Affinamento del grano e leghe nanostrutturate
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Questions and Answers

Qual è il primo effetto di rafforzamento causato dalle nanoparticelle coerenti nella matrice?

  • Aumento della densità del materiale
  • Formazione di geminati meccanici
  • Rallentamento del moto delle dislocazioni (correct)
  • Incremento della temperatura di fusione

    • Quali condizioni sono necessarie affinché le particelle deformabili possano essere attraversate dalle dislocazioni?

  • Temperatura elevata e bassa frazione volumetrica
  • Presenza di impurità nella matrice
  • Aumento dello sforzo di taglio (correct)
  • Particelle di grandi dimensioni

    • Qual è la caratteristica fondamentale delle particelle indeformabili che contribuisce al rafforzamento della lega?

  • Incapacità di essere attraversate dalle dislocazioni (correct)
  • Flessibilità e duttilità
  • Produzione di deformazione del reticolo
  • Riduzione della temperatura di transizione

    • Nel modello di Orowan, cosa rappresenta $L_p$?

    <p>Distanza media tra i centri delle particelle vicine</p> Signup and view all the answers

    Quali particelle sono coinvolte nel rafforzamento da particelle coerenti?

    <p>Particelle di tipo intermetallico</p> Signup and view all the answers

    Quale meccanismo viene attivato dalle dislocazioni per superare particelle indeformabili durante il rafforzamento?

    <p>Meccanismo di Orowan</p> Signup and view all the answers

    Cosa è necessario per la formazione di geminati meccanici nei metalli con struttura c.c.c. ed e.c.?

    <p>Bassa temperatura e alta velocità di sollecitazione</p> Signup and view all the answers

    Qual è la dimensione ideale delle particelle per ottenere un efficace rafforzamento da particelle deformabili?

    <p>5-30 nm</p> Signup and view all the answers

    Quale affermazione riguarda l'affinamento del grano nelle leghe?

    <p>Può diminuire la duttilità in leghe nanostrutturate.</p> Signup and view all the answers

    Qual è il principale modo per modificare la dimensione del grano?

    <p>Controllare la velocità di raffreddamento.</p> Signup and view all the answers

    Quale effetto ha l'aggiunta di elementi di lega a un metallo puro?

    <p>Aumenta la resistenza meccanica proporzionalmente alla quantità aggiunta.</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'effetto dell'affinamento del grano sulla duttilità?

    <p>Può portare a un calo della duttilità in leghe con grano molto fine.</p> Signup and view all the answers

    In che modo il controllo della velocità di raffreddamento influisce sulle leghe?

    <p>Determina la dimensione del grano e, quindi, le proprietà meccaniche.</p> Signup and view all the answers

    Quale fenomeno si verifica con leghe nanostrutturate rispetto alla resistenza meccanica?

    <p>Aumento della resistenza accompagnato da un notevole calo della duttilità.</p> Signup and view all the answers

    Quale affermazione meglio descrive l'effetto della distorsione elastica del reticolo?

    <p>Aumenta la resistenza meccanica della lega in base alla quantità di lega aggiunta.</p> Signup and view all the answers

    Quale fenomeno non è tipico del rafforzamento per soluzione solida?

    <p>Modifica della struttura atomica senza cambiamenti meccanici.</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'effetto principale dell'incrudimento sui metalli in termini di resistenza e duttilità?

    <p>Aumento della resistenza e diminuzione della duttilità</p> Signup and view all the answers

    Qual è la funzione delle sorgenti di Frank-Read nel processo di deformazione plastica?

    <p>Generare nuove dislocazioni durante la deformazione</p> Signup and view all the answers

    Cosa determina il livello di deformazione plastica in un materiale durante i processi di lavorazione?

    <p>La percentuale di lavorazione, LF%</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'effetto dell'aumento della densità delle dislocazioni in metalli dopo intensa deformazione plastica?

    <p>Aumento della resistenza e riduzione della duttilità</p> Signup and view all the answers

    Qual è la densità di dislocazioni in un metallo ottenuto a partire dallo stato fuso?

    <p>$10^4$ ÷ $10^6$ mm/mm3</p> Signup and view all the answers

    Qual è il meccanismo che spiega la moltiplicazione delle dislocazioni in un cristallo durante la deformazione plastica?

    <p>Meccanismo di Frank-Read</p> Signup and view all the answers

    Cosa si intende per 'foresta di dislocazioni' in un materiale metallico?

    <p>Insieme di dislocazioni che ostacolano il movimento reciproco</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'effetto dell'aggiunta di nichel sul carico di snervamento del rame?

    <p>Incremento del carico di snervamento</p> Signup and view all the answers

    Cosa accade quando un metallo subisce una forza F sufficientemente elevata?

    <p>Il metallo si deforma plasticamente, cambiando forma in modo irreversibile.</p> Signup and view all the answers

    Come avviene solitamente la deformazione plastica nei metalli?

    <p>La deformazione plastica nei metalli avviene in genere per scorrimento.</p> Signup and view all the answers

    Qual è il ruolo dello sforzo di taglio nella deformazione plastica?

    <p>Lo sforzo di taglio indotto $ au'$ provoca lo slittamento dei piani atomici, consentendo la deformazione.</p> Signup and view all the answers

    In che modo si comportano le dislocazioni durante la deformazione plastica?

    <p>Le dislocazioni si spostano gradualmente sotto l'azione dello sforzo di taglio, causando una deformazione permanente.</p> Signup and view all the answers

    Cosa significa che la deformazione plastica è macroscopicamente omogenea e microscopicamente disomogenea?

    <p>Significa che, a livello macroscopico, la deformazione appare uniforme, mentre a livello microscopico ci sono variazioni significative.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la condizione necessaria affinché le dislocazioni inizino a muoversi nei cristalli singoli?

    <p>Le dislocazioni iniziano a muoversi quando lo sforzo di taglio $ au'$ supera un valore critico.</p> Signup and view all the answers

    Qual è un'analogia utile per descrivere il moto delle dislocazioni?

    <p>Il moto delle dislocazioni è analogo al modo di locomozione di un bruco.</p> Signup and view all the answers

    Che cosa rappresenta il piano di slittamento nella deformazione plastica?

    <p>Il piano di slittamento è ricco di atomi e facilita la deformazione plastica attraverso il movimento delle dislocazioni.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la correlazione tra l'aumento del contenuto di nichel nel rame e il suo allungamento?

    <p>L'aumento del contenuto di nichel nel rame riduce l'allungamento, migliorando al contempo il carico di snervamento.</p> Signup and view all the answers

    Come influisce l'incrudimento sulla resistenza e sulla duttilità dei metalli?

    <p>L'incrudimento aumenta la resistenza dei metalli mentre riduce la loro duttilità.</p> Signup and view all the answers

    Cosa rappresenta il parametro LF% nel calcolo dell'incrudimento di un materiale?

    <p>Il parametro LF% rappresenta il livello di deformazione plastica calcolato come percentuale di lavorazione.</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'effetto dell'intensa deformazione plastica sulla densità delle dislocazioni?

    <p>L'intensa deformazione plastica aumenta la densità delle dislocazioni fino a $10^{10} - 10^{11}$ mm/mm³.</p> Signup and view all the answers

    Qual è il meccanismo di Frank-Read e quale ruolo svolge nella deformazione plastica?

    <p>Il meccanismo di Frank-Read è responsabile della moltiplicazione delle dislocazioni in piani di scorrimento durante la deformazione plastica.</p> Signup and view all the answers

    Che cosa provoca la formazione di una 'foresta di dislocazioni' in un metallo?

    <p>La formazione di una 'foresta di dislocazioni' è causata dall'aumento della densità delle dislocazioni che si ostacolano a vicenda.</p> Signup and view all the answers

    Come cambia la tensione minima necessaria per attivare una sorgente di Frank-Read con l'aumento della deformazione plastica?

    <p>Con l'aumento della deformazione plastica, la tensione minima per attivare una sorgente di Frank-Read tende a diminuire.</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'interazione tra le dislocazioni dello stesso segno in un metallo altamente deformato?

    <p>Le dislocazioni dello stesso segno si esercitano forze repulsive, ostacolandosi reciprocamente.</p> Signup and view all the answers

    Quali sono i principali meccanismi di rafforzamento di un metallo?

    <p>I principali meccanismi di rafforzamento sono: bordi di grano, atomi in soluzione solida, altre dislocazioni, particelle deformabili e particelle indeformabili di una seconda fase.</p> Signup and view all the answers

    In che modo i bordi di grano influenzano il comportamento delle dislocazioni?

    <p>I bordi di grano agiscono come barriere per le dislocazioni separando cristalli con orientazioni diverse e creando disordine che ostacola il loro movimento.</p> Signup and view all the answers

    Cosa si intende per 'limite di snervamento' e come viene misurato?

    <p>Il limite di snervamento è lo sforzo che distingue le deformazioni elastiche da quelle plastiche e si misura tramite la prova di trazione.</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'effetto dell'affinamento del grano sulla resistenza di un materiale?

    <p>L'affinamento del grano aumenta la resistenza di un materiale creando più bordi di grano che ostacolano il movimento delle dislocazioni.</p> Signup and view all the answers

    Come si verifica la concentrazione degli sforzi in un materiale a grano grossolano?

    <p>In un materiale a grano grossolano, le dislocazioni si impilano contro i bordi di grano, causando una maggiore concentrazione degli sforzi e portando a una snervamento precoce.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la relazione tra dislocazioni e duttilità di un metallo?

    <p>Aumentare la densità di dislocazioni può aumentare la resistenza, ma riduce la duttilità del metallo.</p> Signup and view all the answers

    Perché le leghe polifasiche tendono a essere più resistenti rispetto alle leghe monofasiche?

    <p>Le leghe polifasiche presentano una maggiore complessità microstrutturale, che include dislocazioni e particelle di seconda fase, rendendo più difficile il movimento delle dislocazioni.</p> Signup and view all the answers

    Cosa succede alla mobilità delle dislocazioni quando si introducono particelle indeformabili in una lega?

    <p>Le particelle indeformabili creano ostacoli nel percorso delle dislocazioni, riducendo la loro mobilità e aumentando così la resistenza del materiale.</p> Signup and view all the answers

    Come influisce la presenza di nanoparticelle sul movimento delle dislocazioni?

    <p>Le nanoparticelle rallentano il movimento delle dislocazioni, richiedendo un maggiore sforzo di taglio per continuare il loro avanzamento.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la differenza principale tra particelle intermetalliche e interstiziali?

    <p>Le particelle intermetalliche si formano tra due metalli, mentre quelle interstiziali sono composte da un metallo e un non metallo.</p> Signup and view all the answers

    Cosa si intende per 'precipitati coerenti' in un materiale metallico?

    <p>I precipitati coerenti hanno continuità cristallografica con la matrice, mantenendo una struttura cristallina ordinata.</p> Signup and view all the answers

    Qual è l'effetto delle particelle incoerenti sulla resistenza meccanica dei metalli?

    <p>Le particelle incoerenti introducono ostacoli nel movimento delle dislocazioni, aumentando la resistenza meccanica.</p> Signup and view all the answers

    In che modo la disposizione degli atomi nelle particelle intermetalliche influisce sulle leghe?

    <p>La disposizione ordinata degli atomi nelle particelle intermetalliche può migliorare le proprietà meccaniche delle leghe.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la formula per calcolare lo sforzo di taglio che agisce sui piani ad elevata densità atomica?

    <p>La formula è $ au' = au ullet cos heta ullet cos u$.</p> Signup and view all the answers

    Quando inizia a scorrere un sistema di slittamento del cristallo?

    <p>Inizia a scorrere quando $ au' &gt; au_{critico}$.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la condizione per ottenere il valore minimo di sforzo di trazione necessario per il scorrimento di un cristallo singolo?

    <p>La condizione è $ heta = u = 45°$.</p> Signup and view all the answers

    Se un cristallo ha uno sforzo di taglio critico di 6.2 MPa e uno sforzo di trazione applicato di 12 MPa, il cristallo si deformerà plasticamente?

    <p>No, perché $ au' = 4.91$ MPa è inferiore a 6.2 MPa.</p> Signup and view all the answers

    Qual è la differenza principale tra il comportamento di un cristallo singolo e un policristallo in termini di deformazione plastica?

    <p>Un policristallo richiede uno sforzo superiore rispetto a un cristallo singolo per deformarsi.</p> Signup and view all the answers

    Cosa si intende per snervamento di una lega policristallina?

    <p>È lo sforzo necessario a propagare la deformazione plastica da un grano all’altro.</p> Signup and view all the answers

    In che modo l'orientazione del cristallo influisce sulla deformazione plastica?

    <p>L'orientazione del cristallo determina i valori angolari $ heta$ e $ u$, influenzando il calcolo di $ au'$.</p> Signup and view all the answers

    Quali sono i fattori che influenzano la condizione di scorrimento di un monocristallo?

    <p>Gli angoli $ heta$ e $ u$ e lo sforzo di taglio critico sono i fattori principali.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Affinamento del grano

    • La riduzione della dimensione del grano aumenta sia la resistenza meccanica che la duttilità della lega, in termini di tenacità all'impatto.
    • È possibile modificare la dimensione del grano attraverso due metodi:
      • Controllo della velocità di raffreddamento.
      • Deformazione plastica seguita da trattamento termico di ricristallizzazione.
    • La maggior parte dei processi industriali porta ad un affinamento del grano fino a 2-10 micron.
    • L'affinamento del grano può spingersi fino alla produzione di leghe nanostrutturate, con dimensioni del grano inferiori a 1 µm.

    Raffreddamento

    • Una velocità di raffreddamento elevata porta ad una minore dimensione del grano.
    • Una velocità di raffreddamento minore porta ad una maggiore dimensione del grano.

    Leghe nanostrutturate

    • Possono presentare un aumento della resistenza meccanica, ma con un drastico calo della duttilità.

    Rafforzamento per soluzione solida

    • L'aggiunta di elementi di lega ad un metallo puro aumenta la sua resistenza meccanica in modo proporzionale alla quantità di elemento aggiunto.
    • L'effetto è causato dalla distorsione elastica del reticolo indotta dall'elemento di lega.
    • L'aumento del limite di snervamento e del limite di rottura della lega è spesso accompagnato da un calo della duttilità.

    Rafforzamento per incrudimento

    • La deformazione plastica a freddo, come trafilatura, coniatura e laminazione, incrementa la resistenza meccanica del materiale.
    • L'incrudimento è misurato come percento di lavorazione (LF%).
    • L'aumento della resistenza è causato dalla moltiplicazione delle dislocazioni presenti nel materiale.
    • Una forte deformazione plastica a freddo aumenta la densità delle dislocazioni nel materiale.
    • La moltiplicazione delle dislocazioni è spiegata dal meccanismo delle sorgenti di Frank-Read.
    • La densità elevata di dislocazioni può portare a forze repulsive tra le dislocazioni dello stesso segno, ostacolando il loro movimento e incrementando la resistenza.

    Rafforzamento da particelle deformabili

    • Questo tipo di rafforzamento si basa sulla precipitazione di nanoparticelle coerenti (o semi-coerenti) di tipo intermetallico nella matrice.
    • Le particelle coerenti inducono una deformazione elastica del reticolo, rallentando il moto delle dislocazioni.
    • Le particelle possono essere attraversate dalle dislocazioni in movimento, ma ciò richiede uno sforzo di taglio maggiore.
    • L'efficienza del rafforzamento è influenzata dalla dimensione delle particelle e dalla loro frazione volumetrica.

    Rafforzamento da particelle indeformabili

    • Le particelle indeformabili sono molto dure (es. ossidi) e incoerenti con la matrice.
    • Non producono deformazione del reticolo, ma ostacolano il movimento delle dislocazioni.
    • Le dislocazioni devono curvarsi tra una particella e l'altra per superare le particelle indeformabili, generando sorgenti di Frank-Read.
    • Il modello di Orowan e Ashby può essere utilizzato per stimare l'incremento del limite di snervamento causato da una dispersione omogenea di particelle indeformabili.

    Deformazione plastica per geminazione

    • La deformazione nei metalli con struttura c.c.c. ed e.c. può avvenire anche attraverso la formazione di un geminato meccanico (geminazione).
    • Questo processo richiede basse temperature e un'alta velocità di sollecitazione.

    Deformazione Plastica per Scorrimento

    • La deformazione plastica nei metalli avviene in genere per scorrimento.
    • Lo scorrimento dei piani ad elevata densità atomica è prodotto dalla componente dello sforzo , definita sforzo di taglio indotto ’.
    • Le dislocazioni si spostano sotto l’azione dello sforzo di taglio ’.
    • Il moto delle dislocazioni è analogo al modo di locomozione di un bruco.
    • La deformazione plastica è macroscopicamente omogenea e microscopicamente disomogenea.

    Sforzo di Taglio Critico

    • Nei cristalli singoli le dislocazioni cominciano a muoversi solo quando lo sforzo di taglio ’ supera un valore critico.
    • Il valore minimo di s si ottiene quando il cristallo singolo è orientato in modo tale da verificare la condizione  =  = 45°, ed è pari a:  S = 2  critico.

    Meccanismi di Rafforzamento

    • Esistono diversi metodi per incrementare la resistenza allo snervamento di un metallo, detti meccanismi di rafforzamento.
    • Tutti i diversi metodi consistono nel ridurre la mobilità delle dislocazioni, andando a porre degli ostacoli lungo il loro cammino.

    Rafforzamento per Affinamento del Grano

    • Affinamento del grano  aumento dell’estensione dei bordi di grano.
    • I bordi di grano si comportano come barriere all’avanzamento delle dislocazioni per 2 ragioni:
      • separano due cristalli che hanno una diversa orientazione;
      • esiste uno stato di disordine in corrispondenza del bordo di grano.
    • Un materiale a grano grossolano, avendo un maggior numero di dislocazioni impilate a parità di sforzo applicato, subirà effetti di concentrazione di sforzo maggiori → snerva prima (cioè per sforzi applicati più piccoli)!

    Rafforzamento per Incrudimento

    • L’aumento della resistenza che accompagna l’incrudimento è dovuto alla moltiplicazione delle dislocazioni presenti nel materiale.
    • Un’intensa deformazione plastica a freddo (es. trafilatura, laminazione, etc.) comporta un aumento della densità delle dislocazioni fino a  = 1010 ÷ 1011 mm/mm3.

    Rafforzamento da Particelle

    • Il movimento delle dislocazioni è ostacolato dalla presenza di nano-particelle precipitate con opportuni trattamenti termici o disperse meccanicamente nella matrice.
    • Quando la linea di dislocazione incontra un precipitato viene rallentata e per continuare ad avanzare serve aumentare lo sforzo di taglio, producendo l’incurvamento della linea di dislocazione.
    • Esistono due tipologie di precipitati:
      • Particelle intermetalliche: se formate tra due metalli → gli atomi di un metallo diverso dal solvente si dispongono ordinatamente in posizioni ordinarie del reticolo.
      • Particelle interstiziali: se sono formate da un metallo e un non metallo → gli atomi si sistemano ordinatamente negli interstizi di un reticolo di un metallo base.
    • È possibile classificare i precipitati in:
      • Coerenti: se hanno continuità cristallografica con la matrice.
      • Incoerenti: se non hanno continuità cristallografica con la matrice.

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    Questo quiz esplora i concetti di affinamento del grano nelle leghe e l'impatto della velocità di raffreddamento sulla dimensione del grano. Verranno esaminati anche i vantaggi e svantaggi delle leghe nanostrutturate. Testa le tue conoscenze su questi importanti processi metallurgici!

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