ASPETTI STATISTICI DELLA FRATTURA FRAGILE

Transcript

1 ASPETTI STATISTICI DELLA FRATTURA FRAGILE Utilizzo della distribuzione di Weibull. 0 0 exp ), ( σ σ σ V S m m = 07/11/ /11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 13 Lez Si ricavano i parametri m e Si ricavano i parametri m e σ 0 ( ) ( ) ln ln ), ( 1 ln ln ), ( ln σ σ σ σ σ σ m m V S V S m = =

2 ASPETTI STATISTICI DELLA FRATTURA FRAGILE Come si assegnano le probabilità delle varie misure? j j S j =1 1 Fj = N + 1 N + 1 j 0.3 j 0.3 S j = 1 Fj = N N j = 1 N, N = numero di provini Si ricavano i parametri m e σ 0 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 13 2

3 DEFORMAZIONE AD ALTA T: CREEP Deformazioni viste finora sono a bassa temperatura Deformazione ad alta T (> T f ): Creep (scorrimento viscoso) Test di creep: carico costante (< σ y ) ad alta temperatura per tempi anche molto lunghi 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 13 3

4 COSA SIGNIFICA ALTA T 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 13 4

5 RISULTATO DIUNA PROVA DICREEP Velocità costante ε = f(σ,t,t) Fenomeni competitivi: incrudimento e recupero 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 13 5

6 RISULTATO DIUNA PROVA DICREEP σ + T determinano il tempo per la rottura da creep ε = f(σ,t,t) 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 13 6

7 CURVE SPERIMENTALI Lega di alluminio a 180 C a vari carichi 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 13 7

8 LEGGI DEL CREEP & dε dt s ε s = = Bσ n & ε s dε dt = s = exp A Q RT σ n ε& s dε = s Q = C exp dt RT 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 13 8

9 MECCANISMI DEL CREEP Energia di attivazione in funzione della temperatura Slittamento deviato Creepdislocazionale 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez. 13 9

10 MECCANISMI DEL CREEP Confronto tra energie di attivazione del creep e della diffusione 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

11 MECCANISMI DEL CREEP Competizione tra meccanismi: rappresentazione grafica Temperatura omologa (T/T m ) 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

12 MECCANISMI DEL CREEP Due meccanismi di creep: 1- movimento delle dislocazioni (σ elevato) 2- diffusione al bordo grano (σ modesto) Nabarro- Herring o Coble creep /11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

13 MECCANISMI DEL CREEP & 1- movimento delle dislocazioni (σ elevato) dε dt Q RT s n ε = = s A exp σ 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

14 MECCANISMI DEL CREEP 2- creep per diffusione (σ modesto) 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

15 CREEP DIFFUSIONALE Nelle zone sollecitate a trazione C v > C v,0 σ σ 1 C V J D kt kt d 14 σω ε = kt D eff D gb >>D ret <<D ret D gb << = D ret 1 D 2 eff d πδ D 1 + d D ret (T minori) creepdi Coble ret (T maggiori) creepdi Nabarro-Nerring Nerring gb ret 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

16 PARAMETRO DI LARSON- MILLER Tempo di rottura t f t f 1 & ε ss t f = A' & ε ss Q & ε = B exp ln = ln B & ε RT Q = T ( ln B ln & ε ) ln & ε = ln A' lnt R Q = P = T ( C + logt) R Q RT Parametro di Larson-Miller costante per σ costante 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

17 PARAMETRO DI LARSON- MILLER Con diagrammi di parametro di Larson- Miller si possono estrapolare dati ad alta T (prove veloci) per basse T 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

18 PARAMETRO DI LARSON- MILLER Come determinare il parametro C? A σ = cost si fanno 2 prove a T 1 e T 2 e si misurano t f1 e t f2 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

19 MATERIALI RESISTENTI AL CREEP Elevate T fusione Elevato E Elevata d 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

20 MATERIALI CERAMICI Materiali inorganici non metallici Generalmente due o più elementi chimici legati tra loro da legami ionici e/o covalente. Sistemi semplici (una fase) e sistemi plurifasici molto complessi. Cristallini ma anche amorfi. 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

21 MATERIALI CERAMICI Proprietà caratteristiche dei materiali ceramici: Duri e fragili; Poco tenaci e poco duttili; Isolanti elettrici e termici; Elevato punto di fusione; Elevata inerzia chimica. Potenzialità applicative molto ampie. 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

22 MATERIALI CERAMICI Composto Carburo di afnio Carburo di tungsteno Carburo di titanio Ossido di magnesio Ossido di zirconio Carburo di silicio Ossido di alluminio Nitruto di silicio Biossido di silicio Nitruro di boro Formula HfC 4150 WC 2850 TiC 3120 MgO 2798 ZrO SiC 2500 Al 2 O Si 3 N SiO T fusione ( C) BN 3000 (subl) 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

23 MATERIALI CERAMICI Ceramici tradizionali: Porcellane, terrecotte, laterizi, cemento, calcestruzzo, vetri, refrattari ecc. Ceramici speciali (avanzati): Ossidi di particolare purezza e proprietà, carburi, nitruri, boruri, ecc. 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

24 MATERIALI CERAMICI SPECIALI APPLICAZIONE REALE Fibre di SiO 2 di purezza 99.8 % e sinterizzate con processo tale da avere 90 % porosità Diametro della fibra = 1-4 µm Circa mattonelle (T > 1300 C) 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

25 MATERIALI CERAMICI SPECIALI APPLICAZIONE FUTURA Prototipo di motore ceramico in Si 3 N 4 Brevetto del 2003 DeFazio-Rotary: Motore per autotrazione ceramico: Maggiore temperatura di esercizio Maggiore potenza Maggiore durata del motore Combustione più pulita Molto costoso Fragile 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

26 STRUTTURA DEI CERAMICI Ionichedeterminate principalmente da r C /r A Covalentideterminate dalla direzionalità del legame covalente (eventuale ibridazione degli orbitali atomici come per il C) Strutture amorfe dei silicati (vetri) 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

27 STRUTTURA DEI SILICATI Tetraedro unità di base delle strutture dei silicati cristobalite 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez

28 STRUTTURA DEI SILICATI 07/11/2007 Scienza e Tecnologia dei Materiali Lez