Prove di Creep e Temperatura di Fusione

Temperatura di fusione e ricristallizzazione

• La temperatura di fusione dello stagno è 232°C.
• La temperatura di fusione dell'acciaio varia tra 1400°C - 1500°C.

Creep o scorrimento viscoso a caldo

• Il creep è un fenomeno che si verifica nei metalli quando la temperatura supera il 30-50% della temperatura assoluta di fusione.
• In queste condizioni, i metalli sottoposti a stress costanti possono deformarsi progressivamente nel tempo, portando alla possibilità di rottura.
• La deformazione iniziale delle provette durante la prova di creep varia in base al livello di stress applicato.

Attrezzatura di prova

• La prova di creep richiede un monitoraggio continuo dell'allungamento del provino.
• Il provino è generalmente cilindrico, con un'incisione o un collarino per l'attacco del sistema di misura dell'allungamento.
• La misura dell'allungamento viene effettuata con sistemi LVDT esterni al forno, collegati al campione.
• Per temperature basse, l'estensimetro può essere applicato direttamente al provino.
• In alcuni casi, si possono utilizzare tecniche di misura ottiche.

Curva di scorrimento

• Le normative sulla prova di creep regolano la misura della temperatura, la calibrazione delle termocoppie, la geometria del campione e la presentazione dei risultati.
• La velocità di ricristallizzazione è influenzata dalla percentuale di lavorazione a freddo iniziale.
• La deformazione critica è la deformazione minima necessaria per la ricristallizzazione.

Crescita del grano

• Dopo la ricristallizzazione, il grano continua a crescere se il metallo viene mantenuto ad alta temperatura.
• La crescita del grano avviene tramite la migrazione dei bordi di grano, secondo la legge di crescita: dn − dn0 = K  t.

Meccanismi di danneggiamento da creep

• La rottura per creep è causata da micro-danneggiamenti a bordo grano.

Come scegliere un materiale per impieghi in temperatura

• È importante considerare la temperatura di fusione del metallo per valutare il rischio di creep.

Scorrimento viscoso e prova di creep

• Ad elevate temperature, i metalli sottoposti a sforzi costanti si deformano in modo progressivo nel tempo, anche se lo sforzo applicato è inferiore al limite elastico, con la possibilità di rottura.
• Il creep è un fenomeno presente in tutti i metalli, purché la temperatura supera un valore limite identificabile tra circa 30 e 50% della temperatura assoluta di fusione (TM).
• Per valutare il rischio di creep è fondamentale considerare la temperatura di fusione del metallo.
• È possibile far riferimento a diversi tipi di leghe per impieghi a temperatura diversa.
• La prova di creep si esegue applicando al campione un carico e una temperatura costanti durante tutta la durata della prova.
• La prova prevede il monitoraggio continuo dell’allungamento.

Attrezzatura di prova

• L'attrezzatura per le prove di creep deve permettere di variare il carico e la temperatura che agisce sulla provetta posta all'interno di un forno.
• Il provino ha in genere una forma cilindrica con un'incisione o un collarino per il fissaggio del sistema di misura dell'allungamento.
• La misura dell'allungamento viene effettuata con sistemi LVDT (Linear Variable Differential Transformer) esterni al forno, collegati meccanicamente al campione.
• Se le temperature sono basse, l'estensimetro può essere applicato direttamente al provino.
• In alcuni casi si può ricorrere a misure ottiche.

Curva di scorrimento

• Le prove di creep prevedono la misura della temperatura, la calibrazione delle termocoppie, la geometria del campione e la presentazione dei risultati.
• La curva di scorrimento è ottenuta applicando carico e temperatura costanti ed è caratterizzata da tre fasi:
  • Fase 1: deformazione iniziale elastica e lineare
  • Fase 2: deformazione crescente ma con velocità di scorrimento costante
  • Fase 3: deformazione crescente con velocità di scorrimento crescente, che porta a rottura.
• La deformazione iniziale ε0 delle provette cresce in funzione del livello di sollecitazione applicata.
• La deformazione iniziale ε0 delle provette è molto simile se la sollecitazione applicata non varia.

Meccanismi di danneggiamento da creep

• I meccanismi che portano a rottura per creep sono:
  • Slittamento dei grani: movimento dei grani dovuto alla diffusione degli atomi ai bordi di grano, con formazione di cavità.
  • Formazione di vuoti: formazione di vuoti ai bordi di grano dovuta allo stress concentrato in questi punti.
  • Crescita dei vuoti: crescita dei vuoti per coalescenza, che porta alla propagazione di microfratture.

Previsioni di durata

• La durata di vita a creep è definita come il tempo necessario per raggiungere una certa deformazione in un dato intervallo di temperatura.
• La previsione della durata di vita a creep si basa su relazioni sperimentali che correlano sollecitazione, temperatura e tempo di rottura.

Come scegliere un materiale per impieghi in temperatura

• In base alle esigenze specifiche è possibile scegliere il materiale in base al suo comportamento a creep.
• I fattori da considerare sono:
  • Temperatura di esercizio: più alta è la temperatura, maggiore è il rischio di creep.
  • Sollecitazione applicata: maggiore è la sollecitazione, minore è il tempo di vita a creep.
  • Resistenza alla creep: la resistenza alla creep è una proprietà che misura la resistenza del materiale alla deformazione a creep.
• Per la scelta del materiale è importante considerare anche il costo e la disponibilità del materiale.

Ricristallizzazione

• La ricristallizzazione è un processo di rigenerazione di una struttura cristallina priva di difetti che avviene a alta temperatura.
• Si attua mediante la nucleazione e crescita di nuovi grani cristallini equiassici, contenenti meno difetti (i.e., bassa densità di dislocazioni).
• La temperatura di ricristallizzazione è definita come quella per cui il tempo necessario a completare la ricristallizzazione è pari ad un’ora.
• La velocità di ricristallizzazione è influenzata dalla percentuale di lavorazione a freddo iniziale (LF%).

Crescita del grano

• Dopo la ricristallizzazione, se il metallo continua ad essere mantenuto a temperatura elevata, si assiste alla crescita del grano.
• La crescita del grano è dovuta alla migrazione dei bordi di grano.

Questa quiz esplora i concetti di temperatura di fusione e il fenomeno del creep nei metalli. Scoprirai le temperature di fusione di materiali come stagno e acciaio, insieme ai dettagli sulla prova di creep. Metodi di monitoraggio e attrezzatura utilizzata per misurare l'allungamento del provino vengono anche discussi.