Lezione 5 Flashcards
Quale è il massimo valore teorico dello sforzo di taglio τ_max necessario per far scorrere un piano di atomi?
τ_max = (Gr)/2πd
Con G = modulo di taglio
r = raggio atomico = distanza tra atomi nello stesso piano
d = distanza tra piani
Che rapporto c’è tra lo sforzo di taglio massimo teorico e reale? come mai c’è questa differenza?
Lo sforzo di taglio reale è dalle 1000 alle 10’000 volte minore, questo è spiegabile attraverso la teoria delle dislocazioni, le dislocazioni sono delle zone di distorsione reticolare e per far scorrere il piano, non è necessario far scorrere tutti gli atomi, è sufficiente far scorrere quelli coinvolti nella dislocazione.
Da cosa è definita una dislocazione?
E’ definita dalla linea di dislocazione e dal vettore di burgers.
La linea di dislocazione che separa la zona deformata (la linea stessa) da la zona non deformata (ciò che non è la linea), il vettore di burgers è definito a partire da una circuitazione lungo il reticolo del cristallo, si parte da un atomo, si effettua la circuitazione, e si sottra il punto di inizio da quello di arrivo.
Cosa è il vettore di Burgers
Il vettore di Burgers è un vettore che serve a descrivere il tipo di dislocazione, si ottiene effettuando una circuitazione lungo il reticolo del cristallo, si parte da un atomo, si effettua la circuitazione, e si sottra il punto di inizio da quello di arrivo.
Cosa è una linea di dislocazione?
E’ la linea che segna la zona deformata (la linea stessa) da quella non deformata (ciò che non è la linea), serve a definire il tipo di dislocazione.
Quanti sono i tipi di dislocazione? Da cosa sono caratterizzati?
I tipi di dislocazione sono tre:
A Spigolo (semipiano aggiunto): nel reticolo cristallino è presente un semipiano aggiunto, la linea della dislocazione coincide con la linea a partire dalla quale si genera il semipiano, il vettore di burgers è ortogonale alla linea di dislocazione.
Nella dislocazione a Vite il vettore di burgers è parallelo alla linea di dislocazione, è una sorta di torsione del reticolo.
Le dislocazioni Miste sono un mix tra le due.
E’ vero che a ridosso delle dislocazioni aumentano il numero di interstiziali? come mai?
Si, è vero, perchè a ridosso delle dislocazioni ci sono delle zone di reticolo pià dilatate, e gli interstiziali favoriscono depositarsi lì dove c’è più spazio
τ_glide aumenta con la temperatura o diminuisce? τ_glide è più elevato nel CFC, nel CCC o nel EC?
τ_glide diminuisce con la temperatura, perchè la diffusività è maggiore e per gli atomi è più facile spostarsi, quindi è più facile scorrere sui piani. τ_glide è maggiore nei CCC, questo per via della maggiore distanza atomica, sia il CFC che l’EC avendo sistemi di scorrimento a massimo impacchettamento atomico, hanno un τ_glide molto inferiore.
Quale è l’ordine di grandezza tra τ_glide nei CCC e nei CFC/EC ?
Il τ_glide nei CCC è tra le 10-100 volte maggiore che nei CFC/EC
Quanti sistemi di scorrimento primari ha il CCC? Il CFC? L’EC? Quali sono?
Il CCC ne ha 12, i piani sono 6 e le direzioni sono 2
Il CFC ne ha 12, i piani sono 4 e le direzioni sono 3
L’EC ne ha 3, su un unico piano (la base) e le direzioni sono 3.
Perchè anche se CCC e CFC hanno lo stesso numero di sistemi di scorrimento primari, il CCC è molto più resistente meccanicamente?
Perchè anche se il numero di sistemi di scorrimento primari è lo stesso, quelli del CFC sono molto più efficienti di quelli del CCC.
Quanto è propenso il CFC ad utilizzare i sistemi di scorrimento primari? Ed il CCC?
Il CFC è estremamente propenso ad utilizzare i piani di massimo impacchettamento atomico, ed è estremamente più sconveniente utilizzare i sistemi di scorrimento secondari, nel CCC invece la differenza di taglio richiesta tra sistemi di scorrimento primari e secondari non è così alta, per cui a volta vengono utilizzati.
Quali sono i meccanismi di movimento delle dislocazioni? Come funzionano?
Le dislocazioni si possono muovere per:
Glide, scorrimento tra piani, è il meccanismo principale, quello che richiede meno dispendio energetico.
Cross-slip, avviene quando il piano di scorrimento incontra una zona difficile da attraversare, quindi cambia temporaneamente piano di scorrimento, per poi riprendere nella direzione originale, questo processo avviene quando il vettore di burgers è parallelo alla linea di dislocazione, perchè anche il piano adottato temporaneamente, appartiene al vettore di burgers, questo meccanismo è conservativo e non sfrutta il fenomeno della diffusione, quindi non dipende fortemente dalle temperature.
Climb, il climb è un meccanismo non conservativo che sfrutta la diffusione, avviene quando il piano di scorrimento incontra una zona difficile da attraversare, la linea di dislocazione diffonde verso l’alto o verso il basso per scavalcare l’ostacolo, e poi riprendere sollevata senza riscendere. questo processo aumenta la superficie di scorrimento, quindi partecipa in piccola parte all’incrudimento del materiale.
Cosa è il meccanismo di Orowan Looping?
Il meccanismo di Orowan Looping è un meccanismo che consente alle dislocazioni di oltrepassare un precipitato di elementi secondari presenti nel reticolo, la dislocazione di avvolge attorno alla particella, e superandola le lascia un anello residuo, questo è uno dei fenomeni che spiega perchè le leghe sono meccanicamente più resistenti dei metalli puri
Cosa sono i kink ed i jog?
I kink ed i jog sono dei fenomeni che riguardano la distorsione locale delle dislocazioni,
i kink sono dei gradini che compie la dislocazione, che appartengono al piano di scorrimento, non alterano molto le proprietà meccaniche
i jog sono dei gradini che compie la dislocazione e che non appartengono al piano di scorrimento iniziale, generano quindi nuova superficie di scorrimento e partecipano attivamente nel fenomeno dell’incrudimento.
Cosa è la Legge di Schmidt? Quali sono le conseguenze?
La Legge di Schmidt ci dice che τ = σ * cos(a)*cos(b), il valore massimo τ_max corrisponde ai piani a 45°, con τ=1/2 σ, questo è il valore nei monocristalli, nei policristalli il valore sperimentale è di circa τ=1/3 σ
Cosa è la geminazione?
La Geminazione è un tipo di difetto planare, avviene a basse temperature e con urti improvvisi, principalmente nei CFC ed EC, è un fenomeno per il quale un piano, viene interrotto da un piano inclinato, per poi riprendere a seguito, le celle che prima erano quadrate diventano a forma di parallelepipedo.
Spiega il Meccanismo di Frank e Read
Il Meccanismo di Frank e Read è un meccanismo di sorgente delle dislocazioni, avviene quando una dislocazione è confinata a due punti, magari per via di una foresta di dislocazioni, per del particolato, per dei bordi di grano, la distorsione confinata subisce degli sforzi di taglio, che la portano a muoversi con direzione ortogonale alla distorsione, questo comporta nella dislocazione una forma ad arco, che prosegue in una semicirconferenza, a questo punto la dislocazione arriva a proseguire in direzione opposta allo sforzo di taglio, creando delle specie di anelli, che si espandono fino a congiungersi, lasciando una linea chiusa, con all’interno un’altra dislocazione confinata agli stessi due punti, questo meccanismo viene ripetuto numerose volte e gli anelli si espandono, raggiungendo i bordi di grano confinanti e sollecitando lo stesso meccanismo nei grani affianco, questo è il principale meccanismo di generazione delle dislocazioni, ha un ruolo molto importante quindi nell’incrudimento.
Cosa è una foresta di dislocazioni?
E’ una zona del cristallo molto densa di dislocazioni
Cosa comporta l’incrudimento sulla curva sforzo-deformazione?
Comporta una tensione di snervamento maggiore ed una tensione di rottura maggiore, tendenzialmente riduce l’allungamento percentuale e la strizione percentuale. La Tenacità diminuisce, la duttilità diminuisce, l’oggetto diventa più fragile.
Cosa succede ai grani a seguito di una deformazione plastica (incrudimento)?
I grani si allungano nella direzione della deformazione, aumentando la resistenza lungo quella direzione (non isotropo).
Parla del processo di laminazione.
La laminazione è un processo che coinvolge una piastra metallica alla quale si riduce lo spessore al fine di appiattirla ed incrudirla, aumentandone le proprietà meccaniche.
Cosa sono le atmosfere di Cotrell?
Le atmosfere di Cotrell sono delle zone a ridosso delle dislocazioni dove c’è un’elevatissima concentrazione di soluti, si formano nel tempo attraverso i processi diffusivi, le atmosfere di Cotrell ostacolano notevolmente il movimento delle dislocazioni.
Cosa sono le Bande di Luders?
Le Bande di Luders sono delle deformazioni macroscopiche che avvengono principalmente negli acciai dolci e nelle leghe di rame ed alluminio a causa delle Atmosfere di Cotrell a seguito di una trazione, il taglio fa distaccare le dislocazioni dalle atmosfere di cotrell in maniera disomogenea all’interno del provino, quando in un grano si sono distaccate tutte e giunge al grano affianco, causa il distacco anche in lui, difatto diffondendosi, il risultato macroscopico di tutti questi scorrimenti che avvengono in maniera eterogenea, sono le bande di luders
Parla della curva sforzo deformazione degli Acciai Dolci, perchè è così?
La curva sforzo deformazione degli acciai dolci comincia in maniera completamente elastica fino a raggiungere un punto chiamato σy_sup, punto nel quale il taglio è sufficiente a far distaccare in alcuni grani particolarmente favorevoli le dislocazioni dalle atmosfere di cotrell, il t_glide < t_sblocco, quindi la tensione di snervamento scende a σy_inf, facendo accumulare le dislocazioni sui bordi di grano, causando lo stesso effetto nei grani adiacenti, difatto diffondendosi, il diffondersi è associato ad una zona di deformazione quasi perfettamente plastica, è piana, quando tutte le atmosfere di cotrell si sono liberate, comincia il classico andamento decrescente delle curve sforzo deformazione delle leghe.
Perchè le bande di ludens possono essere un problema? come si risolve?
Le bande di ludens non hanno particolari conseguenze sulle proprietà meccaniche, ma le hanno sulla lavorabilità, in particolare perchè avviene negli acciai dolci (che sono da stampaggio), per risolvere si lamina la superficie per creare delle foreste di dislocazioni in prossimità della superficie, in maniera tale che le bande di ludens non fuoriescano, questo processo si chiama skin-pass, oppure si usano degli Acciai Interstitial Free, che hanno una percentuale di interstiziali notevolmente inferiore, che prevengono così l’effetto delle atmosfere di cotrell
