Capitolo 1 1.3 tipi di materiali
I materiali di interesse tecnologico sono divisi in tre classi principali: materiali metallici, materiali ceramici e materiali polimerici. 1.3.1 materiali metallici
I materiali metallici sono sostanze organiche composte da uno o più elementi metallici e possono contenere anche alcuni elementi non metallici (carbonio, azoto, ossigeno). I metalli hanno una struttura cristallina nella quale gli atomi sono disposti in modo ordinato I metalli sono buoni conduttori termici ed elettrici. Hanno buona resistenza meccanica e duttilit a temperatura ambiente e molti mantengono buona resistenza meccanica ad alta temperatura. I metalli e le leghe vengono suddivisi in ! classi: 1) "etalli "etalli e leghe #errose #errose (conteng (contengono ono una grande grande percent percentuale uale di #erro #erro come gli gli acciai e le ghise). !) "etalli "etalli e leghe non #errose #errose (non (non contengono contengono #erro #erro oppure ne conten contengono gono solo una una piccola quantit es alluminio, rame, zinco, titanio e nichel). 1.3.2 materiali polimerici
I materiali polimerici sono costituiti da lunghe catene molecolari o reti che sono generalmente costituite a partire da composti organici (contenenti carbonio). $trutturalmente, la maggior parte non sono cristallini. %a resistenza meccanica e la duttilit dei materiali polimerici & molto variabile. $ono buoni isolanti. $i stanno sviluppando leghe di materiali polimerici per adattarsi a speci#iche applicazioni per le quali nessun materiale polimerico & adeguato. 1.3.3 materiali ceramici
I materiali ceramici sono materiali inorganici costituiti da elementi metallici e non metallici legati chimicamente tra loro. 'ossono essere cristallini, non cristallini, o parzialmente cristallini e parzialmente non cristallini. antaggi: hanno alta durezza ed elevata resistenza meccanica ad alte temperature, basso peso speci#ico, buona resistenza termica e allusura, ridotto coe##iciente di attrito e sono buoni isolanti termici (per questo vengono usati come rivestimento di #orni per produzione di acciaio) $vantaggi: *endono ad essere #ragili (piccola o nessuna de#ormazione prima della rottura)
1.3.4 materiali compositi
+n materiale composito pu essere de#inito come due o più materiali integrati #ra loro per #ormare un nuovo materiale. I costituenti mantengono invariate le proprie propriet e il composito avr propriet diverse dalle singole propriet dei componenti I materiali compositi sono #ormati da un riempitivo di rinforzo e di una matrice polimerica con esso compatibile, legati tra loro in modo da ottenere caratteristiche particolari e propriet utili per lapplicazione richiesta. I compositi non si sciolgono luno nellaltro quindi i componenti possono essere individuati #isicamente. I compositi più di##usi sono quelli di tipo #ibroso (#ibre annegate in una matrice) o di tipo particolato (particelle annegate in una matrice). 'er la produzione di materiali compositi possono essere utilizzate molte combinazioni di rin#orzi e matrici es. (per la matrice si pu utilizzare un metallo come lalluminio, un ceramico come lallumina oppure un materiale polimerico come la resina epossidica) a seconda del tipo di matrice utilizzata, il materiale composito pu essere catalogato come: 1) Compos Composito ito a matric matricee metal metallica lica (""C) (""C) !) Compos Composito ito a matric matricee cerami ceramica ca (C"C) (C"C) -) Compos Composito ito a matrice matrice polim polimeri erica ca ('"C) ('"C) I materiali compositi hanno unelevata resistenza meccanica e un peso speci#ico ridotto, per questo si tende a utilizzarli per gli impieghi dove la riduzione del peso & importante. Il di#etto principale come per i materiali ceramici & lalta #ragilit e la bassa tenacit a #rattura. ue importanti materiali compositi molto utilizzati sono: 1) /ibre di vetro vetro in una una matrice matrice di resina resina poliester poliesteree o epossidi epossidica. ca. !) /ibre di carbonio carbonio in una matrice matrice di resina resina epossi epossidica. dica.
Capitolo - (struttura cristallina e amor#a dei materiali) %a struttura #isica dei materiali solidi di interesse tecnologico dipende principalmente dalla disposizione degli atomi, ioni o molecole che compongono il solido e dalle #orze che li legano #ra loro. 0li atomi dei vari materiali seguono ! diverse leggi di disposizione a seconda della natura del materiale: •
•
$olidi cristallini: tomi o ioni di un solido sono presenti secondo una disposizione ripetitiva nelle tre dimensioni dello spazio, essi #ormano un solido che ha unordine a lungo raggio (%23) (metalli, leghe e alcuni materiali ceramici) "ateriali amor#i (senza #orma): atomi e ioni costitutivi non disposti in maniera ripetitiva, periodica e a lungo raggio, possiedono solo unordine a corto raggio es:(acqua liquida, possiede unordine a corto raggio allinterno delle molecole ma le molecole a loro volta sono legate da legami piu deboli in modo casuale.
-.! -.- '0 45
-.15 llotropia "olti elementi e composti a di##erenti condizioni di temperatura e pressione esistono in più di una #orma cristallina6 questo #enomeno & chiamato allotropia. 7sempi materiali che subiscono tras#ormazioni allotropiche sono mostrati in tabella -.4 pag. 81. +n esempio importante & il #erro: #ino alla temperatura di 91! C si presenta come #erro ; con struttura CCC, da 91! C a 1-9< C come #erro = e da 1-9< C a 14-9 C (temperatura alla quale lique#a) come #erro > con struttura CCC come per il #erro ;, il #erro > a di##erenza del #erro ; ha una costante reticolare maggiore.
Capitolo < $olidi#icazione e imper#ezioni cristalline •
<.1 $olidi#icazione dei metalli:
%a solidi#icazione dei metalli e delle leghe & un importante processo industriale, poich? la maggior parte dei metalli vengono prodotti partendo dal metallo #uso e #acendolo solidi#icare come semilavorati o direttamente come prodotti #initi. In generale il processo di solidi#icazione di un metallo o di una lega pu essere diviso nei seguenti stadi: •
•
/ormazione di nuclei stabili di solidi#icazione (nucleazione) Crescita dei nuclei a formare cristalli, e #ormazione di una struttura
a grani.
<.1.1 /ormazione di nuclei stabili nei metalli liquidi
I due meccanismi principali mediante i quali avviene la nucleazione di particelle solide nel metallo liquido sono: la nucleazione omogenea e la nucleazione eterogenea. @Aucleazione 3mogenea: %a nucleazione omogenea avviene in un metallo #uso quando il metallo stesso #a sB che gli atomi #ormino nuclei . uando un metallo puro liquido & ra##reddato in modo adeguato al di sotto
della sua temperatura di solidi#icazione di equilibrio, si creano numerosi nuclei omogenei a seguito del #atto che alcuni atomi soggetti a lento movimento si legano tra loro. %a nucleazione omogenea di solito richiede un notevole sottora##reddamento rispetto alla temperatura di solidi#icazione di equilibrio, che pu essere per alcuni metalli anche di 155 C sotto alla temperatura di equilibrio. 'erch? un nucleo sia stabile cosi che possa crescere a #ormare un cristallo, esso deve raggiungere una dimensione critica +n gruppo di atomi legati di dimensione in#eriore alla dimensione critica & detto embrione, un gruppo di atomi legati di dimensione maggiore alla critica & detto Nucleo. seguito della loro instabilit gli embrioni sono continuamente #ormati e risciolti nel metallo #uso. @Aucleazione eterogenea %a nucleazione eterogenea avviene sulle pareti che contengono il liquido, su impurezze insolubili, o altri materiali strutturali che abbassano lenergia libera critica richiesta per #ormare un nucleo stabile. al momento che durante i processi di solidi#icazione industriale non si raggiungono elevati gradi di sottora##reddamento (in genere tra 5.1 e 15 C), si deduce che in questi casi la nucleazione & eterogenea. %a nucleazione eterogenea quindi, richiede un grado molto minore di sottora##reddamento per #ormare un nucleo stabile.
<.1.! Crescita di cristalli e #ormazione di una struttura a grani opo che sono stati #ormati nuclei stabili in un metallo che solidi#ica, questi nuclei si accrescono #ormando cristalli. In ogni cristallo che solidi#ica gli atomi sono disposti in modo essenzialmente regolare, ma varia lorientazione di ogni cristallo. uando la solidi#icazione del metallo & completata, i cristalli (o grani) si uniscono tra loro pur se con diverse orientazioni, #ormando legami #ra i grani limitati a un certo numero di atomi. Il numero di siti di nucleazione che si creano in un metallo che solidi#ica in#luisce sulla struttura dei grani del metallo solido: @'ochi siti di nucleazione: struttura grossolana (a grani grossi) -Molti siti di nucleazione: struttura a grani fini (quasi tutti i metalli e leghe di interesse
tecnologico vengono #atti solidi#icare in modo da ottenere grani #ini, perch? la struttura a grani #ini ha migliori propriet di resistenza meccanica e di uni#ormit nei prodotti #initi. uando un metallo relativamente puro & #atto solidi#icare in una lingottiera non agitata e senza lutilizzo di a##inatori di grano, si ottengono di solito due principali tipi di struttura dei grani: si #ormano quando la nucleazione e laccrescimento avviene in modo tale che i grani possano crescere in modo uguale in tutte le direzioni (di solito a contatto con le pareti ra##reddate della lingottiera per il maggiore sottora##reddamento e quindi per la maggiore presenza di nuclei che si ha in queste zone. -Grani equiassici:
si #ormano quando il metallo si ra##redda relativamente piano in presenza di un #orte gradiente di temperatura, sono grani allungati e irregolari, si sviluppano non a contatto e perpendicolarmente ai bordi della lingottiera per il #orte gradiente di temperatura che si ha in quella direzione. -Grani colonnari:
<.1.- $truttura dei grani nei getti industriali Aella produzione industriale, i metalli e le leghe sono ottenuti realizzando la solidi#icazione in varie #orme: $e il metallo deve essere de#ormato dopo la solidi#icazione, si producono grossi getti di #orma semplice, che poi vengono tras#ormati negli opportuni semilavorati. In molte Il metallo altre applicazioni invece il metallo viene #atto solidi#icare solidi#icato direttamente nella sua #orma #inale, come avviene ad contenente molti esempio per i pistoni delle automobili. cristalli & detto 'er quanto riguarda lindustria dellacciaio, circa il D5E policristallinico dellacciaio viene ottenuto mediante la colata in lingottiera, %e super#ici tra i mentre circa il <5E per colata continua (vedi #igure pag 95).
'er ottenere getti con dimensione #ine dei grani, vengono spesso aggiunti al metallo liquido, prima di colarlo degli a##inatori di grano, in modo da avere durante la solidi#icazione dei nuclei eterogenei #inemente dispersi. (nelle leghe di alluminio si aggiungono piccole quantit di titanio, boro, o zirconio) +n lingotto solidi#icato in assenza di a##inatori di grano ha struttura a grandi grani colonnari, mentre in presenza di a##inatori si creano grani #ini equiassici.
<.- $oluzioni solide metalliche %a maggior parte dei metalli di interesse tecnologico sono combinati con altri metalli o non metalli per ottenere: maggiore resistenza meccanica, più alta resistenza alla corrosione o altre propriet desiderate. +na lega & una miscela di due o più metalli o di metalli o non metalli. %e leghe possono essere semplici, come lottone giallo #ormato da 85ECu e -5EFn, o essere estremamente complesse, #ormate anche da 15 elementi. Il tipo più semplice di lega & la soluzione solida6 la soluzione solida & un solido che consiste di due o più elementi atomicamente dispersi in una struttura mono#ase. In generale esistono ! tipi di soluzioni solide: 1. !.
Sostituzionali Interstiziali.
<.-.1 $oluzioni solide sostituzionali Aelle soluzioni solide interstiziali #ormate da due elementi, gli atomi di soluto possono sostituire nel reticolo cristallino atomi del solvente. %a struttura cristallina del solvente non varia, ma il reticolo pu essere distorto dalla presenza di atomi di soluto, in particolare se c& una signi#icativa di##erenza di diametri atomici tra gli atomi del solvente e quelli del soluto (il reticolo atomico pu sostenere solo una quantit limitata di contrazione o espansione, oltre il 14E di di##erenza tra raggio atomico solutoGsolvente solubilit diminuisce) . %a #razione di
atomi di un elemento che pu disciogliersi in un altro pu variare da una #razione di una percentuale atomica al 155E a seconda della situazione. %e situazioni che #avoriscono unampia solubilit allo stato solido di un elemento in un altro allo stato solido (regole di Hume@2oter) sono le seguenti: 1. I diametri atomici degli atomi degli elementi non devono di##erire di più del 14E6 !. %e strutture cristalline degli elementi devono essere le stesse6 -. Aon dovrebbero esserci di##erenze apprezzabili nelle elettronegativit dei due elementi in modo che non si #ormino composti. <. I due elementi dovrebbero avere la stessa valenza.
<.-.! $oluzioni solide interstiziali Aelle soluzioni solide interstiziali gli atomi di soluto si collocano negli spazi tra gli atomi di solvente. %e soluzioni solide interstiziali possono #ormarsi quando un atomo & più grande di un altro6 esempi di atomi che possono #ormare soluzioni solide interstiziali per le loro piccole dimensioni sono idrogeno, carbonio, azoto e ossigeno. +n esempio importante di soluzione solida interstiziale & quella #ormata dal carbonio nel #erro = di tipo C/C, che & stabile tra 91! e 1-9< C6 il raggio atomico del #erro = & 5.1!9 nm e quello del carbonio & 5.584 nm, con una di##erenza di raggio atomico del
<.< i#etti cristallini Aella realt i cristalli non sono mai per#etti6 contengono vari tipi di imper#ezioni e di di#etti che in#luenzano alcune loro propriet #isiche e meccaniche, che a loro volta in#luenzano alcune propriet tecnologiche come la de#ormabilit a #reddo delle leghe, la conduttivit elettronica dei semiconduttori, la velocit di di##usione degli atomi nelle leghe e la corrosione dei metalli. I di#etti del reticolo cristallino sono classi#icati secondo la loro geometria in: 1. i#etti a zero@dimensione o difetti di punto !. i#etti a una@dimensione o difetti di linea -. i#etti a due@dimensioni o difetti di superficie
<.<.1 i#etti di punto Vacanza: quando un atomo del reticolo cristallino & mancante6 possono essere prodotte: •
•
urante la solidi#icazione come risultato di disturbi locali durante la crescita dei cristalli, o da un riordinamento degli atomi in un cristallo gi #ormato a causa della mobilit atomica. Aei metalli possono essere introdotte vacanze addizionali tramite de#ormazioni plastiche, ra##reddamento rapido per intrappolare vacanze e dal bombardamento con particelle energetiche.
Aei metalli la concentrazione di equilibrio delle vacanze raramente supera quella di 1 ogni 15555 atomi %e vacanze di non equilibrio tendono a #ormare addensamenti, #ormati da due o tre vacanze. %e vacanze possono muoversi scambiandosi di posizione con atomi a loro vicini #avorendo, in particolare ad elevate temperature, la di##usione degli atomi nello stato solido. quando un atomo in un cristallo occupa una posizione interstiziale tra atomi che lo circondano, questi di#etti di solito non si generano naturalmente, a causa dellelevata distorsione con essi connessa, ma possono essere introdotti in una struttura a seguito di una radiazione. Autointerstiziale:
ifetti nei cristalli ionici:
'er la necessit di mantenere la neutralit elettrica quando ! ioni di carica opposta si allontanano da un cristallo ionico, si crea una bivacanza catione@anione chiamata difetto di Sc!ott"#. $e un catione positivo si muove in un sito interstiziale in un cristallo ionico, si crea anche la vacanza di un catione nel normale sito dello ione, questo doppio di#etto viene chiamato difetto di $ren"el. %a presenza di questi difetti nei cristalli ionici favorisce la loro conduttivit& elettrica. •
edere libro pag. 9 <.<.! di#etti di linea <.<.- di#etti planari <.<.< di#etti di volume.
4.!.1 i##usione nei solidi in generale %a di##usione & il meccanismo con cui la materia & trasportata attraverso la materia. 0li atomi nei gas, nei liquidi e nei solidi sono in costante movimento e possono migrare, pur se con tempi diversi. Il movimento degli atomi nei gas & relativamente rapito, si pu notare dalla rapida di##usione degli odori. Il movimento degli atomi nei liquidi & più lento rispetto a quello nei gas, come evidenziato dal movimento di tinture colorate nellacqua limpida Il movimento degli atomi nei solidi & ancora più lento, a causa dei legami che tendono a mantenerli nelle posizioni di equilibrio. %a di##usione di atomi nei metalli e nelle leghe & di particolare importanza poich? la maggior parte delle reazioni allo stato solido coinvolgono movimenti atomici ad esempio: precipitazione di una seconda #ase dalla soluzione solida, nucleazione e crescita di nuovi grani nella ricristallizzazione di un metallo de#ormato a #reddo
4.- ''%ICFI3AI IA+$*2I%I A7I '23C7$$I I I//+$I3A7 "olti processi di di##usione industriale utilizzano la di##usione allo stato solido:
4.-.1 Cementazione gassosa "olti componenti in acciaio che operano in condizioni di rotazione o scorrimento, come ingranaggi o alberi di motori, devono avere uno strato super#iciale indurito resistente allusura e allo stesso tempo un cuore interno tenace resistente alle sollecitazioni statiche e dinamiche cui sono soggetti. Aella realizzazione di un componente in acciaio cementato, il pezzo viene prima lavorato alle macchine utensili quando non & ancora indurito super#icialmente, e quindi, dopo la lavorazione, lo strato esterno viene indurito attraverso processi di indurimento super#iciale come la cementazioni, che pu essere: solida' liquida o gassosa. 0li acciai da cementazione sono acciai a basso tenore di carbonio, in cui C va dallo 5.15 allo 5.!4E Ael caso della cementazione gassosa, le parti di acciaio sono poste in un #orno a contatto con unatmos#era contenente metano o altri idrocarburi gassosi a 9!8C. il carbonio dallatmos#era di##onde attraverso la super#icie degli ingranaggi, dopo successivi adeguati trattamenti termici, gli ingranaggi acquisiranno elevata durezza super#iciale, dovuta allalto tenore di carbonio. Il tenore di carbonio in relazione alla distanza dalla super#icie dipende dal tempo dalla durata della cementazione.
Capitolo D (s#orzi e de#ormazioni nei metalli) D.! e#ormazione elastica e plastica uando un elemento metallico & sottoposto ad una #orza di trazione, subisce una de#ormazione, questa de#ormazione pu essere di ! tipi: •
•
7lastica: quando dopo aver tolto la #orza il metallo torna alle sue dimensioni originali, il metallo tollera solo piccole de#ormazioni elastiche poich? gli atomi del metallo vengono allontanati dalla loro posizione originale ma non tanto da poter occupare nuove posizioni reticolari6 pertanto una volta tolta la #orza gli atomi tornano nella loro posizione originale. 'lastica: uando il metallo viene de#ormato tanto da non poter recuperare completamente le sue dimensioni originali. urante la de#ormazione plastica gli atomi del metallo vengono spostati permanentemente dalla loro posizione originale per assumere nuove posizioni reticolari.
%attitudine di alcuni metalli a essere de#ormati plasticamente senza rompersi & una importante propriet tecnologica dei metalli . d esempio la grande de#ormabilit plastica dellacciaio consente lo stampaggio di componenti delle automobili (co#ani portiere) senza che il metallo si rompa.
D.!.! $#orzo nominale e de#ormazione nominale •
$#orzo nominale:
Consideriamo una barra cilindrica di lunghezza l5 e sezione 5 sottoposta a una #orza di trazione lungo il suo asse: '
•
$#orzo nominale J
=
F ( forzamedia lungo l asse ) A 0 ( sezioneiniziale )
%unit di misura di J & il 'ascal: 1'a K 1 AGm ! siccome gli s#orzi agenti sui materiali metallici sono elevati si usa il "ega'ascal: 1"'a K 15 D 'a K 1 AGmm !
•
e#ormazione nominale:
%a de#ormazione nominale & il rapporto tra la variazione di lunghezza della barra di prova causata dalla #orza di trazione e la sua lunghezza iniziale: •
e#ormazione nominale L K l@l5G l5 K Ml (variazione di lunghezza del provino)Gl 5 (lunghezza iniziale)
Aella maggior parte dei casi la de#ormazione nominale & determinata da una piccola porzione della lunghezza del provino, che pu essere circa 4 cm, oppure pari a 4 volte il diametro. %a de#ormazione & adimensionale e spesso si converte in de#ormazione percentuale o allungamento percentuale.
D.!.- "odulo di 'oisson +na de#ormazione elastica longitudinale in un metallo & accompagnata da una variazione delle misure laterali. +no s#orzo di trazione longitudinale J(z) genera una de#ormazione assiale L(z) e delle contrazioni laterali NL(O) e NL() $e il materiale & isotropo le contrazioni lungo O e lungo sono uguali. •
Il modulo di 'oisson per materiali ideali dovrebbe essere K5.4, invece per i materiali reali & compreso tra 5.!4 e 5.<.
D.!.< $#orzo di taglio e de#ormazione di taglio +n metallo pu essere de#ormato tramite lazione di uno s#orzo di taglio. %azione di una semplice coppia di #orze (le #orze di taglio agiscono in coppia) su un corpo cubico & mostrata in #igura.
•
D.- 'rova di trazione e diagramma s#orzo@de#ormazione %a prova di trazione consente di valutare la resistenza meccanica dei metalli e delle leghe. %a prova consiste nel tirare un campione di metallo #ino a rottura in un tempo relativamente breve e a velocit costante di de#ormazione. %a #orza che agisce sul provino viene misurata tramite una cella di carico, la de#ormazione invece tramite un estensimetro attaccato al provino. I dati registrati sono registrati da un so#tPare di controllo tramite computer. i solito si usano i seguenti 'rovini:
D.-.1 'ropriet meccaniche ottenute dalla prova di trazione %e propriet meccaniche dei metalli e delle leghe, importanti per la progettazione strutturale che si possono ricavare tramite la prova di trazione sono:
1. !. -. <. 4.
Il modulo di elasticit6 Il carico di snervamento a una de#ormazione dello 5.!E6 Il carico di rottura6 %allungamento percentuale a rottura6 %a strizione percentuale a rottura.
•
"odulo di elasticit:
Aella prima parte della prova di trazione il provino viene de#ormato elasticamente (per i metalli la massima de#ormazione elastica & di solito minore dello 5.4E). In generale i metalli e le leghe mostrano una relazione lineare tra lo sforzo e la deformazione nella zona a comportamento elastico del diagramma s#orzo@de#ormazione, del tipo: J (s#orzo) K 7L (de#ormazione) oppure %7007 I H33Q7 : 7K J (s#orzo) G L (de#ormazione) si misura in 'a o piu spesso in 0'a Aella regione elastica il modulo di Roung non cambia aumentando la sollecitazione.
•
Carico di snervamento:
Il carico di snervamento & una grandezza molto importante per la progettazione strutturale, poich? rappresenta la sollecitazione al di sopra della quale nel metallo o nella lega si mani#estano signi#icative de#ormazioni plastiche. ato che in genere nel diagramma s#orzo@de#ormazione non si ha un ben de#inito punto in cui #inisce la de#ormazione elastica e inizia quella plastica, il carico di snervamento si de#inisce come la sollecitazione in corrispondenza alla quale si ha una pre#issata de#ormazione plastica permanente residua (presente sul provino dopo averlo scaricato), in genere pari allo 5.!E.
•
Carico di rottura
Il carico di rottura & il massimo valore di resistenza raggiunto nel diagramma s#orzo@ de#ormazione. $uperato tale carico si mani#esta sul provino un restringimento localizzato della sezione (strizione), di conseguenza lo s#orzo nominale diminuir allaumentare della de#ormazione #ino al sopraggiungere della rottura, in quanto esso viene calcolato in ri#erimento alla sezione iniziale del provino e non a quella e##ettiva. Il carico di rottura di un metallo viene determinato tracciando una linea orizzontale dal valore massimo sulla curva s#orzo@de#ormazione #ino allasse degli s#orzi.
•
llungamento percentuale
%allungamento che un provino subisce durante la prova di trazione #ornisce un valore della duttilit del metallo. In generale più & elevata la duttilit e più & elevato il valore di allungamento percentuale. urante la prova si utilizza un estensimetro per monitorare la de#ormazione del provino. *uttavia lallungamento percentuale del provino dopo la rottura pu essere misurato ricongiungendo le due met del provino e misurando la lunghezza #inale con un calibro. Il valore dellallungamento percentuale si calcola cosB: •
%allungamento percentuale a rottura oltre a darci in#ormazioni sulla duttilit del materiale & anche un valido indice della qualit del metallo, in#atti, se nel metallo sono presenti porosit o inclusioni o se il metallo & danneggiato da surriscaldamento, lallungamento percentuale del provino diminuisce rispetto alloriginale.
•
$trizione percentuale
%a duttilit del materiale metallico pu essere espressa sia come allungamento percentuale sia in termini di riduzione percentuale della sezione (strizione) Conoscendo il diametro iniziale del provino e quello di rottura la strizione percentuale si calcola con la seguente equazione:
•
nche la strizione percentuale come lallungamento & indice di qualit oltre che di duttilit D.-.! diagramma pagina 144
D.-.- $#orzo reale e de#ormazione reale %o s#orzo nominale viene calcolato rispetto alla sezione iniziale del provino, poich? durante la prova di trazione la sezione cambia, lo s#orzo nominale calcolato non & quello reale. In particolare dopo che si & veri#icata la strizione lo s#orzo nominale diminuisce allaumentare della de#ormazione, determinando un massimo nel valore dello s#orzo nominale.
In realt, una volta che & iniziata la strizione, lo s#orzo reale nella prova di trazione & più alto di quello nominale e & dato dalla seguente equazione:
I progetti strutturali non sono basati sullo s#orzo di rottura poich? non appena viene superato il carico di snervamento il materiale inizia a de#ormarsi. I progettisti usano invece il carico di snervamento allo 5.!E, corretto con opportuni coe##icienti di sicurezza.
D.< durezza e prove di durezza %a durezza & una misura della resistenza di un metallo alla de#ormazione plastica permanente. iene misurata comprimendo un penetratore sulla super#icie del metallo in esame. Il penetratore pu essere: @ +na s#era @ +na piramide @ +n cono S costituito da un materiale molto più duro di quello in esame: acciaio temprato, carburo di tungsteno o il diamante. %a prova si esegue applicando lentamente una #orza nota, che comprime il penetratore in direzione perpendicolare alla super#icie del metallo in prova. opo aver realizzato limpronta il penetratore viene tolto dalla super#icie, quindi si calcola o si legge direttamente sulla macchina il valore empirico di durezza, che si basa sullarea dellimpronta o sulla sua pro#ondit. (i tipi di prova sono indicati nella tabella sottostante)
D.4 e#ormazione plastica dei metalli monocristallini D.4.1 Tande di scorrimento e linee di scorrimento Consideriamo la de#ormazione plastica di una barra cilindrica costituita da un monocristallo di zinco, ottenuta sollecitando la barra oltre il suo limite elastico. opo la de#ormazione, esaminando la super#icie del metallo si notano delle de#ormazioni a gradino (chiamate bande di scorrimento( dovute a s#orzi di taglio)6 le bande di scorrimento sono causate dalla de#ormazione dovuta a s#orzi di taglio e si generano lungo speci#ici piani cristallogra#ici detti piani di scorrimento.
15555 diametri atomici
45G455 diametri atomici
D.4.! e#ormazione plastica nei cristalli dei metalli per meccanismi di scorrimento $e i metalli rispettassero il modello atomico a lato avrebbero una resistenza circa da 1555 a 15555 volte più grande rispetto alla resistenza allo scorrimento realmente osservata, i metalli in#atti, hanno unelevata densit di di#etti, chiamati dislocazioni. %e dislocazioni si #ormano in gran numero gi durante la solidi#icazione del metallo, e se ne #ormano molte di più quando il cristallo viene de#ormato. %a #igura libro pag. 1D1 mostra come una dislocazione a spigolo possa indurre ad uno scorrimento unitario in presenza di bassi s#orzi di taglio (perch? in ogni istante solo un piccolo numero di atomi scorre sugli altri). D.4.- 7727 %IT23 '0. 1D5 #are
[email protected] e de#inizioni D.
