Deformazione Plastica Lavorabilità alle macchine utensili

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1 Deformazione Plastica Lavorabilità alle macchine utensili

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5 Che cosa sono le dislocazioni? Difetti di linea presenti nei metalli Vi sono due tipi di dislocazioni: a vite e a spigolo Densità delle dislocazioni in una lega non deformata plasticamente = 106/cm2

6 Tipi di dislocazioni: a spigolo

7 Dislocazione a spigolo

8 Tipi di dislocazioni: a vite Screw Edge

9 Movimento delle dislocazioni deformazione plastica Note: Dislocations normally move under a shear stress

10 Il movimento delle dislocazioni

11 Campi di sforzo intorno alle dislocazioni

12 Respingimento ed attrazione delle dislocazioni

13 Modalità di deformazione Scorrimento (Slip) Geminazione (Twinning) Formazione delle bande di scorrimento (Shear band formation)

14 Scorrimento (Slip) Le dislocazioni si muovono lungo alcune particolari direzioni (slip direction) e piani cristallografici (slip planes). La combinazione di direzioni e piani di scorrimento prende il nome di sistema di scorrimento (sliding system).

15 Sistemi di scorrimento I piani e le direzioni di scorrimento sono quelli a maggiore densità atomica (caso dell austenite) Recall for fcc close-packed planes are {111} Close-packed directions are <110>

16 I sistemi di scorrimento Ferrite Austenite

17 Sistemi di scorrimento Sistema cristallino Piano di scorrimento Direzione di scorrimento Numero totale dei sistemi presenti Sistemi attivi indipendenti fcc {111} <110> 12 5 hcp {0001} <2110> 3 2/3 bcc {110} {100} <111> 48 2

18 Interazione tra le dislocazioni Positive Positive Repulsion Positive Negative Attraction & Annihilation

19 Moltiplicazione delle dislocazioni L incrudimento è il risultato dell interazione fra dislocazioni dello stesso segno Il medesimo meccanismo porta alla generazione di un numero via via maggiore di dislocazioni (Franck Reed Mechanism).

20 Geminazione (Twinning) Consentono di raggiungere elevati incrudimenti del materiale senza in presenza di significative duttilità degli acciai.

21 Geminazione

22 Mechanical martensite / Martensite meccanica AISI 304 a)10% cold reduction / riduzione a freddo b)40% cold reduction / riduzione a freddo c)50% cold reduction /riduzione a freddo

23 Formazione delle bande di scorrimento Deformazione limitata e non omogenea Deformazioni localizzate molto pronunciate ~1 or 100% Si verificano sotto l azione di elevati tassi di deformazione Sono associate a fenomeni di instabilità (riscaldamenti adiabatici localizzati, ecc.)

24 La ricristallizzazione statica Se si mantiene una temperatura pari a circa la metà di quella di fusione si può notare una trasformazione della struttura del materiale, in cui i grani precedentemente deformati vengono sostituiti da nuovi grani che nucleano e si accrescono.

25 Recupero e Ricristallizzazione Il recovery avviene senza modifiche dei bordi di grano

26 AISI 304 Attacco elettrochimico in acido ossalico Diverse riduzioni a freddo A_5% B_10%C_15%D_30%

27 AISI 304 attaccato in acido ossalico A_incrudito al 20% e riscaldato per 5min a B_750 C C_950 C D_1000 C E_1050 C F_1300 C A D B E C F

28 Rafforzamento Blocco delle dislocazioni Metodi di rafforzamento

29 Deformazione a freddo e incrudimento Temperatura di deformazione pari 0.4Tm (K). La densità di dislocazioni sale da 106/cm2 a /cm2. L alta densità delle dislocazioni provoca un forte incremento nell interazione delle dislocazioni.

30 Trafilatura

31 Trafilatura filiera e riduzione

32 Trafila Coefficiente di ridondanza

33 Rafforzamento per soluzione solida Interazione tra campi di sforzo delle dislocazioni ed altomi presenti nella soluzione solida.

34 Affinamento del grano Grani fini conferiscono maggiore resistenza allo scorrimento. Grani più fini aumentano il numero di bordi grano per unità di volume. I bordi grano agiscono come barriere al movimento delle dislocazioni.

35 La lavorabilità alle macchine utensili

36 La lavorabilità Criteri 1) Misura del tempo di vita utile dell utensile. L inconveniente di questo metodo di valutazione è la dipendenza della prestazione dalla del materiale costituente l utensile. 2) Forse sull utensile ed assorvìbimento di potenza. All aumentare dell energia specifica assorbita diminuisce la lavorabilità del materiale. 3) Metodo della finitura superficiale.

37 La lavorabilità Valutazione della lavorabilità American Iron and Steel Institute (AISI) ha detreminato la lavorabilità per molti materiali attarverso delle prove di tornitura eseguite a velocità pari a 180 piedi al minuto. E stato arbitrariamente assegnato un valore del 100% di lavorabilità ad un acciaio B1112 con 160HB di. Materiali che restituiscono valori superiori al 100% sono più facili da lavorare, mentre quelli che restituiscono un valore inferiore sono più difficoltosi da lavorare alle macchine utensili. Indice di Lavorabilità= Velocità di lavorazione che porta a 60 minuti di vita dell utensile / velocità del metallo standard che induce 60 minuti di vita dell utensile L acciaio B1112 porta ad una vita dell utensile di 60 minuti ad una velocità di 100 piedi al minuto. E chiaro che deve utilizzato il medesimo utensile.

38 Tornitura 38

39 Fresatura, foratuta 39

40 Forze sul tagliente

41 Meccanismo di formazione del truciolo Schema di taglio ortogonale Il truciolo si genera attraverso un processo di scorrimento lungo regioni ristrette che si estendono dalla zona del tagliente fino alla superficie esterna secondo l angolo

42 Azione dell utensile ed angolo di taglio

43 Distribuzione del calore

44 Tipi di truciolo Truciolo continuo Truciolo con tagliente di riporto Built Up Edge) Truciolo segmentato

45 Tipi di truciolo Truciolo ottenuto con alte velocità di taglio Truciolo ottenuto con base velocità di taglio

46 Finitura superficiale

47 Truciolo continuo Tipico dei metalli duttili lavorati correttamente Finiture superficiali buone con basse forze di taglio Difficile allontanare il truciolo dalla zona utensile pezzo (sull utensile si monta un rompitruciolo)

48 Truciolo discontinuo Tipico dei metalli fragili Buone caratteristiche di finitura con basse forze di taglio e limitato consumo dell utensile

49 Truciolo con tagliente di riporto Si ha la presenza di materiale asportato sulla faccia dell utensile Questo riporto copre l area di contatto tra truciolo e utensile Dà scarsa finitura superficiale L utensile subisce un intensa usura La superficie lavorata è fortemente incrudita Si possono introdurre tensioni residue notevoli

50 Truciolo con tagliente di riporto Si hanno deformazioni plastiche ed elastiche differenziate nello spessore molto elevate e forti riscaldamenti locali che risultano in tensioni residue

51 Fattori che influenzano la formazione del truciolo Composizione chimica Microstruttura e trattamenti termici Inclusioni non metalliche Caratteristiche meccaniche e fisiche

52 Composizione chimica Elementi che possono portare a fenomeni indesiderati. In molti acciai inossidabili alcuni di questi elementi chimici sono comunque indispensabili (es. Cr, Ni, Mo ecc.) 1. Elementi che formano fasi molto dure (Cr, W, Mo, V). 2. Elementi che rendono difficoltoso il distacco del truciolo (Ni e Mn) 3. Elementi disossidanti che formano particelle fini e ossidi abrasivi (Si e Al)

53 Composizione chimica Acciai a lavorabilità migliorata contenenti S, Pb, P, Se, Ca,Te. Possono rimanere completamente insolubili nell acciaio (Pb) oppure possono formare inclusioni non metalliche (S) Acciai contenenti zolfo: S = % ma anche fino a 0.35%

54 Composizione chimica Acciai a lavorabilità migliorata usati per la produzione di pezzi in cui le lavorazioni di asportazione sono onerose. 1.Riducono costi e tempi 2.Riducono l usura dell utensile 3.Hanno un azione lubrificante 4.Ritardano la formazione del tagliente di riporto

55 Composizione chimica Inclusioni MnS AISI 430 con (a) 0.002%S e (b) 0.34%S

56 Alliganti per incrementare la lavorabilità AISI 303 / AISI 430F S AISI 430 F/AISI 416/AISI 420F/AISI 303Se Se AISI 416 P Si sono sperimentate recentemente dai giapponesi anche aggiunte in boro (fino a 160ppm) per la produzione di AISI 304.

57 Lavorabilità con utilizzo di B e N in acciai austenitici

58 MnS e BN esagonale individuati nella matrice di acciaio austenitico

59 Forze di taglio

60 Velocità ed angolo di taglio nelle differenti condizioni di prova

61 Forma del truciolo

62 Rilievi sulla forma del truciolo