Corso di Metallurgia - Scorrimento Viscoso e Prova di Creep PDF

Corso di Metallurgia Scorrimento viscoso e prova di creep  Diffusione ad alta temperatura Ad elevate temperature, all’interno del materiale metallico si attivano fenomeni di trasferimento di massa  diffusione allo stato solido....

Corso di Metallurgia Scorrimento viscoso e prova di creep  Diffusione ad alta temperatura Ad elevate temperature, all’interno del materiale metallico si attivano fenomeni di trasferimento di massa  diffusione allo stato solido. Diffusione degli atomi di Cu Lega Cu-Ni Effetto del Diffusione degli atomi di Ni mantenimento ad alta temperatura della coppia Cu/Ni % Ni, Cu % Ni, Cu Posizione Posizione 2  Recupero e ricristallizzazione - A temperature sufficientemente elevate, ~0.40.5 Tf(K), per effetto di un aumento della diffusione degli atomi, divengono possibili 2 importanti fenomeni: recovery  riconfigurazione e riduzione del numero di dislocazioni; ricristallizzazione  rigenerazione di una struttura esente da difetti. - Un materiale deformato plasticamente e dunque incrudito può essere riportato alle condizioni iniziali se trattato termicamente  ricottura: Deformazione Trattamento di Nuova deformazione a etc. a freddo ricottura freddo 3  Recupero e ricristallizzazione - Il recovery avviene già a basse temperature, ma permette solo un modesto “recupero” della deformabilità. - Si attua mediante due meccanismi, che agiscono entrambi nel senso di restituire mobilità alle dislocazioni che erano state “bloccate” dall’incrudimento  superamento degli ostacoli. 1) Slittamento deviato delle 2) Arrampicamento delle dislocazioni a vite (“cross slip”) dislocazioni a spigolo (“climb”) 4  Recupero e ricristallizzazione - La ricristallizzazione segue il recovery e nel tempo porta alla nucleazione e crescita di nuovi grani cristallini equiassici, contenenti meno difetti (i.e., bassa densità di dislocazioni). 1 2 3 4 5 6 5  Recupero e ricristallizzazione La ricristallizzazione dipende principalmente dalla temperatura a cui viene realizzata e dal tempo di mantenimento. Resistenza a trazione Resistenz aa Duttilità (A%) trazione (MPa) Duttilità Effetto della temperatura di ricottura (durata di 1 h) Reco Ricristalliza Crescita Grani very zione del grano su diverse proprietà dell’ottone deforma ti a del grano Nu Crescita freddo (mm) ovi gra ni Temperatura di ricottura (°C) 6  Recupero e ricristallizzazione - Si definisce temperatura di ricristallizzazione, quella per cui il tempo necessario a completare la ricristallizzazione è pari ad un’ora. - La velocità di ricristallizzazione è influenzata anche dalla percentuale di lavorazione a freddo iniziale (LF%)  deformazione critica: deformazione minima per la ricristallizzazione. ricristallizazione (°C) Temperatura di Deformazi Percentuale di one critica lavorazione a freddo LF% Temperatura di fusione e ricristallizzazione di alcuni metalli e leghe 7  Crescita del grano - Terminata la ricristallizzazione, se il metallo continua ad essere mantenuto a temperatura elevata, si assiste alla crescita del grano. - Essa si realizza per migrazione dei bordi di grano, secondo la legge di crescita del tipo: dn − dn0 = K  t (K, n = costanti, con n ≥2) Diffusione degli Diametro del grano, mm (scala atomi attraverso il bordo logaritmica) Direzione di moto del bordo di grano Tempo, min (scala logaritmica) 8  Creep o scorrimento viscoso a caldo Il creep è un fenomeno presente in tutti i metalli, purché la temperatura superi un valore limite identificabile tra circa 30 e 50% della temperatura assoluta di fusione (TM). In queste condizioni i metalli sottoposti a sforzi costanti (anche < S) si deformano in modo progressivo con la possibilità di rottura nel tempo. NB. fondamentale per valutare il rischio di creep è considerare la temperatura di fusione del metallo. Tf stagno = 232°C (20°C = 20 + 273 K = 293 K) Tf acciaio = 1400-1500°C 9  Creep o scorrimento viscoso a caldo - Per le diverse famiglie di leghe per impieghi in temperatura è possibile far riferimento all’elenco sotto riportato: File:Dampfturbine Montage01.jpg 10  Creep o scorrimento viscoso a caldo Nella prova si effettua un monitoraggio continuo dell’allungamento. 11  Attrezzatura di prova NB: tra una prova e l’altra è necessario poter di variare il carico e la temperatura che agisce sulla provetta posta all’interno di un forno. 12  Attrezzatura di prova - Il provino ha in genere una forma cilindrica, analoga a quella del provino usato per le normali prove di trazione. - Si distingue per la presenza di un’incisione o di un collarino per il fissaggio meccanico del sistema di misura dell’allungamento. dove: Lc = lunghezza del tratto a sezione ridotta, L0 = lunghezza iniziale del tratto misurato (utile). 13  Attrezzatura di prova Normalmente gli afferraggi sono filettati per essere avvitati in appositi adattatori che li collegano alla catena di carico. 14  Attrezzatura di prova - La misura dell’allungamento nelle prove di creep 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. 15  Curva di scorrimento Le normative sulla prova di creep vincolano la misura della temperatura, la calibrazione delle termocoppie, la geometria del campione e la presentazione- estrapolazione dei risultati. Curve ottenute applicando al campione carico e temperatura costanti durante tutta la durata della prova 16 Curva di scorrimento 17  Curva di scorrimento N.B. la deformazione iniziale 0 delle provette cresce in funzione del livello di sollecitazione applicata. 18  Curva di scorrimento N.B. la deformazione iniziale 0 delle provette è molto simile perché la sollecitazione applicata non varia. 19 Curve sollecitazione – tempo di rottura Curve in scala doppia log 20 Previsioni di durata T è la temperatura (K) tr è il tempo per arrivare a rottura (ore) C è una costante che dipende dalla lega Una volta determinata sperimentalmente per il materiale studiato la relazione P(r), cioè la cosiddetta ‘master curve’: 21  Curva sperimentale (S-590: acciaio per impieghi strutturali con Rp0,2 > 590 MPa) 22  Meccanismi di danneggiamento da creep Quali sono i meccanismi che portano a rottura per creep? Zone di innesco frattura? Micro-danneggiamenti a bordo grano 23 Come scegliere un materiale per impieghi in temperatura? 24