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lezioni di metallurgia utile per ingegneria meccanica.

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  • A0958

  • Lezioni diMetallurgia meccanica

    Corso di laureain Ingegneria Meccanica

    Umberto BernabaiRaffaele Torella

  • Copyright MMVIARACNE editrice S.r.l.

    www.aracneeditrice.itinfo@aracneeditrice.it

    via Raffaele Garofalo, 133 A/B00173 Roma

    (06) 93781065

    ISBN 8854804290

    I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica,di riproduzione e di adattamento anche parziale,

    con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi.

    Non sono assolutamente consentite le fotocopiesenza il permesso scritto dellEditore.

    I edizione: febbraio 2006I ristampa aggiornata: maggio 2008

  • Indice

    Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

    CAPITOLO 1Gli elementi metallici

    1.1 Che cos un metallo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.2 Legami chimici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.3 Energia del legame chimico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231.4 Stato energetico degli atomi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251.5 Solido cristallino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.6 Reticoli tipici dei metalli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341.7 Indici di Miller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431.8 Distanza interplanare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

    CAPITOLO 2Difetti reticolari puntiformi

    2.1 Difetto reticolare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512.2 Difetti puntiformi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512.3 Diffusione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

    CAPITOLO 3Trasformazione di fase liquidosolido e diagrammi di stato

    3.1 Che cos una trasformazione liquidosolido? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.2 Analisi termica della solidificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.3 Nucleazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633.4 Crescita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663.5 Caso della lega binaria isomorfa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673.6 Diagrammi di stato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713.7 Diagrammi di stato di interesse metallurgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

    5

  • CAPITOLO 4Solidificazione in condizioni di non equilibrio

    4.1 Segregazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994.2 Concentrazione di soluto nel solido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

    CAPITOLO 5Trasformazione di fase negli acciai

    5.1 Diagrammi di trasformazione isoterma e a raffreddamento continuo . 1015.2 Microstrutture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

    CAPITOLO 6Sollecitazioni e deformazioni

    6.1 Modulo elastico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1276.2 Diagrammi sollecitazionedeformazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1326.3 Prova di compressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1436.4 Prove di resilienza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1516.5 Durezza (Hardness) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

    CAPITOLO 7Sollecitazione e deformazione del monocristallo

    7.1 Monocristallo e policristallo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1597.2 Propriet elastiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1607.3 Scorrimento per sezioni parallele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1617.4 Sollecitazione tangenziale critica risolta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1627.5 Indurimento e raddolcimento geometrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1647.6 Incrudimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1657.7 Deformazione plastica per geminazione meccanica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

    CAPITOLO 8Dislocazioni

    8.1 Sollecitazione tangenziale massima ideale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1718.2 Concetto di dislocazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1738.3 Vettore di Burgers e moto delle dislocazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1778.4 Larghezza della dislocazione e sollecitazione di Peierls . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1808.5 Rappresentazione del vettore di Burgers mediante indici di Miller . . . . . . . . . 1828.6 Energia associata ad unit di lunghezza di dislocazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1828.7 Forza per unit di lunghezza della dislocazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1908.8 Nodi di dislocazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1928.9 Tensione di linea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

    6 Indice

  • 8.10 Anello di dislocazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1948.11 Sorgenti di dislocazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1968.12 Relazione tra deformazione e densit di dislocazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1988.13 Reazioni di blocco tra dislocazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2008.14 Interazione plastica tra dislocazioni sghembe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2028.15 Interazioni elastiche tra dislocazioni parallele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2058.16 Interazioni tra dislocazioni e difetti puntiformi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

    CAPITOLO 9Difetti bidimensionali di impilaggio

    9.1 Bordi di grano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2099.2 Bordi a basso angolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2109.3 Bordi ad alto angolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2129.4 Tensione superficiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2139.5 Diffusione e precipitazione al bordo del grano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2159.6 Dislocazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2159.7 Mobilit del bordo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

    CAPITOLO 10Modifica del limite elastico

    10.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21710.2 Effetto delle dimensioni del grano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21810.3 Snervamento a caduta di carico degli acciai ferritici normalizzati . . . . . . . . . . 22310.4 Rafforzamento per incrudimento (work hardening) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22910.5 Rafforzamento per soluzione solida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23410.6 Dispersione e precipitazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

    CAPITOLO 11Riordino

    11.1 Energia immagazzinata durante lincrudimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25311.2 Fenomeni di riassetto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25511.3 Ricristallizzazione primaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25611.4 Crescita del grano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25911.5 Ricristallizzazione secondaria o crescita anormale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

    CAPITOLO 12Scorrimento a caldo e formabilit

    12.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26512.2 Descrizione del fenomeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26512.3 Cinetica dei meccanismi elementari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

    7Indice

  • 12.4 Dati di scorrimento a caldo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27512.5 Estrapolazione e interpolazione di dati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27612.6 Vita residua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27912.7 Leghe per alta temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28112.8 Duttilit e formabilit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .