: xx yy

xx: sigla del componente principale

yy: percentuale - tasso di C

Principali prove meccaniche:

1) Prova di trazione

Grandezze caratteristiche:

• σ = F / A₀ - sforzo nominale
• ε = ΔL / L₀ - deformazione nominale
• ε% = ΔL / L₀ * 100 - deformazione o allungamento percentuale
• ζ = (A₀ - A_strizione) / A₀ - strizione percentuale
• σ = Eε
  • legge di Hooke (valida solo nel campo elastico)
  • modulo di Young o di elasticità (E alto = materiale rigido)
• carico di snervamento (punto d'incurvatura tra la retta parallela al tratto di deformazione elastica e punate)

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per il punto ε=0,002 (0,2% di deformazione percentuale) sui grafico

• carico di rottura: ordinata massima raggiunta dal grafico ↔ resistenza a trazione
• rapporto tra lunghezza del tratto utile e sezione della provetta: ₀ = 5,65 A₀^1/2 (se diversa, A'₀ avrà pedice e lo si usi)
• ν=ε(racorale)/ε(lungitudinale)= E_x/E_z = E_y/E_z modulo di Poisson
• direzione di trazione/compressione

2) sforzi e deformazioni di taglio

Grandezze caratteristiche:

• τ = F/A sforzo di taglio
• γ =α/L = tgι deformazione di taglio
• τ = γγ (valido solo per tagli puramente elastici) modulo elastico di taglio

1. Prove di durezza
   1. Brinnell: sfera d'acciaio, o di carburo di tungsteno
   2. Vickers: piramide di diamante
   3. Rockwell: cono di diamante, sfera d'acciaio

   ★ È possibile trovare empiricamente correlazioni tra durezza e carico di rottura per uno stesso materiale

2. Deformazione plastica, ricristalli staziali, riclinera

Deformazione plastica:

1. Per solidi monicristallini: scorrimento lungo le bande di scorrimento
2. Per solidi policristallini: scorrimento delle dislocazioni, flusso al loro accumulo lungo i bordi di grano => alta resistenza (incrudimento)

   ★ L'incrudimento può essere ottenuto anche attraverso l'aggiunta di soluti, che ostacolano lo scorrimento delle dislocazioni

Ricristallizzazione: processo inverso dell'incrudimento serve a rendere il materiale più utile e

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