a) Descrivere brevemente l interdependenza tra Q e T fus. L energia di attivazione Q è direttamente proporzionale alla temperatura di fusione.
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- Viola Manzi
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1 Soluzione ESERCIZIO 1 Nel grafico sono riportati i valori dell energia di attivazione Q per l autodiffusione (es. diffusione di atomi di alluminio nell alluminio) verso la temperatura di fusione per ferro, rame, argento, alluminio, piombo. a) Descrivere brevemente l interdependenza tra Q e T fus. L energia di attivazione Q è direttamente proporzionale alla temperatura di fusione. b) Spiegare perché si ottiene questa interdipendenza. La temperatura di fusione è direttamente proporzionale all energia di legame. Un energia di legame alta significa anche maggiore difficoltà per la diffusione, cioè un alta energia di attivazione Q. c) Quale andamento si prevede per il coefficiente di espansione termico α nella sequenza da ferro a piombo? Il coefficiente di espansione termico è inversamente proporzionale all energia di legame ( o alla temperatura di fusione), quindi dal ferro al piombo si avrà un andamento crescente di α. d) Sono state eseguite prove di trazione a diverse temperature (0, 25, 50, 75
2 e 100 C). Quale elemento sopraelencato mostra la più piccola variazione del modulo di Young? Perché? La più piccola variazione del modulo di Young con la temperatura della prova si osserva per il ferro, in quanto il ferro ha temperatura di fusione più alta quindi una variazione da 0 C a 100 C rispetto a 1500 C non cambia il modulo di Young.
3 Esercizio 2 Lavorazione a freddo e allegare con atomi estranei (es. Zn) sono due metodi per rafforzare le proprietà meccaniche del rame (vedi figura). Lavorazione a freddo allegare con zinco a) Spiegare con quale meccanismo i processi di lavorazione a freddo e alligazione con zinco aumentano il carico di snervamento. La lavorazione a freddo aumenta il numero di dislocazioni. In una prova di trazione le dislocazioni aggiuntive bloccano il movimento di ulteriori dislocazioni. Inserire atomi addizionali di zinco invece crea nel reticolo tanti difetti di punto che distorgono il reticolo impedendo così il movimento delle dislocazioni. b) Quale dei due metodi è più efficace per aumentare il carico di snervamento? Il metodo più efficace è la lavorazione a freddo come si vede dai due grafici. c) Per aumentare il carico di snervamento del rame da 70 a 100 MPa, quanto deformazione plastica o quanto zinco occorre? 20 % di Zn in lega 3% di deformazione a freddo (come si vede dai grafici).
4 d) Quale metodo sarebbe meglio per cavi di alta tensione che conducono elettricità? Il metodo migliore è la lavorazione a freddo in quanto non influisce sulla conducibilità o meglio influisce pochissimo.
5 ESERCIZIO 3 La figura mostra la curva di trazione del ferro. a) Disegnare nella figura sopra la curva di trazione del ferro dopo una deformazione a freddo di 30 %. Spiegare le differenze. La deformazione a freddo crea tantissime dislocazioni che bloccano il movimento di altre dislocazioni. Questo porta ad un aumento della resistenza e una diminuzione dell allungamento a rottura. b) Disegnare nella figura sopra la curva di trazione del rame puro e spiegare brevemente le differenze rispetto al ferro. Il metallo rame ha reticolo CFC mentre il ferro CCC quindi il rame risulta più duttile del ferro. Il modulo di Young del rame è leggermente minore rispetto a quello del ferro, questo si spiega con l energia di legame minore. c) Elencare due altre possibilità per aumentare la resistenza delle leghe di ferro e spiegare perché si ottiene una resistenza meccanica maggiore. 1. Grani fini, quindi maggior numero di bordi di grano che bloccano le
6 dislocazioni. 2. Alligazione con atomi sostituzionali che distorgono il reticolo rendendo così più difficile il movimento delle dislocazioni. d) Disegnare nello stesso diagramma la curva di trazione di un monocristallo di rame e spiegare questo comportamento. Il monoscristallo di rame è caratterizzato dall assenza di bordi di grano; in seguito a ciò il materiale risulta essere più duttile e meno resistente come mostra la figura. e) Disegnare nello stesso diagramma la curva di trazione del rame whisker. Il rame whisker è praticamente privo di dislocazioni e si rompe in maniera fragile.
L energia di attivazione Q è direttamente proporzionale alla temperatura di fusione T fus.
Università degli Studi di Cagliari - Facoltà di Ingegneria - Corso di Laurea in Ingegneria Civile A.A. 2015/2016 ESERCIZIO 3.1 Nel grafico sono riportati i valori dell energia di attivazione Q per l autodiffusione
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