Deformazione plastica metalli

Deformazione Plastica

• La deformazione plastica è una deformazione non reversibile che si verifica nei metalli quando lo stress applicato supera il limite di elasticità.
• Il carico di snervamento (σy) rappresenta lo stress al quale inizia la deformazione plastica.
• La resistenza allo snervamento è una misura della resistenza di un materiale alla deformazione plastica.

Transizione Elastico-Plastica

• Alcuni materiali (ad esempio gli acciai) presentano una transizione improvvisa da elastico a plastico, nota come punto di snervamento.
• La resistenza allo snervamento viene calcolata come lo stress medio associato alle fluttuazioni del punto di snervamento inferiore.

Resistenza a Trazione e Frattura

• La resistenza a trazione (TS) rappresenta il massimo valore di stress sopportabile da un materiale in tensione.
• La deformazione fino a TS è uniforme, mentre successivamente si verifica un fenomeno di necking (strozzatura).
• La resistenza alla frattura corrisponde allo stress alla frattura.

Duttilità e Tenacità

• La duttilità è la misura della deformazione plastica che un materiale può subire prima di fratturarsi.
• Materiali fragili hanno una deformazione alla frattura inferiore al 5% e una resistenza alla trazione maggiore dei materiali duttili.
• La tenacità è la capacità di un materiale di assorbire energia e deformarsi plasticamente prima di fratturarsi.
• La duttilità e la tenacità sono influenzate dalla temperatura e dalle operazioni di fabbricazione.

Correzione dello Stress

• La vera sollecitazione (σT) è definita come la forza divisa per l'area istantanea della sezione trasversale.
• La deformazione vera (εT) è definita come la variazione di lunghezza dell'area istantanea rispetto alla lunghezza originale.

Deformazione Plastica e Dislocazioni

• La deformazione plastica è prodotta dal moto di dislocazioni.
• Le dislocazioni si muovono in risposta a uno stress di taglio applicato in una direzione perpendicolare alla loro linea.
• La densità delle dislocazioni è espressa come lunghezza totale della dislocazione per area.

Deformazione Plastica in Materiali Policristallini

• I materiali policristallini sono più resistenti dei loro equivalenti monocristallini a causa delle orientazioni cristallografiche casuali dei grani.
• La deformazione plastica di un campione policristallino corrisponde alla distorsione dei singoli grani.

Deformazione Plastica in Materiali Ceramici

• I materiali ceramici sono fragili e non possono deformarsi facilmente a causa delle forze repulsive tra gli ioni.
• La deformazione plastica non avviene per movimento di dislocazione per le ceramiche non cristalline (i vetri).

Creep (Scorrimento Viscoso)

• Il creep è la deformazione plastica (permanente) che avviene ad alta temperatura sotto carico costante per un lungo periodo.
• La temperatura che può indurre lo scorrimento è diversa per i diversi tipi di materiali.

Frattura

• Il processo di frattura avviene in più fasi: necking iniziale, formazione di microvuoti, coalescenza delle cavità, propagazione della fessura e frattura.
• La frattura può essere duttile (con deformazione plastica) o fragile (con scarsa deformazione plastica).### Proprietà Meccaniche dei Materiali
• La frattura fragile si verifica senza alcuna deformazione apprezzabile e con rapida propagazione della fessura.
• La direzione del movimento del crack è quasi perpendicolare alla direzione della sollecitazione di trazione applicata e produce una superficie di frattura relativamente piatta.

Tipi di Frattura

• Frattura fragile: senza alcuna deformazione apprezzabile e con rapida propagazione della fessura.
• Frattura duttile: con deformazione plastica e propagazione lenta della fessura.

Test di Trazione

• La prova di trazione viene eseguita fissando un'estremità del campione e muovendo l'altra a velocità costante.
• Il carico applicato F non è indipendente parametro che viene variato ma è quello che è necessario per mantenere la velocità di deformazione costante.

Comportamento Viscoelastico

• I polimeri amorfi possono comportarsi in modo diverso in base alla deformazione elastica, viscosa e dipendente dal tempo.
• Il modulo di rilassamento Er(t) è definito come la variazione della sollecitazione rispetto alla deformazione costante nel tempo.

Temperature di Fusione e Transizione Vetrosa

• La fusione di un polimero avviene in un intervallo di temperature => intervallo di Tm piuttosto che in un'unica Tm.
• La temperatura di fusione di un polimero dipende anche dal peso molecolare medio e dal grado di ramificazione.

Crazing

• Fenomeno che spesso precede la frattura in alcuni polimeri termoplastici.
• Una cricca può sostenere un carico su tutta la sua superficie.### Polimeri
• Il polietilene ad alta densità ha una temperatura di fusione più elevata (137°C) rispetto al polietilene a bassa densità (115°C)
• La temperatura di transizione vetrosa (Tg) aumenta con la presenza di:
  • Gruppi laterali voluminosi
  • Gruppi polari
  • Alta densità di rami
  • Alta densità di legami incrociati
  • Aumento del peso molecolare
  • Doppi legami e gruppi aromatici nella spina dorsale
• Gli elastomeri devono soddisfare quattro criteri:
  1. Non deve cristallizzare facilmente
  2. Le rotazioni dei legami di catena devono essere relativamente libere
  3. La deformazione plastica deve essere ritardata
  4. Deve trovarsi al di sopra della sua temperatura di transizione vetrosa

Elastomeri

• Gli elastomeri possono essere deformati fino a raggiungere grandi deformazioni e poi ritornare elasticamente alla loro forma originale
• I legami incrociati nel polimero forniscono una forza per riportare le catene alle loro conformazioni non deformate
• Moduli di elasticità piccoli e variabili con la deformazione

Vulcanizzazione

• Processo di reticolazione mediante reazione chimica non reversibile
• Aumenta il modulo di elasticità, la resistenza alla trazione e alla degradazione

Applicazioni dei polimeri

• Plastiche: materiali che presentano una certa rigidità strutturale sotto carico
• Elastomeri: dipendono dal grado di vulcanizzazione
• Fibra: polimeri trafilati in lunghi filamenti
• Adesivi: usati per unire le superfici di due materiali solidi
• Rivestimenti: applicati alla superficie dei materiali per proteggerli dall'ambiente
• Pellicole: materiali polimerici con bassa densità, alta flessibilità e resistenza alla trazione e lacerazione
• Schiume: materiali plastici con una percentuale di volume relativamente alta di piccoli pori e bolle di gas intrappolate

Biomateriali polimerici

• Polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE): resistente all'usura e all'abrasione
• Poli(metacrilato di metile) (PMMA): duro, inerte chimicamente e biocompatibile
• Politetrafluoroetilene (PTFE): stabile chimicamente nell'ambiente corporeo e idrofobo
• Siliconi: biocompatibili, biodegradabili e permeabili ai gas

Additivi per polimeri

• Riempitivi: aggiunti ai polimeri per migliorare la resistenza alla trazione e alla compressione
• Plastificanti: migliorano la flessibilità, la duttilità e la tenacità dei polimeri
• Stabilizzanti: contrastano i processi di deterioramento
• Coloranti: conferiscono un colore specifico al polimero
• Ritardanti di fiamma: migliorano la resistenza all'infiammabilità dei polimeri

Materiali compositi

• Una nuova classe di materiali ottenuti combinando materiali diversi durante la produzione
• Presentano una proporzione significativa delle proprietà di entrambe le fasi costituenti
• Esistono due fasi:
  • Matrice: fase continua che circonda l'altra fase
  • Fase dispersa: fase che può essere equispaziata o avere la geometria di una fibra
• I compositi strutturali sono multistrato e progettati per avere basse densità e alti gradi di integrità strutturale