Lezione 9 Flashcards
Quali sono i due metodi di progettazione a fatica?
Progettazione a vita infinita e Progettazione Damage Tolerant
Come si effettua una Progettazione a vita infinita?
La Progettazione a vita infinita consiste nel progettare per σ molto inferiori del limite di fatica. (Ricordiamo che i materiali duttili sono migliori a fatica, perchè i duttili plasticizzano in zona di cricca, e la fatica si diffonde per cricca).
Si considera il limite di fatica ideale, quello del provino perfettamente lucidato e senza fattori di intensificazione, e poi lo si va a moltiplicare per una serie di coefficienti che dipendono dalle aggravanti della fatica.
In particolare è dipendente da:
Rugosità superficiale: Più un materiale è fragile e più necessita di una finitura superficiale minuziosa. Più il carico è alto e più è necessaria una finitura superficiale minuziosa.
Fattore di intaglio, bisogna tenere conto delle brusche variazioni di forma che aumentano le sollecitazioni locali.
Il tipo di sollecitazione: flessione, trazione/compressione, torsione (meglio -> peggio).
La Corrosività dell’ambiente: in ambienti corrosivi il limite di fatica non esiste.
L’affidabilità che desideriamo (esempio 50% -> 1; 99% -> 0.814).
Altri fattori (sono molto importanti): Ad esempio le autotensioni.
In che modo le autotensioni possono influenzare la rottura a fatica?
Le autotensioni influenzano la rottura a fatica perchè si sommano algebricamente con i carichi esterni, in particolare quando si introducono autotensioni, tendenzialmente si applicano delle compressioni in superficie, allora immaginiamo un provino cilindrico che si flette, se questo ha delle tensioni di compressione in superficie, e la superficie viene trazionata, la cricca non parte.
Come si producono le Autotensioni di compressione in superficie?
Oltre che con stress termico, lavorazione a freddo e cambi di fase, una tecnica molto diffusa, perchè semplice, efficace ed economica è la pallinatura.
La pallinatura consiste nello scagliare contro la superficie del materiale che intendo autotensionare delle palline molto dure, di diametro varaibile, ma comunque nell’ordine del millimetro. Queste palline, urtando, tentano di “allungare” la superficie, allora la parte interna del materiale la tira verso di sè, quindi la parte esterna risulta compressa, mentre quella interna risulta trazionata.
La Pallinatura quindi, inducendo autotensioni favorevoli, aumenta il limite a fatica, naturalmente se sparo troppo poi il materiale si rompe.
Cosa è la Progettazione Damage Tolerant? in cosa consiste?
Consiste nel progettare in maniera tale da prevedere il tempo di rottura per fatica, per poter effettuare manutenzione MOLTO prima.
Lo strumento principale che utilizziamo è la curva da/dN, con a= semiapertura crecca ed N = numero di cicli.
Questa curva mette in relazione l’avanzamento / per ciclo della cricca in funzione del ΔK_IC (Tenacità in frattura al I modo di rottura), calcolata,
in particolare da/dN = A*ΔK_IC ^m, con A, m coefficienti del caso.
Si risolve l’equazione differenziale a variabili separabili, si integra e si ottiene il numero di cicli critico. Dopodichè si calcola quanto tempo è necessario per rompersi, e si ripara molto preventivamente sostituendo il pezzo.
Cosa è il Creep?
Il creep è un meccanismo di danneggiamento di un materiale, avviene a temperature oltre a quelle simili alla temperatura di ricristallizzazione, quindi circa oltre i 0.3Tf / 0.5Tf.
Il creep è una deformazione visco-elasto-plastica, ovvero una prima parte della deformazione avviene istantaneamente (elastica), successivamente mantenendo costante σ, la ε continua ad aumentare nel tempo, fino ad un limite. Dopodichè se si rilascia la tensione, si recupera una parte di deformazione istantaneamente (elastica) ed un’altra parte si recupera nel tempo. Invece una parte non viene affatto recuperata (plastica).
Il creep avviene in tre fasi: Primaria, Secondaria e Terziaria, in ciascuna delle tre il rapporto che l’incrudimento ha con la ricristallizzazione è importante.
Nella fase Primaria la velocità è molto elevata, ma l’accelerazione è negativa, perchè l’incrudimento è più veloce del recovery.
Nella fase Terziaria la velocità è più bassa, ma il creep accelera perchè il recovery è più veloce dell’incrudimento.
Nella fase secondaria si eguagliano, la velocità (costante) della deformazione ε_punto è regolata da una formula di tipo Arrhenius: ε_punto = K*σ^n exp(-E_a/RT)
Come si indica il carico di rottura per creep?
Si indica con σ_r /Temperatura/tempo, ad esempio σ_r/100000h/800K,
oppure si può anche esprimere il σ di snervamento, o di qualsiasi allungamento percentuale, esempio σ_0.5%/10000h/900K.
Come si effettuano le Prove di Creep?
Si effettuano con un provino ad osso di cane, la Forza è costante (non la σ=F/A), si porta il pezzo alla temperatura di prova, e si traziona.
Naturalmente i tempi di prova necessari sarebbero troppo lunghi, non possiamo fare una prova di 12 anni. Esistono quindi dei metodi empirici che ci permettono di fare test più brevi, e proiettarli nel futuro.
Come si risolve il problema degli eccessivi tempi teorici nella prova di creep?
Si utilizzano delle relazioni empiriche, in particolare sia che ci interessa un particolare carico di rottura oppure un Allungamento %, in entrambi i casi si effettuano dei test a temperature più alte, mantenendo lo stesso carico, dopodichè si usa il Parametro di Larson-Miller
Cosa dice la Legge di Norton?
Mette in relazione la velocità di allungamento percentuale con la sollecitazione e la temperatura.
ε_punto = K*σ^n exp(-E_a/RT)
Cosa causa il creep? quali sono i suoi contributi?
C’è il glide dovuto a σ elevati
C’è la diffusione di vacanze dovuta a T elevate
C’è un maggiore glide (e climb) per T elevate
In fase terziaria c’è uno scorrimento tra grani.
Come si progetta contro creep?
Si prende il carico a rottura, associato al tempo di vita t, alla temperatura T, e lo si divide per in fattore di sicurezza, oppure si considera il carico di snervamento alla temperatura T, e lo si divide per lo stesso fattore di sicurezza, quello dei due più basso e quello che viene preso in considerazione (Approccio ISPELS)
Come si rafforza un materiale contro il creep?
NO a Incrudimento
Si a soluto solido (ostacola il movimento delle dislocazioni).
Si a materiali con alte Temperature di Fusione (Diminuisce gli effetti del recovery, il recovery facilita il movimento delle dislocazioni. Inoltre a temperature di fusione elevate, il materiale potrebbe non subire nessun creep).
Si a CFC (Essendo più densi, hanno più E_a per la diffusività, quindi meno diffusività).
Si a materiali con grano grande (Perchè in fase terziaria i grani scorrono, se sono grandi scorrono di meno).
Si a monocristalli (Non puoi avere scorrimento di grani se non ci sono grani).
Si a Valsoia (può contenere inserzioni a pagamento).
