Tecnologia dei materiali - Appunti

Introduzione ai materiali solidi

I materiali sono in genere elementi in forma solida, poiché la forma solida ha una capacità di reagire a stimoli esterni maggiore rispetto a materiali liquidi. Ovviamente per stimoli esterni intendiamo i carichi applicati su di essi. Per materiale solido, intendiamo un materiale le cui particelle elementari sono vincolate a rimanere ferme (o quasi) all'interno di un reticolo cristallino a causa delle forze attrattive che si esercitano vicendevolmente.

Tali forze attrattive sono quelle che consentono ad un materiale di resistere agli stimoli esterni (fino ad un determinato valore). In particolare, i materiali possono essere raggruppati a seconda delle forze tra gli atomi. In genere i materiali da costruzione si distinguono in tre categorie:

• Materiali metallici - (legame metallico)
• Materiali ceramici - (legame ionico)
• Materiali polimerici - (legame covalente)

Ogni categoria si distingue dall'altra per la differenza tra i legami esistenti. In particolare, ciascuna categoria è caratterizzata da un tipo particolare di legame. I legami esistenti sono quelli metallici (in cui degli elettroni partinis in diagonale si incontrano e ottengono lo stesso carico, poiché tra di essi è presente una nuvola negativa di elettroni liberi di muoversi - conducibilità elevata), quelli ionici (si sviluppano tra ioni negativi e ioni positivi - non conduttori) e quelli covalenti (catene di atomi in cui atomi di carbonio sono legati tra loro).

Tipologie di legami

Legame metallico

Legame ionico

Legame covalente

Il tipo di legame condiziona le caratteristiche delle sostanze. I materiali metallici sono ottimi conduttori e subiscono grosse deformazioni a elevatissimi energia. Viceversa avviene per i materiali ceramici. Oltre a questi raggruppamenti, un ulteriore raggruppamento è la distinzione tra materiali cristallini e amorfi.

Materiali cristallini e amorfi

Per materiali cristallini, intendiamo quelli ordinati in cui tutti gli atomi si trovano inseriti in una struttura precisa che si ripete all'interno di tutto il materiale. Un esempio di struttura cristallina è quella cubica a corpo centrato, caratterizzata da un atomo al centro del cubo, oppure un altro esempio è quella cubica a facce centrate, caratterizzata da un atomo al centro di ciascuna faccia. Viceversa un materiale amorfo è caratterizzato da una struttura disordinata priva di un reticolo cristallino regolare.

Una caratteristica fondamentale che invece per i materiali cristallini esiste in sede processo di fusione: un materiale compatto diventa più viscoso gradualmente. Le molecole seguono uno zoccolo localizzato, ma il vetro non forma menisci e potrebbe formare le bolle di vetro per la fusione, le lampadine ecc.

Oltre a ciò, un'ulteriore differenza tra i materiali compatti è porosità. Un materiale compatto è generalmente contenuto in strutture, e viene inserito in uno stampo. Viceversa un materiale poroso se urca a freddo, comportando di polietilene (ad esempio completamente dallo schermo).

Un'importante differenza tra tali materiali è che mentre un materiale compatto resiste a un urto uguale a una perla e viceversa, un materiale poroso tessuto resiste uguale alla trazione.

In particolare, in un materiale, è fondamentale riconoscere il rapporto tra la sollecitazione e la deformazione _O = ^E. In generale la relazione _O = ^E è lineare per bassi valori della tensione _O = ^KE dove K è il modulo di Young e se il carico viene tolto il materiale sicuramente ritorna nella forma originaria (per questo si parla di legge elastico-lineare). Se la tensione viene superata in certi valori, succede indipendentemente dal tipo di materiale. Ci sono materiali che si rompono, altri che si deformano (se tolgo il carico resta deformato).

Prove sui materiali metallici

Le prove sui materiali metallici vengono fatte rilasciando da provini che presentano una forma come quella nella figura a lato: sono costituite da un tratto di percorso contorto (spesso a forma vitosa) da cui ricorda che sono gli elementi che vengono presi per delle macchine per eseguire la innervacciare e dirittura, a velocità bassine.

In particolare nel caso dell'acciaio si pone ^O presente una forma, quella rappresentata in figura. Solamente quel che in questo punto le tensioni non sono per quelle nuclei (sy-FA), ma per a che sd è che l.