Scienza e Tecnologia dei Materiali - Esercizio 4.1

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1 Scienza e Tecnologia dei Materiali - Esercizio 4.1 Indicare o calcolare per le celle elementare cubico semplice (CS), cubico a corpo centrato (CCC), cubico a facce centrate (CFC) e esagonale compatto (EC) i seguenti parametri a) numeri di atomi per cella unitaria b) indice di Miller per il piano con la più alta densità atomica c) numero di atomi vicini (numero di coordinazione) d) fattore di compattazione (volume degli atomi / volume della cella unitaria) imaginando gli atomi come sfere rigide

2 Scienza e Tecnologia dei Materiali - Esercizio 4.2 Il ferro è un metallo polimorfo, cioè subisce un cambio di struttura dal ferro-α al ferroγ alla temperatura di 912 C. I valori delle costanti reticolari alla temperatura di trasformazione sono: ferro-α CCC A ferro-γ CFC A a) Calcolare la differenza percentuale di volume associato al cambio della struttura. b) Che cosa si osserva quando un filo di ferro di lunghezza m passa da temperatua ambiente a 1000 C? c) Qual'è il significato di polimorfia? Quali sono i principali vantaggi e svantaggi per un applicazione tecnologica di questi materiali?

3 Scienza e Tecnologia dei Materiali - Esercizio 4.3 Le forze di attrazione e repulsione si ottengone dalla prima derivata dell' + energia di legame (figura, curva di Condon-Morse). Meno conosciuto è il fatto che la seconda derivata permette di ottenere una costante di elasticità (proportionale al modulo di Young). Bindungsenergie E E B - r o E Abstossung E Anziehung r Di questi informazioni che cosa si puo dedurre per + 1.Ableitung a) l'effetto della temperatura sulla distanza interatomica (coeff. di espansione termica) Bindungskraft F r o Anziehung r - Abstossung b) la relazione tra energia di legame e il modulo di elasticità + 2.Ableitung c) temperatura di sublimazione Konstante C Lineare Elastizitätstheorie r - r o Disegnare la curva Energia-distanza (Condon-Morse) per un legame forte, medio e debole e dedurre di quali parametri charatteristici vengono determinati l'energia di sublimazione, modulodi Young e coefficiente di espansione termico.

4 Scienza e Tecnologia dei Materiali - Esercizio 4.4 Il modulo di elasticità o modulo di Young è la costante che indica il rapporto tra sforzo meccanico e deformazione nella regione di deformazione elastica. Monocristalli dimostrano delle differenze secondo la direzione di trazione nel cristallo (anisotropia). Materiale [100] [111] random a [A] T fus C struttura Al CFC Cu CFC Fe CCC Nb CCC W CCC Come si potrebbe spiegare questa anisotropia in maniera qualitativa?

5 Scienza e Tecnologia dei Materiali - Esercizio 4.5 Per il comportamento tecnologico (deformazione plastica) sono molto importante i piani compatti (più dense) e le linie compatte (più dense) nelle strutture cristalline. 1 Quali sono i piani compatti (a) della struttura CFC e (b) della struttura EC? 2 Quali sono le direzioni compatti (a) della struttura CFC e (b) della struttura EC? 3 La costante reticolare del cromo CCC a 20 C è nm e la sua densità è 7.19 g/cm3. Calcolare il valore della massa atomica del cromo. 4 Calcolare il cambiamento teorico di volume che accompagna una trasformazione polimorfa in un metallo puro da una struttura CFC ad una struttura CCC. Si assuma il modello atomico delle sfere rigide e che non ci siano cambiamenti di volume prima e dopo la trasformazione.

6 Scienza e Tecnologia dei Materiali - Esercizio 4.6 Calcolare il raggio del vuoto interstiziale più grande nel reticolo CFC del ferro γ. Il raggio atomico dellʻ atomo di ferro è nm nel reticolo CFC, e i vuoti interstiziali più grandi si hanno nelle posizioni di tipo 1/2, 0,0, 0, 1/2, 0 e 0,0,1/2 ecc. Quali atomi potrebbero stare in questi vuoti? La figura mostra un piano (100) del reticolo CFC sul piano yz.