Tecnologia dei Materiali

LEGAMI

• FORZE _(chimiche)
• DEBOLI _(fisiche)

DIPOLO OSCILLANTE

STRUTTURA CRISTALLINA

CRISTALLO → porzione ordinata di materia

CELLA ELEMENTARE → porzione di materia che rappresenta la struttura macroscopica

V_cella = V_occ. + V_libero

FATTORE DI IMPACCHETTAMENTO ATOMICO DELLA CELLA _(APF)

NUMERO DI COORDINAZIONE

STRUTTURA con sovrapposizione:

• A-B-C-A → CUBICA A FACCIA CENTRATA APF 74% NC 8
• A-B-A-B → ESAGONALE COMPATTA APF 74% NC 12

determinano le proprietà meccaniche

MONOCRISTALLO → massa costituita da un unico cristallo

è possibile ottenere nella pratica la struttura desiderata

CERAMICO → composto da

CRISTALLOGRAFIA

Proprietà Meccaniche

• comportamento reversibile → deformazione elastica
• comportamento irreversibile → deformazione plastica
• risposta dei tipi di sollecitazione a natura

Deformazione elastica

(Se è totalmente reversibile e istantanea) (Non dipende dal tempo)

1. Estensione monoassiale
• tensile
• compressione
2. Taglio semplice
3. Compressione uniforme idrostatica

Sollecitazione per estensione monoassiale

x_o → x + Δx , y_o → y_o + Δy , z_o → z_o + Δz

Δx → ε_x ≡ (x - x_o) / x_o

F → σ ≡ F / A_o

Comportamento elastico

• entalpici (tutti gli aceri materiali)
• entropici (gomme)

F ∝ Δl

Forza di taglio elastico → Legge di Hooke è linearmente dipendente dalla deformazione

ROTTURA

• Propagazione cricca
• Fatica
• Creep = a seguito di una azione costante nel tempo

Resistenza dei materiali opposta alla propagazione della cricca TENACIA A FRATTURA K_c

K_c = Yσ_f√πa

G_VEG = Energia richiesta dai materiali per consentire la propagazione della cricca

G_c=...

TEMPRA del VETRO

Aumento della tenaccia

• Arco termico (prima riscaldamento poi raffreddamento)

Temperatura di transizione vetrosa

=> dipende dalla velocità chimica

(Aumenta la temperatura aumenta la velocità chimica)

affreddato con H₂O

• Per far avanzare una cricca devo vincere lo stato di compressione interno

TEMPRA CHIMICA = quando la superficie è troppo piccola

Si O₂ + Na₂O +

ogni atomo di ossigeno fa da parte, sostituendo le giuste parti riesce mio stato di compressione interno sufficiente

PROVA di CREEP

(con esperimento)

E

E_creep

tempo

τ

PROVA di FATICA

Rottura a fatica

• Applicando un carico ciclico ripetuto
• Difficile da prevedere

Va suddiviso il ciclo di carico

applicando ciclicamente rotto comunque il corpo a fatica per fatica

Sistemi Cristallini

- La geometria della cella unitaria è completamente definita mediante 6 parametri.

... le sue lunghezze dei tre spigoli a,b,c e gli angoli α,β,γ tra gli assi.

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

Monocristalli

- I sei gradi sono perfettamente ordinati secondo una ripetizione periodica che genera delle celle unitarie senza interruzioni.

Amozzi

- I sei gradi sono una regolata disposizione atomica

Imperfezioni nel Solido

Difetto Cristallino

- Irregolarità nel reticolo cristallino che abbia una o più dimensioni di un diametro atomico.

Difetto Puntuale

- Interessano una o due posizioni atomiche.

Difetti Puntuali

Vacanza - Sito vacante nel reticolo, occupato normalmente da un atomo.

Auto-interstiziale - Atomo del cristallo che si trova in un suo finzionale, spazio che normalmente non viene occupato.

Difetti Lineari

Dislocazione a Spagolo - Difetto lineare centrato vicino alla linea che rivela eretta all'estremità del semicilorio aggiuntivo di atomi.

Dislocazione a vite

Rettili Interfaccia

Bordi dei Gani - Confinee che separa due grani che hanno un orientamento cristallografico.

LEGHE METALLICHE FERROSE

Pieno causa: costruzione, rilavoro sensibili: alla corrosione

ACCIAI – Leghe ferro + carbonio + ferro sono oltre anche altri elementi

• BASSO TENORE IN CARBONIO - C < 0,25% : poco resistenti, duttili, tenaci
• MEDIO TENORE IN CARBONIO - 0,25% < C < 0,60% : bassa lavorabilità
• ALTO TENORE IN CARBONIO - 0,60% < C < 1,4% : più duri e resistenti, meno duttili
• INOSSIDABILI - Cr > 11% : elemento principale = cromo, molto resistenti alla corrosione
  • 3 classi: Martensitici, Ferritici, Austenitici – magnitici

LEGHE METALLICHE NON FERROSE

• LIMITAZIONI: 1) desertica resistenza: dure 2) conducibilità elettrica resistività: bassa 3) subiscono decesso corrosione stessi lubrifici più comuni

LEGHE DA LAVORAZIONE PLASTICA

LEGHE DA FONDERIA

RAME – Quadro suoi leghe: - Te O, dure - difficile da lavorare - resiste bene alla corrosione

• OTTONE (cu + zinco)
• BRONZO (stagno, alluminio, silicio, nichel): resistenza a trazione, resistenza a corrosione

Rinvenimento

Realizzato riscaldando un acciaio martensitico a una temperatura inferiore all’eutectoide per un determinato periodo di tempo (250°C - 650°C), ma bene anche ai 100 - 200°C. Il metallo potrà disporre di quelle numerose lamine in cui accumulata durezza e tenacità con una minore carbonica residua.

Bonifica

Tempra + rinvenimento. Viene usata per eliminare le caratteristiche negative degli acciai semplicemente temprati, vale a dire è eccessiva fragilità e fa crescere di tenacità residua.

Cementazione

È un processo che porta ad aumentare sia la durezza superficiale che la vita a fatica degli acciai. Si tratta di un processo di carbonizzazione e di nitrurazione che conferisce due immagine: i componenti ad elevata temperatura e un’immagine ricca di carbonio o azoto.

Indurimento per Precipitazione

FIGURA

Ricottura

3 fasi

• Riscaldamento alla T desiderata
• Mantenimento a tale temperatura
• Raffreddamento, di solito, a T ambiente

Duttilità

Misura della deformazione plastica che il materiale può subire senza rompersi.

Resilienza

1. Capacità di un materiale di assorbire energia se sottoposto a deformazione elastica e poi rilasciarla durante la fase di scarico.

Tenacità

1. Resistenza a frattura in presenza di intagli.
2. Capacità di un materiale di assorbire energia e di deformarsi plasticamente.

Sforzo ideale: σ_i = T/A₀ = σ (1 + ε)

Deformazione reale: ε_n = ln (l/l₀) = ln (1 + ε)

Frattura duttile: preceduta da una moderata strizione.

Frattura fragile: avviene senza alcuna apprezzabile deformazione.

Fatica

Tipo di cedimento che si verifica in strutture soggette a sforzi dinamici e fluttuanti. In queste condizioni di carico è possibile che la rottura si manifesti a livelli di sforzo notevolmente inferiori.

La rottura a fatica avviene in modo similare a quella fragile.

Lo sforzo applicato può essere di tipo assiale (trazione - compressione), di flessione o di torsione.

Limite di fatica: al di sotto del quale la rottura per fatica non avviene. Valore più sicuro di sforzo fluttuante che non causa rottura per un numero sostanzialmente infinito di cicli.

Vita a fatica: numero di cicli che provoca rottura a un determinato carico ed è ricavabile dal grafico S-N.