Tecnologia dei materiali

Lavori di _2^a ingegneria civile ed industriale

Causer Bettinich

MATERIA

• Materia prima → Materiale
• Processo → Prodotto

Processo di fabbricazione → Struttura → Proprietà → Prestazioni

Se cambia, cambiano anche le proprietà → prestazioni

STRUTTURA

• Subatomica = atomi
• Atomica = come atomi stanno insieme
• Microscopica
• Macroscopica

PROPRIETÀ

• Meccaniche
• Ottiche
• Termiche
• Magnetiche
• Chimiche
• Di deterioramento

Classificazione dei materiali

• Stato di aggregazione
• Solidi
• Liquidi
• Gassosi
• Costituenti
• Metallici
• Ceramici
• Polimeri
• Compositi
• Funzionale
• Strutturali
• Elettrospaziali
• Ottici
• Intelligenti
• Livello d'ordine
• Cristallino
• Amorfo

come gli atomi stanno insieme?

atomo → vuole il livello energetico esterno pieno → cede o acquista elettroni

cede diventa ion+

acquista diventa ion-

legame

legame ionico

legame forte si instaura tra atomi diversi

legame non direzionale → energia di legame uguale in tutte le possibili direzioni intorno allo ione

energia di legame → elevata

maggiormente presente nei materiali ceramici

Materiali duri, fragili

ionici isolanti termici e elettrici

legame covalente

condivisione di alcuni elettroni

legame direzionale → numero nox = numero dei suoi elettroni di valenza

possono essere molto forti o molto deboli

tipici dei materiali polimerici

legame metallico

"nuvula elettronica"

legame non direzionale → nucleo → centri ionicielettroni = catione per centri ionici

possono essere sia forti che deboli

buoni conduttori elettrici e termici → metalli (TA, ITA)

Anisotropia

Proprietà fisiche -> dipendono dalla direzione lungo la quale vengono misurate

Anisotropia ->

• Variazioni della struttura interna in funzione della direzione lungo la quale sono misurate

Isotropi ->

• Proprietà per cui il valore di una grandezza fisica in una sostanza o nello spazio non è uguale in tutte le direzioni

• Dipende dalla simmetria della struttura -> più aumenta regolare e simmetrica la struttura
• Materiale composto da un aggregato composto ->
  • Comportamento isotropo
  • Valore di media dei valori di quella proprietà nelle diverse direzioni
• A volte hanno orientazione cristallografica preferenziale = "resistenza"

Solidi non cristallini

Quarzo -> non hanno una disposizione sistematica e regolare -> struttura cristallina disordinata e irregolare

• Caratterizzati da strutture atomiche/molecolari complesse -> si ordinano con difficoltà
• Rapido raffreddamento -> lascia poco tempo al processo di ordinamento

DIFETTI di MASSA o di VOLUME

• difetti più grandi dei precedenti - porosità
• cricche
• inclusioni...

DETERMINAZIONE della DIMENSIONE dei GRANI

• Sulione microgranB che esputano la microstruttura - linee rette eccessena stessa lunghezza
• Si Contano i grani intersecati da ciascun segmento
• media lunghezza della linea x n° medio dei grani intersecati (su tutte le linee)
• Trovo un valore

DIAMETRO divuso per il valore dell' ingrandimento lineare delle micrografie

• numero di dimensioni del grano = 1-10
• ingrandimento 100x

N° = numero medio dei grani presenti n = numero della dimensione del grano

N' = 0,155 x 10^(0,3 + n)^(m-1)

DIFFUSIONE allo STATO SOLIDO

diffusione = fenomeno di trasporto di materiale x movimento atomi

• Interdiffusione
• Autodiffusione
• Atomi di un metallo
• Atomi dello stesso metallo
• Differendo nell'atrtro

MECCANISMO

graduale migrazione di atomi da una posizione reticolare a un'altra

aumenta all' aumentare temperatura

DEFORMAZIONE PLASTICA

• permanente
• transizione graduale dalla def. elastica
• sforzo e deformazione ≠ proporzionali
• rottura legami → movimento → formazione nuclei legami atom. vicini
• tra nuovi atomi

• Solidi cristallini
  • scorrimento
• Solidi non cristallini
  • flussso viscoso

limite di snervamento

valore oltre il quale inizia la deformazione plastica

metalli → trans. graduale

curva

sforzo-deformazione non ha più andamento lineare

sforzo: limite di proporzionalità

alcuni materiali = c. elastico

non lineare → zona di snervamento

(superiore inferiore)

limite di snervamento

resistenza a rottura

a trazione

sforzo max che può essere sostenuto da una struttura sollecitata a trazione

• restringimento localizzato di sezione (strizione) in cui vengono local. tutte le deformazioni successive
• rottura → nella strizione

se momento = rottura del pezzo

Fragile

• no deformazione plastica
• rapida propagazione cricca → direzione

• no segni di deformazione plastica
• "V" rovesciate vicino al centro della sezione
• linee e creste a ventaglio dai angoli cricca
• nessun segno → sup. lucide e levigate

• transgranulare → cricca si propaga attraverso rotture successive dei legami atomici lungo piani cristallografici
• intergranulare → indebolimento/infrollimento dei bordi dei grani

Meccanica della frattura

• valori teorici resistenza inferiori a quelli sperimentali
• discontinuità macroscopiche (vuoti, inclusioni, spigoli e intagli)
• presenza di microscopici difetti, anche

Sforzo massimo

INTENSIFICATORI di sforzi →

• presenza di microscopici difetti, anche

• sforzo nominale → rapporto di frattura
• λ → lunghezza cricca esterna/mezza lunghezza cricca interna

• metalli duttili → ^{deformazione plastica →} sforzo Max > limite snervamento
• distribuzione uniforme degli sforzi in prossimità degli intensificatori

Curva S-N

determinare le piccole di fatica di un materiale

• laboratorio
• prove di flessione rotante
• provino viene sollecitato
• sottoposto a uno sforzo ciclico con un'ampiezza di carico massimo
• procedura ripetuta su altri provini ad ampiezze di carico decrescenti

Limite di fatica → livello di sforzo limite al di sotto del quale la rottura non avviene

Resistenza a fatica → risposta alla fatica

• livello di sforzo a cui si ha rottura per un numero definito di cicli

Urta a fatica → parametro che indica il numero di cicli che provoca rottura a un determinato carico

ricavabile dal grafico S-N

Innesco e propagazione della cricca

Rottura per fatica

1. innesco della cricca → piccola cricca nel punto con elevata concentrazione di sforzo
2. propagazione della cricca → cricca avanza ad ogni ciclo di carico
3. frattura finale → molto rapida

Siti di nucleazione della cricca

• scalfitture superficiali
• buchi raccordi
• filetti, denti
• discontinuità causate dal carico ciclico