STRUTTURA DEI MATERIALI METALLICI

Presentazione sul tema: "STRUTTURA DEI MATERIALI METALLICI"— Transcript della presentazione:

1 STRUTTURA DEI MATERIALI METALLICI
Legami atomici primari ionico: trasferimento di elettroni da un atomo all’altro per produrre ioni carichi posit. o negat.; forze interatom. elevate; non direzionale. covalente: condivisione di elettroni; forze interatom. elevate; direz. metallico: messa in comune di elettroni; forze interatom. elevate; non direz. (elettroni di valenza condivisi da molti atomi circostanti). Struttura Cristallina: metalli solidi – atomi legati mediante legami metallici fino a raggiungere il più basso livello di energia (stabile).

2 STRUTTURA DEI MATERIALI METALLICI
Buoni conduttori termici ed elettrici Principali celle elementari Cubica a facce centrate FCA = 0.74 n. coordinazione = 8 4 atomi per cella elementare Esagonale compatta FCA = 0.74 n. coordinazione = 12 6 atomi per cella elementare Cubica a corpo centrato FCA = 0.68 n. coordinazione = 8; 2 atomi per cella elementare Fattore di Compattamento Atomico (FCA) = Vol.atomi cella elementare/Vol. cella elementare

3 STRUTTURA DEI MATERIALI METALLICI
Facilmente deformabili in fase plastica Deformabili con maggiore difficoltà Allotropia: sostanza pura che allo stato solido, in diverse condizioni di p e T, esiste in più di un reticolo cristallino

4 PERCHE’ LA DEFORMAZIONE PLASTICA?
Effetto delle sollecitazioni normali Effetto delle sollecitazioni taglianti Valori teorici e sperimentali di resistenza alla deformazione plastica (MPa) Al Ag Cu Mg ?

5 Soluzioni solide sostituzionali e interstiziali
SOLIDIFICAZIONE 2 stadi: - formazione di nuclei stabili di solidificazione (nucleazione) - crescita dei nuclei per formare cristalli, formazione di struttura a grani Grano: cristalli nel metallo solidificato Bordo del grano: superficie tra i grani Soluzioni solide sostituzionali e interstiziali

6 Soluzioni solide sostituzionali
SOLIDIFICAZIONE Soluzioni solide sostituzionali Struttura cristallina del solvente invariata Possibilità di distorsione del reticolo se differenza significativa dei diametri atomici del soluto e del solvente Per ampia solubilità allo stato solido: differenza tra gli atomi inferiore al 15%; stesse strutture cristalline dei due elementi; non differenze apprezzabili nelle elettronegatività per evitare la formazione di composti (elemento altamente elettropositivo tende a perdere elettroni che acquisterà quello altamente elettronegativo).

7 Soluzioni solide interstiziali
SOLIDIFICAZIONE Soluzioni solide interstiziali Quando un atomo è più grande di un altro Vuoti = interstizi

8 Fronte di solidificazione: grani e loro dimensione
Nucleazione e accrescimento Fronte di solidificazione: grani e loro dimensione Velocità di solidificazione Flusso di solidificazione Dimensione dei grani (n): N = 2n-1 N = numero di grani per pollice quadrato

9 I principali difetti di struttura:
- puntuali: vacanze, interstiziali (a, b), sostituzionali - di linea: dislocazioni (a, b) Reticoli distorti: miglioramento delle proprietà meccaniche

10 Difetti puntuali: VACANZE Difetti di linea: DISLOCAZIONI
Sito atomico dal quale un atomo è assente Difetti di linea: DISLOCAZIONI Causano la distorsione del reticolo: durante la solidificazione; da deformazione plastica; da addensamento di vacanze. A spigolo: inserzione di un mezzo piano aggiunto di atomi (regione di sforzi di compressione eregione di sforzi di trazione) A vite: dovuta a sforzi di taglio verso l’alto e verso il basso Mista: combinazione delle precedenti

11 EFFETTO DELLE DISLOCAZIONI
Valori teorici e sperimentali di resistenza alla deformazione plastica (MPa) Al Ag Cu Mg ? - Deformazione plastica

12 LE DISLOCAZIONI: - si muovono con maggiore difficoltà quando incontrano altri difetti - aumentano con l’aumentare della deformazione - vengono riassorbite e subiscono riassetto a temperatura opportuna - richiedono un certo tempo per essere riassorbite Maggiore RESISTENZA? Maggiore difficoltà di movimento delle dislocazioni

13 Soluzioni solide: soluto e metallo base
Solubilità Leghe Composto costituito da due o più elementi di cui almeno un metallo con struttura e proprietà metalliche Soluzioni solide: soluto e metallo base precipitati (isole di soluto separate dal metallo base) Limiti di solubilità: nuovo reticolo Reticoli distorti: miglioramento delle proprietà meccaniche

14 Soluzioni solide: soluto e metallo base
Solubilità Soluzioni solide: soluto e metallo base Diffusione: materia trasportata attraverso la materia Importante perché la maggior parte delle reazioni allo stato solido coinvolgono movimenti atomici Reticoli distorti: miglioramento delle proprietà meccaniche

15 Effetto della Temperatura
Vacanze Aumento delle distanze atomiche Trasformazioni di reticolo in alcuni metalli (allotropia) > punto di fusione, > energie di legame, > energia di attivaz. per rompere tali legami

16 Meccanismo di diffusione per vacanza o sostituzionale
Movimento degli atomi reso possibile dal superamento dell’energia di attivazione mediante somministrazione di calore e dalla presenza di difetti Meccanismo di diffusione interstiziale Movimento degli atomi da un sito interstiziale ad un altro vicino senza spostare permanentemente nessun atomo del reticolo

17 MECCANISMI DI RINFORZO Indurimento per soluzione solida (lega)
Atomi estranei Indurimento per soluzione solida (lega) Composti intermetallici Indurimento per deform. plastica dislocazioni Atomi estranei Indurimento per tempra Indurimento per affinamento della grana Bordi dei grani

18 INDURIMENTO PER AFFINAMENTO DELLA GRANA
Formazione dei grani da liquido: effetto della velocità di raffreddamento Formazione dei grani allo stato solido: la ricristallizzazione L’effetto della deformazione plastica (strutture reali) La ricristallizzazione (strutture reali) L’effetto sulle proprietà meccaniche

19 MECCANISMI DI RINFORZO Indurimento per soluzione solida (lega)
Atomi estranei Indurimento per soluzione solida (lega) Composti intermetallici Indurimento per deform. plastica dislocazioni Atomi estranei Indurimento per tempra Indurimento per affinamento della grana Bordi dei grani

20 INDURIMENTO PER DEFORMAZIONE PLASTICA
La curva  La prova di trazione La lavorazione dei provini La percentuale di lavorazione a freddo Le prove di trazione (1, 2, 3) La strizione dei provini Le curve s-e Le proprietà meccaniche rilevanti

21 La spiegazione dei fenomeni osservati

22 La spiegazione dei fenomeni osservati

23 La spiegazione dei fenomeni osservati

24 La spiegazione dei fenomeni osservati

25 La spiegazione dei fenomeni osservati
Snervamento evidente

26 MECCANISMI DI RINFORZO Indurimento per soluzione solida (lega)
Atomi estranei Indurimento per soluzione solida (lega) Composti intermetallici: Indurimento per deform. plastica dislocazioni Atomi estranei Indurimento per tempra Indurimento per affinamento della grana Bordi dei grani

27 Speranza di efficacia dell’indurimento per soluzione solida
Sistema binario SI Miscibilità completa Stato solido SI/NO Miscibilità parziale NO Immiscibilità completa Speranza di efficacia dell’indurimento per soluzione solida