Corso di Tecnologia dei Materiali ed Elementi di Chimica. Docente: Dr. Giorgio Pia

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3 Corso di Tecnologia dei Materiali ed Elementi di Chimica Docente: Dr. Giorgio Pia

4 La Scienza dei Materiali

5 Struttura e proprietà Metalli Leganti Ceramici e vetri Polimeri e compositi Materiali naturali Degrado dei materiali Sostenibilità

6 Solidificazione I metalli vengono fusi per produrre prodotti finiti e semilavorati Due stadi di solidificazione Nucleazione: formazione di nuclei stabili Crescita dei grani: formazione della struttura a grani Gradienti termici definiscono la forma dei grani La nucleazione Due principali eterogenea meccanismi: avviene omogeneo in un liquido ed eterogeneo sulla superficie del materiale strutturale. Es.: impurezze insolubili Nucleazione omogenea: Queste strutture, Caso principale dette agenti e più nucleanti, semplice abbassano l energia libera richiesta per Il metallo formare stesso nuclei fornirà stabiliatomi per formare nuclei Il metallo, quando sottoraffreddato in modo significativo, ha Gli agenti molti nucleanti atomi abbassano che si muovono anche la lentamente dimensione che critica si legano tra loro per formare i nuclei Per la solidificazione è richiesta una quantità minore di sottoraffreddamento Gruppo di atomi al di sotto della dimensione critica è detto embrione Usata ampiamente Se i gruppi nelle di atomi industrie raggiungono la dimensione critica, crescono nei cristalli. Gli altri si dissolvono I gruppi di atomi di dimensione maggiore della dimensione critica sono chiamati nuclei

7 Solidificazione Soluzioni Solide Sostituzionali Atomi di ferro, r = 0.129nm Atomi di carbonio, r = 0.075nm Piano (111) cella CFC Differenza del raggio atomico: 42% Gli In atomi una di struttura soluto si CFC inseriscono del ferro γ nelle il raggio dell interstizio vuoto è di nm, posizioni Si capisce libere perché del reticolo la solubilità normalmente del carbonio sia solo del 2.08% occupate dagli atomi di solvente Interstiziali In una struttura CCC del ferro γ il raggio dell interstizio vuoto è di nm, Si capisce perché appena sotto 723 C la solubilità Gli atomi del carbonio di soluto sia inseriscono solo del 0.025% tra i vuoti (interstizi) degli atomi di solvente Gli atomi di solvente in questo caso dovrebbero essere più grandi degli atomi di soluto Esempio: tra 912 e 1394 C, si forma la soluzione solida interstiziale di carbonio nel ferro γ (CFC) Un massimo di 2.08% di carbonio può dissolversi negli interstizi del ferro

8 Solidificazione Difetti Di punto Superficie Influenza le proprietà meccaniche del materiale Minore è la dimensione di grano, maggiori sono i bordi di grano Maggiori bordi di grano significa maggiore resistenza allo scorrimento (la deformazione plastica è dovuta allo scorrimento) Più grani significa proprietà meccaniche più uniformi I bordi di grano separano i grani Formati dalla crescita simultanea di cristalli che si incontrano Larghezza = 2-5 diametri atomici Alcuni atomi si trovano in posizioni deformate nei bordi di grano e alzano l energia di quest area.

9 Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata Diffusione Atomica nei solidi

10 Velocità dei processi nei solidi Le reazioni avvengono allo stato solido portando a una disposizione atomica più stabile Gli atomi che reagiscono devono avere energia sufficiente per superare la barriera di energia di attivazione A una data temperatura, non tutti gli atomi hanno energia di attivazione E*. Deve essere fornita E* ΔE* Energia attivazione E r = Energia dei reagenti E* = Livello energia di attivazione ΔE* = Energia di attivazione E p = Energia di prodotto E r Reagenti Energia rilasciata nella reazione E P Coordinata di reazione Prodotti

11 Diffusione atomica nei solidi Diffusione

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15 Diffusione atomica nei solidi Diffusione

16 Diffusione atomica nei solidi Diffusione per vacanza o sostituzionale Esempio: se l atomo A ha sufficiente energia di attivazione, si muove nella vacanza diffusione Energia di attivazione di diffusione Energia di = attivazione per formare + una vacanza Energia di attivazione per muovere una vacanza Se aumenta il punto di fusione, aumenta anche l energia di attivazione

17 Diffusione atomica nei solidi Autodiffusione

18 Diffusione atomica nei solidi Diffusione per meccanismo interstiziale Gli atomi si muovono da un sito interstiziale ad un altro Gli atomi che si muovono devono essere più piccoli degli atomi della matrice Esempio: il carbonio diffonde interstizialmente nel ferro α CCC o nel ferro γ CFC Atomi matrice Atomi interstiziali

19 Diffusione atomica nei solidi Diffusione allo stato stazionario Non c è variazione nella concentrazione di atomi di soluto a differenti piani in un sistema, in un periodo di tempo Non avviene nessuna reazione chimica. Solo flusso netto di atomi C 1 Concentrazione di atomi diffusi C 2 Flusso di atomi di soluto Atomi diffusi Distanza x Unità di superficie Flusso netto di atomi per unità di superficie per unità di tempo = J

20 Diffusione atomica nei solidi Legge di Fick Il flusso di atomi è dato da J D dc dx J = flusso netto di atomi D = coefficiente di diffusione dc = gradiente di concentrazione dx I.e. per la condizione di diffusione allo stato stazionario, il flusso netto di atomi per diffusione atomica è uguale alla diffusione D per il gradiente di diffusione dc/dx Esempio: diffusività del ferro CFC a 500 o C è 5 x m 2 /S ed a 1000 o C è 3 x m 2 /S

21 Diffusione atomica nei solidi Diffusività La diffusività dipende da tipo di diffusione: se la diffusione è interstiziale o sostituzionale temperatura: quando la temperatura aumenta, la diffusività aumenta tipo di struttura cristallina: il cristallo CCC ha APF = 0.68 rispetto al cristallo CFC (APF = 0.74 ) e quindi ha maggiore diffusività. Inoltre in CCC gli spazi interatomici sono maggiori che in CFC. tipo di difetti del cristallo: strutture più aperte (bordi di grano) aumenta la diffusione concentrazione delle specie diffuse: maggiori concentrazioni degli atomi di soluto diffusi influenzeranno la diffusività

22 Diffusione atomica nei solidi Diffusività

23 Diffusione atomica nei solidi Diffusione allo stato non stazionario La concentrazione di atomi di soluto in ogni punto del metallo varia con il tempo Seconda legge di Fick: la velocità di variazione composizionale è uguale alla diffusività per la velocità di variazione del gradiente di concentrazione dc dt x d dc D dx dx x Piano 1 Piano 2 Variazione di concentrazione di soluto Atomi con variazioni nel tempo su piani differenti

24 Diffusione atomica nei solidi Seconda legge di Fick C C s s C s = concentrazione di superficie di un elemento nel gas che diffonde nella superficie C 0 = concentrazione iniziale uniforme di un elemento nel solido C x = concentrazione di un elemento a distanza x dalla superficie al tempo t 1 x = distanza dalla superficie D = diffusività del soluto t = tempo C C x 0 erf 2 x D t C s Tempo = t 2 C x C 0 Tempo= t 1 Tempo = t 0 x Distanza x

25 Diffusione atomica nei solidi Applicazioni industriali Elementi striscianti e rotanti necessitano di superfici dure Questi elementi sono di solito lavorati con acciaio a basso carbonio perché facilitano la lavorazione La loro superficie è temprato per carburazione Elementi in acciaio sono posti ad elevata temperatura (927 C) in un atmosfera di gas idrocarburo (CH 4 ) Il carbonio diffonde nella superficie di ferro e riempie lo spazio interstiziale rendendolo più duro

26 Diffusione atomica nei solidi Applicazioni industriali C % Parti in acciaio a basso tenore di carbonio Atomi di carbonio diffusi Gradienti di carbonio nei metalli carburati

27 Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata Proprietà meccaniche dei metalli

28 La fusione La maggior parte dei metalli sono fusi in una fornace La lega viene fatta, se richiesta Vengono poi colati grandi lingotti Lastre e piatti sono prodotti dai lingotti per laminazione si ottengono semilavorati Profilati e altre forme sono prodotte per estrusione Alcuni piccoli componenti possono essere colati come prodotti finiti Esempio: pistone di automobile

29 La fusione Stampo per fonderia Processo di fonderia

30 Laminazione a caldo di acciai Laminazione a caldo Ampie riduzioni di spessore in un passaggio La laminazione viene svolta sopra la temperatura di ricristallizzazione Lingotti preriscaldati a circa 1200 C Lingotti riscaldati tra i passaggi, se richiesto Di solito, sono usate 4 serie di laminatoi

31 Laminazione a freddo di lastre di metallo La laminazione a freddo è una laminazione eseguita al di sotto della temperatura di ricristallizzazione Questo causa incrudimento Lastre laminate a caldo devono essere ricotte prima della laminazione a caldo Vengono usate serie di 4 laminatoi Minore riduzione di spessore Occorre maggiore potenza

32 Laminazione a freddo % lavorazione a freddo = Spessore iniziale Spessore finale Spessore iniziale x 100

33 Estrusione Il metallo ad alta pressione è forzato attraverso una apertura nella matrice Prodotti comuni sono barre cilindriche, tubi cavi di rame, alluminio, etc. Normalmente eseguito ad alta temperatura L estrusione indiretta necessita di potenza inferiore, ma ha un limite di carico applicato Matrice estrusione diretta estrusione indiretta Contenitore Metallo Contenitore Metallo

34 Forgiatura Il metallo, normalmente caldo, è martellato o pressato nella forma desiderata Tipologie: Matrice aperta: Matrici piane e di forma semplice * Esempi: assi o semiassi in acciaio Matrice chiusa: Matrici con impronta sopra e sotto * Esempi: Barre di connessione del motore di auto La forgiatura aumenta le proprietà strutturali, rimuove la porosità e aumenta l omogeneità Forgiatura diretta Metallo Forgiatura indiretta Matrici

35 Trafilatura Trafilatura: La barra o il filo di partenza è trafilata attraverso una serie di matrici di trafilatura per ridurre il diametro % lavorazione = a freddo Variazione area resistente Area iniziale X 100 Imbutitura: usata per ottenere coppe, come articoli da lastre di metallo Filo o barra Punta in carburo

36 Sforzo e deformazione dei metalli I metalli vanno incontro a deformazione sotto l azione di una forza assiale a trazione Deformazione elastica: il metallo ritorna alla sua dimensione iniziale quando la forza a trazione è rimossa Deformazione plastica: il metallo è deformato a un valore tale che non è possibile recuperare la sua dimensione iniziale

37 Deformazione plastica dei metalli

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39 Sforzo e deformazione nominale Sforzo nominale σ = F (forza a trazione assiale media) A 0 (superficie resistente iniziale) Unità dello sforzo: PSI or N/m 2 (Pascal) A 0 0 A Δl 0 Deformazione nominale = ε = Variazione lunghezza Lunghezza iniziale 0 0 Unità della deformazione: in/in o m/m

40 Modulo di Poisson Rapporto di Poisson = ( laterale ) ( longitudin ale) y. z 0 w 0 w w w 0 0 Solitamente il rapporto di Poisson varia tra 0.25 e 0.4. Esempi: Acciaio inossidabile 0.28 Rame 0.33

41 Costanti elastiche

42 Sforzo e deformazione di Taglio S (forza di taglio) τ = sforzo di taglio = A (superficie applicazione forza di taglio) Deformazione di taglio γ = Modulo elastico G = τ / γ spostamento a taglio distanza h sulla quale agisce lo sforzo

43 Prova a trazione La resistenza meccanica dei materiali può essere testata tirando il metallo fino a rottura Cella di carico Provino Estensimetro I dati di forza sono ottenuti dalla cella di carico I dati di deformazione sono ottenuti dall estensimetro

44 Prova a trazione Provini utilizzati Tipica curva sforzo/deformazione Al ad alta resistenza

45 Proprietà meccaniche ottenute dalla prova a trazione Il modulo di elasticità Il carico di snervamento ad una deformazione dello 0.2% Il carico di rottura L allungamento percentuale a rottura La strizione percentuale a rottura

46 Proprietà meccaniche Modulo di Elasticità (E): lo sforzo e la deformazione hanno una relazione lineare nel campo elastico (Legge di Hook) E = σ (sforzo) ε (deformazione) s Δσ E = Δσ Δε Maggiore la resistenza di legame, maggiore il modulo di elasticità Δε Porzione lineare della curva sforzo/deformazione Esempi: Modulo di elasticità dell acciaio: 207 GPa Modulo di elasticità dell alluminio: 76 GPa

47 Proprietà meccaniche

48 Sforzo di snervamento Lo sforzo di snervamento è lo sforzo al quale il metallo o la lega mostrano una significativa deformazione plastica offset sforzo di snervamento a 0.2% è quello sforzo al quale avviene una deformazione plastica pari allo 0.2% La linea di costruzione, che parte allo 0.2% di deformazione, parallela al campo elastico, è disegnata per trovare l offset dello sforzo di snervamento a 0.2% di deformazione

49 Sforzo di snervamento

50 Sforzo a rottura Lo sforzo a rottura a trazione (s r ) è il massimo sforzo raggiunto in una curva sforzo/deformazione La strizione inizia quando è raggiunto s r Al 2024-Temprato Più duttile è il metallo, maggiore è la strizione prima della rottura Lo sforzo aumenta fino a rottura. La diminuzione nella curva s/ è dovuta al calcolo dello sforzo basato sull area iniziale. S f o r z o MPa Punto di strizione Al 2024-Ricotto deformazione Curve s/ di Al 2024 con due diversi trattamenti termici. il provino duttile ricotto si striziona di più

51 Sforzo a rottura

52 Allungamento percentuale L allungamento percentuale è una misura della duttilità di un materiale È l allungamento del metallo prima della rottura, espresso come percentuale della lunghezza iniziale % allungamento = Lunghezza finale Lunghezza iniziale Lunghezza iniziale X 100 Misurata usando un calibro unendo le due parti fratturate Esempio: allungamento percentuale di Al puro 35% per la lega di alluminio 7076-T6 11%

53 Riduzione percentuale d area La riduzione percentuale di area è un altra misura della duttilità Il diametro della zona fratturata si misura con un calibro % riduzione area = Area iniziale Area finale X 100 Area finale La riduzione percentuale di area nei metalli diminuisce in presenza di porosità Curve s/ per diversi metalli

54 Sforzo e deformazione reale Lo sforzo e la deformazione reali si basano sulla superficie resistente e la lunghezza istantanea Sforzo reale = σ t = F A i (superficie istantanea) Deformazione reale = ε t = d Ln Lo sforzo reale è sempre maggiore dello sforzo nominale i 0 li Ln l 0 A A 0 i

55 Durezza e prova di durezza La durezza è una misura della resistenza di un metallo alla deformazione (plastica) permanente Procedura generale: Premere il penetratore, che è più duro del metallo, sulla superficie del metallo Sollevare il penetratore Misurare la durezza misurando la profondità e la larghezza dell impronta Strumento per la durezza Rockwell

56 Prove di durezza La prova di durezza è molto più semplice da realizzare rispetto ad una prova a trazione e può essere di tipo non distruttivo. Per questo motivo è diffusa nel mondo dell industria.

57 Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata Proprietà meccaniche dei metalli

58 Sforzo e deformazione nominale Sforzo nominale σ = F (forza a trazione assiale media) A 0 (superficie resistente iniziale) Unità dello sforzo: PSI or N/m 2 (Pascal) A 0 0 A Δl 0 Deformazione nominale = ε = Variazione lunghezza Lunghezza iniziale 0 0 Unità della deformazione: in/in o m/m

59 Modulo di Poisson Rapporto di Poisson = ( laterale ) ( longitudin ale) y. z 0 w 0 w w w 0 0 Solitamente il rapporto di Poisson varia tra 0.25 e 0.4. Esempi: Acciaio inossidabile 0.28 Rame 0.33

60 Costanti elastiche

61 Sforzo e deformazione di Taglio S (forza di taglio) τ = sforzo di taglio = A (superficie applicazione forza di taglio) Deformazione di taglio γ = Modulo elastico G = τ / γ spostamento a taglio distanza h sulla quale agisce lo sforzo

62 Prova a trazione La resistenza meccanica dei materiali può essere testata tirando il metallo fino a rottura Cella di carico Provino Estensimetro I dati di forza sono ottenuti dalla cella di carico I dati di deformazione sono ottenuti dall estensimetro

63 Prova a trazione Provini utilizzati Tipica curva sforzo/deformazione Al ad alta resistenza

64 Proprietà meccaniche ottenute dalla prova a trazione Il modulo di elasticità Il carico di snervamento ad una deformazione dello 0.2% Il carico di rottura L allungamento percentuale a rottura La strizione percentuale a rottura

65 Proprietà meccaniche Modulo di Elasticità (E): lo sforzo e la deformazione hanno una relazione lineare nel campo elastico (Legge di Hook) E = σ (sforzo) ε (deformazione) s Δσ E = Δσ Δε Maggiore la resistenza di legame, maggiore il modulo di elasticità Δε Porzione lineare della curva sforzo/deformazione Esempi: Modulo di elasticità dell acciaio: 207 GPa Modulo di elasticità dell alluminio: 76 GPa

66 Proprietà meccaniche

67 Sforzo di snervamento Lo sforzo di snervamento è lo sforzo al quale il metallo o la lega mostrano una significativa deformazione plastica offset sforzo di snervamento a 0.2% è quello sforzo al quale avviene una deformazione plastica pari allo 0.2% La linea di costruzione, che parte allo 0.2% di deformazione, parallela al campo elastico, è disegnata per trovare l offset dello sforzo di snervamento a 0.2% di deformazione

68 Sforzo di snervamento

69 Sforzo a rottura Lo sforzo a rottura a trazione (s r ) è il massimo sforzo raggiunto in una curva sforzo/deformazione La strizione inizia quando è raggiunto s r Al 2024-Temprato Più duttile è il metallo, maggiore è la strizione prima della rottura Lo sforzo aumenta fino a rottura. La diminuzione nella curva s/ è dovuta al calcolo dello sforzo basato sull area iniziale. S f o r z o MPa Punto di strizione Al 2024-Ricotto deformazione Curve s/ di Al 2024 con due diversi trattamenti termici. il provino duttile ricotto si striziona di più

70 Sforzo a rottura

71 Allungamento percentuale L allungamento percentuale è una misura della duttilità di un materiale È l allungamento del metallo prima della rottura, espresso come percentuale della lunghezza iniziale % allungamento = Lunghezza finale Lunghezza iniziale Lunghezza iniziale Misurata usando un calibro unendo le due parti fratturate Esempio: allungamento percentuale di Al puro 35% per la lega di alluminio 7076-T6 11%

72 Riduzione percentuale d area La riduzione percentuale di area è un altra misura della duttilità Il diametro della zona fratturata si misura con un calibro % riduzione area = Area iniziale Area finale Area finale La riduzione percentuale di area nei metalli diminuisce in presenza di porosità Curve s/ per diversi metalli

73 Sforzo e deformazione reale Lo sforzo e la deformazione reali si basano sulla superficie resistente e la lunghezza istantanea Sforzo reale = σ t = F A i (superficie istantanea) Deformazione reale = ε t = d Ln Lo sforzo reale è sempre maggiore dello sforzo nominale i 0 li Ln l 0 A A 0 i

74 Durezza e prova di durezza La durezza è una misura della resistenza di un metallo alla deformazione (plastica) permanente Procedura generale: Premere il penetratore, che è più duro del metallo, sulla superficie del metallo Sollevare il penetratore Misurare la durezza misurando la profondità e la larghezza dell impronta Strumento per la durezza Rockwell

75 Prove di durezza La prova di durezza è molto più semplice da realizzare rispetto ad una prova a trazione e può essere di tipo non distruttivo. Per questo motivo è diffusa nel mondo dell industria.

76 Deformazione plastica in monocristalli La deformazione plastica di un monocristallo provoca segni di traslazione sulla superficie bande di scorrimento Atomi di specifici piani cristallografici (piani di scorrimento) provocano le bande di scorrimento Bande di scorrimento Sono dovute a sforzi di taglio

77 Bande di scorrimento e piani di scorrimento Le bande di scorrimento nei metalli duttili sono uniformi (avvengono su alcuni piani di scorrimento) Lo scorrimento avviene su diversi piani di scorrimento all interno delle bande di scorrimento I piani di scorrimento hanno spessori di circa 200Å e sono compensati da circa 2000Å

78 Bande di scorrimento e piani di scorrimento Se calcolassimo l energia necessaria per lo scorrimento di un blocco di atomi su un altro in un cristallo metallico perfetto, si avrebbe una resistenza di circa più grande di quella reale

79 Bande di scorrimento e piani di scorrimento Perché i cristalli di un metallo si deformino ai bassi valori di resistenza di taglio osservati, devono essere presente un elevata densità di dislocazioni. Le dislocazioni si formano durante la solidificazione di un metallo, ma molte di più quando questo viene deformato passando da un numero di 10^6 cm/cm^3 a 10^12 cm/cm^3

80 Ricordando le Dislocazioni Difetti Cristallini difetti di linea

81 Ricordando le Dislocazioni Difetti Cristallini difetti di linea Formata dall inserimento di semipiani di atomi extra dislocazione a spigolo positiva dislocazione a spigolo negativa Il vettore di Burgers mostra lo scorrimento di atomi (slittamento) Vettore di Burgers

82 Ricordando le Dislocazioni Difetti Cristallini difetti di linea Formata dagli sforzi di taglio applicati su regioni di un cristallo perfetto separato da un piano di taglio Distorsione del reticolo sottoforma di una scala a spirale Il vettore di Burgers è parallelo alla linea di dislocazione

83 Ricordando le Dislocazioni Difetti Cristallini difetti di linea

84 Meccanismo di scorrimento Durante il taglio, gli atomi non scorrono uno sull altro Lo scorrimento avviene per il movimento delle dislocazioni Parete ad alta densità di dislocazioni Struttura di una dislocazione in alluminio deformato

85 Scorrimento nei cristalli Lo scorrimento avviene in piani densi o strettamente impaccati È richiesto un basso sforzo di taglio affinché avvenga lo scorrimento su piani densamente impaccati Se lo scorrimento è ristretto in piani impaccati, allora i piani meno densi diventano operativi È richiesta meno energia per muovere gli atomi lungo piani più densi Piano molto impaccato Piano poco impaccato

86 La Frattura duttile La frattura causa la separazione di un solido stressato in due o più parti. Frattura duttile: alta deformazione plastica e lenta propagazione della cricca Tre stadi: il provino forma un collo e cavità all interno le cavità formano una cricca e la cricca si propaga fino alla superficie, perpendicolare allo sforzo La direzione della cricca cambia di 45 portando alla frattura coppa-cono

87 La Frattura Fragile

88 La Frattura Fragile Tre stadi: La deformazione plastica concentra la dislocazione sui piani di scorrimento Si formano microcricche dovute allo sforzo di taglio dove le dislocazioni sono bloccate La cricca si propaga fino alla rottura SEM di una frattura duttile Esempio: Zinco EC monocristallino sotto alti sforzi sul piano {0001} va incontro a frattura fragile a causa del limitato Numero di piani di scorrimento. SEM di una frattura fragile

89 La Frattura Duttile e Fragile Frattura duttile Frattura fragile

90 La Frattura Fragile Le fratture fragili sono dovute a difetti come: Pieghe; flussi indesiderate di grano; Porosità; Strappi e cricche; danni da corrosione; infragilimento da idrogeno. A bassa temperatura di lavoro, avviene la transizione duttile-fragile. A bassa temperatura e ad alte velocità di deformazione anche metalli CCC, come ferro α, molibdeno e tungsteno si rompono in maniera fragile.

91 Tenacità e prove di impatto La tenacità è la misura dell energia assorbita prima della rottura La prova di impatto misura la capacità di un metallo di assorbire un impatto La tenacità è misurata utilizzando uno strumento per prove di impatto

92 Tenacità e prove di impatto Utilizzate anche per trovare l intervallo di temperatura della transizione duttile-fragile Affondamento del Titanic. Il Titanic era costruito con acciaio con temperatura di transizione duttile-fragile a 32 C. Il giorno dell affondamento, la temperatura del mare era -2 C che rese la struttura molto fragile e suscettibile al danneggiamento

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94 Tenacità di Frattura Le cricche e i difetti sono concentrazioni di sforzi K I Ys a K 1 = fattore di intensità di sforzo σ = sforzo applicato a = lunghezza apice cricca Y = costante geometrica K Ic = valore critico di fattore di intensità degli sforzi (tenacità a frattura) K IC Ys f a Esempio: Al 2024 T MPam 1/2 Acciaio MPam 1/2

95 Misura della tenacità a frattura un intaglio viene realizzato su un provino di spessore B B > > a condizione di deformazione planare (no deformazioni lungo l asse z direzione dell intaglio) B = 2.5(K Ic /carico di snervamento) 2 Il provino è testato a trazione Maggiore è il valore di K Ic, maggiore è la duttilità del metallo Usato nella progettazione per ricavare la dimensione permessa del difetto

96 Misura della tenacità a frattura

97 Fatica dei metalli Il metallo spesso si rompe a sforzi molto inferiori per carichi ciclici rispetto a carichi statici La cricca enuclea nella regione di concentrazione degli sforzi e si propaga per il carico ciclico applicato La rottura avviene quando la sezione resistente del metallo è troppo piccola per sopportare il carico applicato Superficie fratturata a fatica di un asse inchiavettato La frattura inizia qui Rottura finale

98 Prove a fatica Si applica un carico alternato di compressione e trazione su un provino di metallo rastremato in direzione del centro

99 Prove a fatica prova a flessione rotante

100 Sforzi Ciclici Sono possibili differenti tipi di cicli di sforzo (assiale, torsionale e flessionale) Sforzo medio = s m s max s min 2 Range di sforzo = s r s max s min Ampiezza del Ciclo di sforzo s a s max s min 2 Rapporto tra gli sforzi = R s s min max Spettro di sollecitazione

101 La Scienza dei Materiali