Introduzione alle Leghe Metalliche

Introduzione alle Leghe Metalliche

• In base all'elemento di lega (alligante) e alle quantità aggiunte al metallo si hanno 3 casi:
  • Soluzioni solide: l'elemento di lega è solubile nel reticolo del metallo base.
  • Composti: gli atomi si dispongono ordinati e in rapporto stechiometrico.
  • Immiscibilità: gli elementi rimangono separati nella lega.

Soluzioni solide

• Sostituzionali: gli atomi del soluto sostituiscono quelli del solvente nelle posizioni ordinarie del reticolo.
• Interstiziali: gli atomi di soluto si posizionano negli interstizi del reticolo del solvente.

Raggi atomici e tipi di soluzioni solide

• Per determinare il tipo di soluzione solida, si considera il raggio atomico degli elementi.
• Nei casi degli acciai (ferro come solvente):
  • Raggio atomico simile: si forma una soluzione sostituzionale (es. Fe-Cr, Fe-Mn).
  • Raggio atomico molto diverso: si forma una soluzione interstiziale (es. Fe-C).

Esempi di soluzioni solide sostituzionali

• Si possono avere soluzioni solide sostituzionali di ferro, carbonio e altri elementi di lega, come l'acciaio.
• Il solvente è il ferro e gli elementi di lega sono Mn, Cr, Ni, Si, C.
• Soltanto il carbonio si trova in posizione interstiziale, essendo molto più piccolo del ferro.

Difetti di linea: dislocazioni

• Una dislocazione è un difetto lineare attorno a cui gli atomi sono fuori posto e che si muove nel reticolo sotto l'azione di sforzi applicati.
• Il movimento delle dislocazioni è responsabile della deformazione plastica dei materiali.
• Esistono tre tipi di dislocazioni:
  • A spigolo: il difetto è centrato intorno ad un semipiano di atomi aggiunto (asse della dislocazione).
  • A vite: il difetto è caratterizzato da uno spostamento degli atomi lungo l'asse della dislocazione.
  • Miste: combinano caratteristiche di entrambe le dislocazioni.

Vettore di Burgers

• Il vettore di Burgers definisce l'ampiezza e la direzione della distorsione del reticolo.

Dislocazione a spigolo

• Positiva: il semipiano aggiunto è situato sopra il piano di scorrimento.
• Negativa: il semipiano aggiunto è situato sotto il piano di scorrimento.

Difetti di Superficie: Bordi di grano

• I bordi di grano sono disomogeneità nel posizionamento degli atomi lungo le superfici tra un grano cristallino e l'altro.
• Si formano durante la solidificazione del metallo.
• Lungo i bordi di grano la densità atomica è inferiore, facilitando i fenomeni diffusivi.

Difetti di Volume:

• Difetti di impilamento: irregolarità nella sequenza di impilamento dei piani atomici.
• Difetti macroscopici: pori, cricche, inclusioni.

Difetti di punto: Vacanza reticolare

• Mancanza di un atomo in una delle posizioni reticolari.
• Presenti in tutti i solidi, è impossibile ottenere un solido totalmente esente da vacanze.
• Le vacanze possono essere utili o dannose, influenzando i processi diffusivi e le proprietà meccaniche.

Difetti di punto: Atomi interstiziali e sostituzionali

• Atomi interstiziali: atomi posizionati negli interstizi del reticolo, introducendo distorsione.
• Atomi sostituzionali: atomi diversi dal solvente che sostituiscono gli atomi del reticolo, introducendo distorsione.

Terminologia per le Impurezze

• Anche i metalli "puri" contengono quantità minime di impurezze, misurate in ppm.
• Nelle leghe, gli elementi aggiunti intenzionalmente sono chiamati alliganti e misurati in percentuale in peso.

Difetti Reticoli

• I materiali metallici reali hanno difetti nella loro struttura reticolare e questi difetti influenzano le loro proprietà
• I difetti reticolari possono essere suddivisi in quattro categorie: difetti di punto, difetti di linea, difetti di superficie e difetti di volume
• Difetti di punto includono vacanze (mancanza di un atomo in una posizione del reticolo) e atomi interstiziali (atomi posizionati in spazi vuoti nel reticolo ideale)
• Gli atomi di sostituzione sono atomi diversi dall'elemento principale del materiale che sostituiscono gli atomi di base, entrambi introducono distorsioni nel reticolo
• Il numero di vacanze aumenta con la temperatura
• Gli atomi interstiziali sono più grandi dello spazio che occupano, il che porta a distorsioni del reticolo
• Gli atomi di sostituzione provocano anche deformazioni nel reticolo
• I metalli puri contengono sempre piccole quantità di impurezze. Le leghe si formano quando gli elementi sono intenzionalmente aggiunti a un metallo in percentuali in peso, questi elementi sono chiamati elementi di lega.
• Ci sono tre tipi di risultati quando gli elementi vengono aggiunti a un metallo: soluzioni solide, composti o immiscibilità
• Nelle soluzioni solide, gli elementi aggiunti si solubilizzano nel reticolo del metallo base. Nelle soluzioni solide interstiziali, gli atomi del soluto si inseriscono negli interstizi del reticolo del solvente. Nelle soluzioni solide sostituzionali, gli atomi del soluto sostituiscono gli atomi del solvente
• Il tipo di soluzione solida che si forma dipende dai raggi atomici degli elementi
• Gli acciai sono soluzioni solide di ferro, carbonio ed altri elementi di lega. Solo il carbonio è in posizione interstiziale perché il suo raggio atomico è molto più piccolo di quello del ferro.

Dislocazioni

• Le dislocazioni sono difetti lineari che provocano un movimento atomico disordinato e permettono la deformazione plastica dei metalli
• Ci sono tre tipi di dislocazioni: a spigolo, a vite e miste
• La dislocazione a spigolo è causata da un semipiano di atomi in più che si propaga all'interno del materiale, con l'asse della dislocazione perpendicolare al piano del foglio. Esistono due tipi di dislocazione a spigolo: positiva e negativa, la positiva è quando il semipiano aggiunto si trova sopra il piano di scorrimento, la negativa è quando si trova sotto.
• La dislocazione a vite è un difetto lineare in cui il vettore di Burgers è parallelo all'asse della dislocazione
• Le dislocazioni miste combinano caratteristiche di dislocazione a spigolo e a vite

Difetti di Superficie

• I bordi di grano sono discontinuità nella struttura reticolare che si formano tra grani cristallini durante la solidificazione
• I bordi di grano sono aree di disomogeneità dove la densità atomiche è inferiore, questa differenza facilita la diffusione di atomi
• La dimensione dei grani cristallini è compresa tra 10 e 100 micrometri nelle leghe metalliche comuni

Difetti di Volume

• I difetti di impilamento sono difetti di volume microscopici che derivano da irregolarità nella sequenza di impilamento dei piani atomici

Questo quiz esplora le leghe metalliche e i loro tipi, come le soluzioni solide, i composti, e l'immiscibilità. Scoprirai anche come il raggio atomico influisce sulla formazione di soluzioni sostituzionali e interstiziali. Metti alla prova le tue conoscenze sulle proprietà delle leghe e sugli esempi pratici.