Lezione : Proprietà meccaniche

Deformazione Elastica 2

Deformazione PLASTICA 3

Sforzi Nominali 4

Stati tensionali più comuni 5

6

7

Deformazione 8 Modulo di shear o di elasticità tangenziale Modulo di Poisson Modulo di Young o di elasticità

Prove a trazione 9

Caratteristiche meccaniche 10 E è il modulo di elasticità longitudinale o modulo di Young e ν è il coefficiente di Poisson o di contrazione laterale, variabili da materiale a materiale. Tale legame fra sforzi e deformazioni fu merito delle osservazioni di Robert Hooke

Moduli di Young 11

Moduli di Young e Poisson per metalli 12

Modulo di Young per metalli: effetto della TEMPERATURA 13

Deformazione Plastica 14 a temperature basse, cioè T < Tfus/3

Carico di snervamento 15

Carichi di snervamento 16

Resistenza a trazione 17

Resistenza a trazione confronti 18

Duttilità e Malleabilità 19

Effetto della temperatura 20 PMMA

Recupero elastico 21

Resilienza 22

Prova di resilenza 23

Resilienza: Effetto della temperatura 24

Sforzo e Deformazioni Reali 25 Sforzo reale Deformazione reale Se

Durezza 26

Durezza Metodi di Misura 27

Durezza Metodi di Misura 28

Confronto di diverse scale di durezza e materiali 29

Correlazione tra durezza e resistenza a trazione 30

Meccanismi di deformazione 31

Movimento delle dislocazioni 32

Confronto tra diversi classi di materiali 33 Metalli: -Legami adirezionali -Piani ad alto impacchettamento Nuvola elettronicaIoni Ceramici covalenti (Si, diamante): Movimenti difficili. -Legami direzionali Ceramici Ionici(NaCl): Moti difficili. -Necessità di lacune ioniche

Confronto dei movimenti delle dislocazioni 34 Dislocazioni a spigolo Dislocazione a vite

Piani di massimo impacchetamento 35

Sistemi di scorrimento 36

Sforzo di taglio risolto sul piano di scorrimento 37 Sforzo di snervamento Per un cristallo singolo Macroscopicamente

Materiali policristallini I bordi di grano bloccano il moto delle dislocazioni -> aumento proprietà I piani di scorrimento variano da cristallo a cristallo.  R varia da cristallo a cristallo. Il cristallo con  R più grande sarà il primo a dare luogo allo snervamento. I cristalli orientati sfavorevolmente si snerveranno per valori di carico maggiore. 38  300  m

Geminazione La geminazione è un particolare meccanismo di deformazione attivo per i metalli. Una parte del reticolo è deformato in modo tale da formare un immagine speculare del reticolo deformato ad esso congiunto. Il piano cristallografico di simmetria tra la parte indeformata e quella deformata del reticolo metallico è chiamato piano di geminazione. 39

Strategie per il controllo delle proprietà meccaniche: effetto della dimensione dei grani I bordi di grano sono ostacoli allo scorrimento delle dislocazioni; La “forza” di queste barriere è maggiore al crescere dell’angolo di disallineamento; Le barriere crescono al diminuire della dimensione dei grani 40 Equazione di Hall-Petch

41

Strategie per il controllo delle proprietà meccaniche: Rinforzo mediante soluzione 42

Strategie per il controllo delle proprietà meccaniche: Rinforzo mediante soluzione 43

Strategie per il controllo delle proprietà meccaniche: Rinforzo mediante soluzione 44 Piccole impurezze sostituzionali L’ impurezza genera degli stress locali in A e B che si oppongono al moto della dislocazione A B Grandi impurezze sostituzionali L’ impurezza genera degli stress locali in C e D che si oppongono al moto della dislocazione C D

Strategie per il controllo delle proprietà meccaniche: Rinforzo mediante soluzione 45

Strategie per il controllo delle proprietà meccaniche: Rinforzo mediante soluzione 46 Tensile strength (MPa) wt.% Ni, (Concentration C) Yield strength (MPa) wt.%Ni, (Concentration C) La miscelazione incrementa  y e TS

Rinforzo mediante precipitazione 47 Vista laterale precipitato Piano di scorrimento che ha avuto scorrimento Piano di scorrimento che non ha avuto scorrimento S Ex: Ceramici nei metalli (SiC in Ferro o Alluminio)

Rinforzo mediante incrudimento 48

Rinforzo mediante incrudimento 49

Effetto della temperatura dopo l’incrudimento 50 1 ora di trattamento a T anneal... decremento TS e incremento %EL. Gli effetti dell’incrudimento possono essere annullati TS(MPa) duttilità (%EL) TS duttilità Recupero Ricristallizzazione Crescita dei grani Temperatura Annealing (ºC)

Recupero 51 Scenario 1 Scenario 2 4. Dislocazioni opposte Si incontrano e annullano Dislocazioni annilate E formano Un piano atomico perfetto extra piano atomi diffondono Verso le regioni In tensione 2. Gli atomi grigi Diffondono attraverso le vacanze RR 1. Disclocazione bloccata; Non può muoversi 3.Le dislocazioni “Climbed” Si muovo su nuovi piani di scorrimento

Ricristallizzazione 52 33% cold worked brass New crystals nucleate after 3 sec. at 580  C. 0.6 mm

Ricristallizzazione 53 After 4 seconds After 8 seconds 0.6 mm

Crescita dei grani After 8 s, 580ºC After 15 min, 580ºC 0.6 mm 54 Relazione empirica: tempo coefficiente dipendente dal materiale e dalla T. Diametro medio Al tempo t. ~ 2 Ostwald Ripening

T R temperatura di ricristallizzazione T m => T R  T m Poiché il fenomeno è controllato dalla diffuzione TR=f(t). Per tempi di annealing più brevi T R più alta Per i metalli puri la T R è più bassa perché le dislocazioni si muovono più semplicemente 55 TRTR º º