Lezione 7 Flashcards
Cosa è la frattura? Che differenza c’è tra rottura e frattura?
La frattura è l’atto del materiale di spezzarsi in due, la rottura è il processo di separazione, mentra la frattura ne è solo la parte finale, è rapidissima e si propaga alla velocità del suono.
Che differenza c’è tra frattura duttile e fragile? Come possiamo riconoscere macroscopicamente quale delle due è avvenuta?
La frattura duttile è la favorita per la progettazione ingegneristica perchè è sempre preceduta da una deformazione plastica, che può permettere l’intervento preventivo, la frattura fragile invece non lascia precursori, è improvvisa. La frattura duttile avviene per scorrimento, quella fragile per clivaggio. Si può risconoscere una frattura duttile perchè origina una forma coppa/cono alle due estremità, i bordi della coppa/cono sono circa a 45° (piano di massimo taglio) e la superficie è opaca poichè porosa (microdimple). La rottura fragile invece è risconoscibile per la formazione dei chevron marks, delle linee a V che puntano verso l’origine della propagazione della frattura, inoltre l’assenza di deformazioni plastiche comporta un’ottima sovrapponibilità dei due pezzi.
Come si verifica la rottura duttile?
La rottura duttile si verifica a partire da delle microporosità interne al materiale, che deformandosi coalescono ed assumono man mano una direzione sempre più vicina ai 45°, fino ad arrivare alla superficie.
Come si formano le microporosità all’interno di una rottura duttile?
Si formano perchè la rottura duttile avviene in materiali plasticizzabili, quindi dove il movimento delle dislocazioni avviene; Le dislocazioni si muovono fino ad incontrare dei soluti molto grandi, allora si accumulano fino a causare un distaccamento della matrice dal precipitato, creando una microporosità, che coalescerà e si unirà alle altre, diminuendo la sezione del provino ed aumentando la strizione.
Perchè si formano i dimple?
Perchè le dislocazioni si muovono meglio nell’asse vicino alla cricca, quindi dopo che si allontanano un tot. è più conveniente riavvicinarsi e scendere
Come avviene la rottura fragile
La rottura fragile avviene a partire da cricche, da sollecitazioni sufficienti e da una tenacità sufficientemente bassa, il meccanismo principale coinvolto è quello di clivaggio, che può avvenire in maniera trasgranulare o intergranulare.
Parla del Clivaggio, cosa è, dove avviene, perchè avviene?
Il clivaggio è quel meccanismo di rottura per cui i piani atomici si separano, avviene in maniera più intensa nei CCC e nei EC, nel primo perchè i sistemi di scorrimento primari sono meno efficienti, nel secondo perchè ha pochi sistemi di scorrimento, mentre nel CFC è molto preferito il glide al clivaggio.
In che modo la temperatura agisce sullo sforzo critico di taglio e di clivaggio?
L’aumento di temperatura comporta una riduzione sullo sforzo critico sia di taglio che di clivaggio, però essendo il fenomeno di taglio favorito anche dalla diffusione, che è anch’essa influenzata dalla temperatura, lo sforzo richiesto per il taglio, diminuisce più velocemente rispetto a quello per il clivaggio.
Questo comporta che alcuni materiali, in base alla temperatura si possono rompere o per taglio o per clivaggio.
Quindi aumentando la temperatura si favorisce il glide, abbassandola il clivaggio.
Cosa sono i river patterns? come si formano?
I river patterns sono un fenomeno microscopico che avviene nella rottura fragile, avvengono perchè quando il clivaggio comincia in un punto del materiale, si propaga nei tanti grani adiacenti, ciascuno con un inclinazione diversa, quindi nella direzione di propagazione del clivaggio, la cricca si biforca numerose volte, formando delle trame a delta di fiume.
Cosa sono i chevron marks? come si formano?
I Chevron marks sono un fenomeno macroscopico che avviene nella rottura fragile, si formano perchè la frattura segue dei piani preferenziali e l’effetto macroscopico sono dei gradini a forma di V.
Cosa sono le autotensioni?
Le autotensioni sono delle sollecitazioni che il materiale esercita su se stesso, la condizione necessaria per la statica impone che la somma algebrica sia nulla.
Come si creano le autotensioni? Perchè sono importanti?
Le autotensioni si creano a partire da tutti i tipi di difetti, 0,1,2,3-dimensionali.
Le autotensioni hanno un’origine elastica e sono importanti perchè si sommano algebricamente con i carichi esterni.
Quali sono i 3 principali meccanismi di formazione delle autotensioni? Come funzionano?
- Deformazione plastica: Le deformazioni plastiche danno origine alle autotensioni poichè causano difetti reticolari, come ad esempio dislocazioni. Un esempio di autotensione indotta per deformazione plastica è quello che avviene nel processo di laminazione, quando noi laminiamo una lastra, allunghiamo i grani lungo la direzione della lamina, ma i grani esterni vengono allungati di più rispetto a quelli interni, al fine di mantenere la forma, nella lamina la zona esterna viene compressa dalle autotensioni, mentre la zona interna viene trazionata.
- Stress Termico: Lo stress termico può causare autotensioni perchè può comportare delle deformazioni interne, ad esempio in un cilindro che viene raffreddato, la parte esterna si raffredda prima di quella interna, contraendosi, però poi pure la parte interna si raffredda, mentre quella esterna è già fredda, quindi la parte esterna non si contrae molto, mentre quella interna si contrae, al fine di mantenere la continuità del solito, la parte interna traziona la parte esterna, quindi all’interno è presente una trazione, all’esterno una compressione.
3: Cambio fase (lo vedrò più avanti).
Come funzionano i vetri infrangibili? La trazione in superficie è tendenzialmente favorevole?
I vetri infrangibili hanno la stessa composizione e lavorazione dei normali vetri, con la differenza che sono più spessi, l’aumento in spessore comporta un’aumento della differenza di temperatura tra la parte interna ed esterna durante la tempra (raffreddamento), questo fornisce al vetro più spesso molte più autotensioni in superficie. La trazione di compressione è quella che è tendenzialmente favorevole.
Cosa è la Meccanica della Frattura?
La meccanica dell frattura è quella branca delle scienze dei materiali che studia come si propaga la frattura, in particolare degli effetti che le cricche e le lesioni pre-esistenti hanno sullo stato di sollecitazione al quale il corpo è sottoposto. (Fun fact: ha cominciato ad assumere importanza quando si è iniziato a saldare invece che inchiodare e rivettare, perchè il ritiro della saldatura comportava cricche)
Perchè è importante occuparsi dello studio delle cricche?
Perchè in presenza di cricche la rottura e frattura del materiale può avvenire anche a sollecitazioni molto minori del carico di snervamento.
Cosa succede alle linee di forza in presenza di una cricca?
In presenza di una cricca le linee di forza si addensano, creando una zona locale che presenta una sollecitazione maggiore a quella imposta sul provino intero. Il rapporto tra la sollecitazione nella cricca e quella sul provino viene chiamato Fattore di Intaglio K_I.
Cosa è la Relazione di Inglis?
La Relazione di Inglis è un’equazione che mette in relazione la sollecitazione nella cricca con le dimensioni della cricca, in particolare il raggio di curvatura.
σ_cricca = σ_media(1+2a/b), dove a = semi-lunghezza della cricca (ellisse) e b= altezza.
Espressa in termini del raggio di curvatura diventa
σ_cricca = σ_media(1+2sqrt(a/rho))
Quali sono le tre principali modalità di propagazione di una cricca? Quale è la predominante?
Sono:
I) Distacco
II) Scorrimento
III) Lacerazione
La più forte è la I).
Cosa succede alla sollecitazione locale in prossimita dell cricca nei materiali fragili? e nei metalli?
Nei metalli, le maggiori sollecitazioni in corrispondenza della cricca causano delle plasticizzazioni locali, in particolare si forma una regione plastica circa sferica con un raggio = a/2 * (σ_snervamento/σ_media)^2 dinnanzi alla cricca.
Questo permette alla sollecitazione locale di non divergere, perchè per la relazione di inglis diverge per zero. Le deformazioni plastiche permettono alla sollecitazione di non andare ad infinito. Nei materiali fragili questa deformazione non avviene, la sollecitazione aumenta molto di più in prossimità delle cricche ed i materiali si rompono, per questo i materiali fragili risentono molto di più delle cricche.
Quali sono le 3 condizioni della rottura fragile?
- Sollecitazione sufficientemente alta
- Cricche sufficientemente grandi
- Tenacità sufficientemente bassa
Cosa è il Criterio di Griffith? Cosa dice? Come si adatta nei materiali plastici?
Il Criterio di Griffith è un criterio energetico che viene usato per capire in quali condizioni avviene la frattura fragile, in particolare
σ_critico=sqrt(2Egamma_superficie/pi*a)
Con E=modulo di Young
a=semilunghezza cricca
σ_critico è la σ tale per cui l’energia elastica eguaglia l’energia necessaria per formare nuova superficie.
Nei materiali plastici, dove l’energia assorbita plasticamente è molto maggiore di quella di superficie, la formula si adatta così:
σ_critico=sqrt(2E(gamma_plastica + gamma_superficie) / pi*a)
Come si calcola il fattore di intaglio? come si calcola il fattore di intaglio per il primo modo di propagazione della cricca?
K_i = σ_cricca/σ_media; K_i = Yσ_mediasqrt(pi*a)
Dove Y è un fattore geometrico
a = semilunghezza
Come avviene il test per misurare il fattore di intensificazione? In che modo influisce lo spessore del provino? Come è fatto il provino?
Il provino ha una forma generalmente a parallelepipedo, sono presenti due fori cilindrici attraverso i quali verrà applicato lo sforzo di distacco, tra i due cilindri è presente un intaglio e successivamente una cricca generata per fatica. Lo spessore del provino comporta l’adottamento di due stati diversi, lo Stato Piano di Tensione e lo Stato Piano di Deformazione, il primo caso è quello del provino sottile, la sottilezza comporta un minore carico di snervamento, che comporta una maggiore plasticizzazione ed un maggiore raggio plastico di cricca. un provino spesso comporta un maggiore carico di snervamento, a causa dell’impedimento della contrazione di Poisson, quindi maggiore carico implica maggiore elasticità, che implica minore raggio di plasticità in cricca.
Per quali spessori viene effettuato il test del fattore di Intaglio?
Per spessori B < (K_IC / σ_snervamento)^2 si è in Stato Piano di Tensione. per B > in SPD, ma il test è valido solo oltre 2.5 SPD
