Informazioni sul documento
- Università
- Politecnico di Milano
- Corso di laurea
- Common Courses
- Materia
- Metallurgia
- Docente
- Barella
- Anno accademico
- 2025-2026
- Classificazione
- Appunti · Completi
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Appunti completi del corso
Materiale completo di Metallurgia per il corso di Common Courses presso Politecnico di Milano. Il documento tratta: LEGAMI CHIMICI E STRUTTURA DEI MATERIALI Legami Atomici nei Solidi Legame Ionico Legame di tipo coulombiano. L'atomo meno elettronegativo cede un elettrone a quello più elettronegativo, creando un campo elettrostatico. Visto che gli elettroni sono impegnati nel legame, i solidi…
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Materiale completo di Metallurgia per il corso di Common Courses presso Politecnico di Milano. Il documento tratta: LEGAMI CHIMICI E STRUTTURA DEI MATERIALI Legami Atomici nei Solidi Legame Ionico Legame di tipo coulombiano. L'atomo meno elettronegativo cede un elettrone a quello più elettronegativo, creando un campo elettrostatico. Visto che gli elettroni sono impegnati nel legame, i solidi…
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LEGAMI CHIMICI E STRUTTURA DEI MATERIALI Legami Atomici nei Solidi Legame Ionico Legame di tipo coulombiano. L'atomo meno elettronegativo cede un elettrone a quello più elettronegativo, creando un campo elettrostatico. Visto che gli elettroni sono impegnati nel legame, i solidi ionici non conducono elettricamente. È un legame adirenzionale. Solidi resistenti, duri, fondono a temperature elevate e sottoposti a un sovraccarico tendono a rompersi in modo fragile. Legame Covalente In questo caso i due atomi hanno elettronegatività simile, quindi l'elettrone non viene ceduto, ma viene messo in condivisione (uno o più elettroni condivisi). Gli elettroni sono impegnati nella formazione del legame, quindi non conducono elettricamente. Il legame è direzionale: gli elettroni si avvicinano di più all'atomo più elettronegativo. Legame Metallico I metalli sono caratterizzati da elettroni esterni debolmente legati al nucleo perché schermati da quelli che appartengono agli orbitali interni. Il legame metallico si genera quando ogni atomo cede i propri elettroni di valenza per formare una nuvola elettronica. Si crea una struttura tridimensionale ordinata adirenzionale. Le caratteristiche del legame influenzano anche la modalità di deformazione dei materiali sotto carico. Hanno elevata conducibilità elettrica perché gli elettroni non sono legati a un singolo ione, ma sono liberi di muoversi. Legami Secondari (di Van der Waals) Si originano tra molecole polari. Sono forze trascurabili in presenza di legami forti (quelli visti in precedenza). Le Strutture Cristalline Quando una sostanza solidifica può assumere: • Struttura amorfa → casuale e con un ordine cristallino a corto raggio (tipica del vetro e dei polimeri). • Struttura cristallina → caratterizzata da un ordine a lungo raggio…
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Le superfici di interesse devono essere pulite, piane, prive di rigature e di deformazione dei grani cristallini. Il campione viene prima levigato e poi lucidato. La lucidatura può essere sia meccanica sia elettronica (tramite cella elettrolitica in cui funge da catodo). Prima di essere visualizzato, il campione deve essere attaccato chimicamente per mettere in evidenza, per mezzo del contrasto ottico, la microstruttura del materiale. Macrografia Corrisponde all'osservazione di un campione a bassi ingrandimenti. Risulta utile su sezioni del campione caratterizzate da disomogeneità chimica, oppure cricche, porosità, inclusioni non metalliche o segregazioni. I MECCANISMI DI RAFFORZAMENTO DELLE MATRICI METALLICHE Il movimento delle dislocazioni è legato con la deformabilità e le proprietà meccaniche del metallo. Se le dislocazioni riescono a muoversi con facilità all'interno del materiale, questo si deformerà più facilmente; viceversa, se incontra degli ostacoli, sarà necessario un maggiore sforzo per muovere le dislocazioni. Quindi, aggiungendo ostacoli aumenta la resistenza meccanica, ma diminuisce la deformabilità. È sufficiente, pertanto, aumentare il numero di difetti puntuali, lineari e superficiali. In ambito industriale, i metodi di rafforzamento sono: formazione di una soluzione solida, incrudimento, riduzione della dimensione del grano e formazione di costituenti strutturali di non-equilibrio. Rafforzamento per Formazione di una Soluzione Solida È il metodo più utilizzato e consiste nel miscelare più elementi allo stato liquido: se rimangono disciolti l'uno nell'altro anche allo stato solido, si ottiene una soluzione solida. I metalli puri possiedono proprietà meccaniche inferiori rispetto alle leghe dello stesso metallo. Può essere di due tipi: • Sostituzionale…
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percentuali pochi elementi: S, P, Si, Mn. Per questo hanno costi abbastanza contenuti. Rappresentano la maggior parte della produzione mondiale. Non vengono trattati termicamente! La maggior parte delle volte vengono impiegati grezzi di laminazione. Sono saldabili! Questo grazie al basso contenuto di carbonio. Infatti, la saldabilità rappresenta l'attitudine del materiale di mantenere la continuità strutturale con caratteristiche e qualità desiderate. Durante la saldatura il materiale viene fuso, quindi in quella zona (e in quelle adiacenti) vengono superati i punti critici; se il raffreddamento è abbastanza rapido si possono formare delle strutture martensitiche che possono portare alla formazione di cricche. Quindi deve esserci basso contenuto di carbonio e di altri elementi in lega proprio per tenere le curve CCT sufficientemente spostate verso sinistra. Si definisce il carbonio equivalente come: C_equivalente = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 dove i valori sono espressi in percentuale. Se il C_equivalente è inferiore a 0,4, l'acciaio è ritenuto saldabile. Questi acciai raggiungono al massimo carichi di rottura intorno ai 500 MPa. Per aumentare la resistenza meccanica si può intervenire sull'incrudimento e la dimensione del grano. Si possono altrimenti aggiungere elementi come Ti, Ta, Nb, V, che creano nano-precipitati all'interno dei grani; questi acciai prendono il nome di HSLA e raggiungono carichi di rottura di circa 650 MPa. Negli ultimi anni, soprattutto nel campo automotive, si stanno sviluppando acciai che raggiungono anche i 1400 MPa. Gli Acciai Speciali da Costruzione Sono prodotti in laminaggio inferiore rispetto a quelli di costruzione generale, ma con una qualità migliore. Presentano un maggior tenore di elementi in lega, quindi possono essere…
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Intagli Questi difetti (intagli o cricche) sono molto piccoli e non possono essere evidenziati da controlli non distruttivi, ma sono molto pericolosi. Per studiare le cricche non si usa la meccanica classica, ma si usa la meccanica della frattura. Il fattore di intensificazione K è definito come: K = β · σ · √(π · a) • a → lunghezza del difetto • σ → carico applicato • β → fattore che dipende dal tipo di difetto, dalla geometria e dal tipo di carico La Fatica Colpisce i componenti metallici soggetti a carichi ripetuti; rappresentano il 75% dei casi di rottura. La frattura avviene senza deformazione plastica. I cedimenti avvengono con carichi applicati inferiori a quelli di limite elastico. I Carichi Ciclici Il caso classico è quello dell'assile dei treni e, in generale, di tutti i carichi rotazionali; infatti, si ha un continuo cambio tra pressione e trazione. La Frattura di Fatica Questo danneggiamento è progressivo e con opportuni controlli è possibile prevenire rotture catastrofiche. Si intuì che la natura della frattura non era legata solamente all'intensità del carico, ma anche alla natura ciclica dello stesso. Per verificare la resistenza a fatica di un metallo viene preso un provino a forma di clessidra (con la parte centrale lucidata a specchio), poi viene applicato un carico noto e messo in rotazione; si misura dopo quanti cicli il provino si rompe. La prova si esegue su più provini partendo da un carico prossimo allo snervamento sul primo provino, per poi diminuirlo progressivamente. Vi è un valore al di sotto del quale non si ha la frattura, tale valore è chiamato LIMITE DI FATICA TEORICO DEL MATERIALE. Nella zona sopra al limite di fatica si parla di fatica a basso numero di giri, mentre per quella al di sotto si parla di fatica ad alto numero di giri. Lf =…
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In base alla composizione chimica si possono avere: vetri sodico-calcici, di silice, al borosilicato e al piombo. Un importante composto vetroso sono le fibre di vetro, che presentano un'elevata resistenza a trazione e vengono utilizzate come rinforzo alle materie plastiche. Un'applicazione importante delle fibre di vetro è la fibra ottica. Proprietà dei Vetri Lo stato vetroso è instabile: c'è la tendenza a cristallizzare e, quindi, a perdere proprietà come la trasparenza. Non esiste la temperatura di trasformazione da liquido a solido. Per i materiali cristallini vi è una brusca diminuizione del volume specifico alla temperatura di fusione, mentre per i materiali amorfi il volume diminuisce in modo continuo al diminuire della temperatura stessa; si ha una leggera diminuizione della pendenza in corrispondenza della temperatura di transizione vetrosa. Al di sotto di questa temperatura il materiale viene definito vetro, al di sopra liquido. La resistenza agli sbalzi termici è ridotta e tende ad aumentare con la resistenza meccanica; la conducibilità termica è bassa. Trattamenti Termici dei Vetri Ricottura Viene eseguita per eliminare le tensioni che si originano durante il raffreddamento; si riscalda a 600°C e si raffredda lentamente fino a 450°C. Tempra del Vetro Serve ad aumentarne la resistenza. Può essere fisica (viene riscaldato fino a 600°C e poi raffreddato per getti d'aria) o chimica (si scalda fino a 350°C in un bagno di sali K⁺; in questo modo si genera uno stato di tensione superficiale). I vetri temprati non possono essere lavorati successivamente. Vetri di Sicurezza Per migliorare le proprietà dei vetri si può ricorrere a vetri di sicurezza che possono essere: • Armati → si inserisce all'interno una rete metallica quando il vetro è ancora pastoso; la rete ha…
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