metallurgia e materiali non metallici metallurgia e ... metallurgia e materiali non metallici....

Download Metallurgia e Materiali non Metallici Metallurgia e ... Metallurgia e Materiali non Metallici. Metallurgia

If you can't read please download the document

Post on 25-Oct-2020

2 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Metallurgia e Materiali non Metallici

    Metallurgia e Materiali non Metallici

    Dispensa ufficiale del Corso

    Lezioni del corso del prof. Fabrizio D'Errico tenute al Politecnico di Milano A cura del docente con la collaborazione degli studenti G.Toso e G.Vedovati ___ La presente dispensa fa parte del materiale didattico distribuito sul website del corso. Non è permessa la vendita ne la riproduzione oltre gli scopi didattici e della preparazione all’esame degli studenti del corso.

  • Modalità d'esame Modalità di esame

    Le modalità di esame sono comuni a tutti gli insegnamenti di Metallurgia e materiali non metallici (7 CFU – 1° anno Laurea). L’esame, come da modalità condivise, è suddiviso in due parti (parte A e parte B): PARTE A La parte A consta di 16 domande a risposta multipla (3 risposte possibili, di cui una corretta e due errate). Punteggio: per ogni domanda corretta +2 punti; per ogni domanda non risposta 0 punti; per ogni domanda errata - 1 punto. Amissione alla parte B: per poter accedere alla parte B, lo studente deve totalizzare almeno 16 punti (=16/30) nella parte A. Al temine della prova vi saranno le correzioni della parte A per consentire l’autovalutazione da parte dell’allievo. Il risultato della parte A viene registrato dal docente e tenuto da parte perché collabora alla composizione del VOTO FINALE. Voto finale VF è dato dalla formula: VF = 0,4*A + 0,6*B dove A e B sono le votazioni totalizzate nelle due parti. Il tempo a disposizione per rispondere alle 16 domande è di 20 minuti. Un esempio di parte A è disponibile al sito Beep del corso Metallurgia e Materiali non Metallici del docente, alla pagina: Materiale Didattico/ Regolamento d'esame del corso docente **** PARTE B La parte B consta di tre esercizi ed una domanda che può vertere su Polimeri o Ceramici- Vetri. Per la piena sufficienza, la valutazione della parte B deve essere almeno di 18/30. Un esempio di parte A è disponibile al sito Beep del corso Metallurgia e Materiali non Metallici del docente, alla pagina: Materiale Didattico/ Regolamento d'esame del corso docente **** REGOLE SPECIALI per pre-appello

    Le seguenti regole valgono soltanto per l'eventuale preappello deciso dal docente.

    • La PARTE A, se superata con voto sufficiente ( >16/30, in accordo con le regole standard) avrà validità fino alla sessione di settembre;

    https://beep.metid.polimi.it/web/2013-14-metallurgia-e-materiali-non-metallici-fabrizio-d-errico-/regolamento-d-esame-del-corso-docente https://beep.metid.polimi.it/web/2013-14-metallurgia-e-materiali-non-metallici-fabrizio-d-errico-/regolamento-d-esame-del-corso-docente

  • • Nella correzione della Parte A vengono tollerati con punteggio nullo fino a 2 errori (a differenza delle regole standard che prevedono invece per due errori commessi una penalizzazione pari a: -0.5*2=-1 punto);

    • La PARTE B, se superata con voto sufficiente (>18/30, in accordo con le regole standard) avrà validità fino alla sessione di settembre;

    • Il punteggio complessivo della PARTE B per il preappello è di 34/30, invece che 30/30 in accordo con le regole standard.

  • Introduzione Introduzione La metallurgia è lo studio dei metalli che partendo da un punto di vista della fisico della materia (metallurgia fisica) permette di interpretare le correlazioni esistenti tra le microstrutture dei metalli e le proprietà del materiale; studia inoltre le tecniche ed i metodi attraverso i quali poter governare - durante tutte le fasi produttive - l'evoluzione delle microstrutture in modo che vengano sviluppate quelle più idonee allo scopo, quale ad esempio incrementare le caratteristiche di resistenza oppure, all'opposto, aumentare la capacità di "cedere" e deformarsi plasticamente sotto l'imposizione di bassi carichi, come accade ad esempio nello stampaggio a freddo della lamiera impiegata per la produzione della carcassa esterna di un elettrodomestico o della portiera di un'auto. Nel nostro corso ci concentreremo quasi ed esclusivamente sui metalli, mentre la parte conclusiva del corso verrà dedicata ad una introduzione sui materiali polimerici (comunemente detti plastiche) e i materiali ceramici. Partiremo dalla struttura atomica dei metalli, studiandone la "architettura" allo stato solido. Questa branca della metallurgia, poiché si dedica a studiarne la struttura e darne una spiegazione fisica, prende comunemente il nome di metallurgia fisica. Per comprendere come si combinano gli atomi di un metallo (e successivamente quelli di diversa specie presenti in una lega metallica) allo stato solido giova partire da come essi si comportino quando il metallo è allo stato liquido. Per facilità, d'ora in poi ci riferiremo al caso più semplice di metalli puri, ovverosia atomi della stessa specie chimica. La solidificazione dei metalli Consideriamo un crogiolo contenente del metallo liquido che raffreddiamo lentamente. Gli atomi del metallo allo stato liquido si muovono più o meno liberamente e caoticamente: per analogia, basti pensare a quanto accade per le molecole di acqua nel loro passaggio di stato da vapore a liquido (e viceversa). È noto che le molecole di acqua allo stato liquido sono legate dal particolare legame ad idrogeno, un legame a bassa energia che si instaura tra i dipoli elettrici (positivo e negativo) della molecola di H2O. Questo legame è sì debole, ma data la bassa energia cinetica posseduta dalle molecole dell'acqua a temperatura ambiente, è in grado di durare per un certo tempo. Statisticamente e in modo random, le molecole di H2O rompono e riformano questo legame tra loro continuamente, così da permettere da un lato all'acqua di assumere stato di aggregazione con "forma libera" ma soggetta alla forza gravitazionale (i.e. stato liquido), ma dall'altro l'energia cinetica posseduta dalla singola molecola di H2O non è sufficiente a mantenere a lungo separata la singola molecola dalle altre e farla fluttuare liberamente in aria (i.e. stato di vapore). Va da se quindi che, allorquando noi imponiamo un aumento della temperatura dell'acqua fino a portarci a 100°C (per l'acqua pura), progressivamente stiamo aumentando l'energia cinetica delle molecole di acqua; l'incremento di energia cinetica significa un incremento della loro vibrazione che porta due molecole a distanziarsi oltre una distanza limite entro la quale le (basse) forze di legame elettrostatico possono agire ed instaurare il legame di natura elettrostatica tipico della molecola dipolo elettrico dell'acqua. Il risultato dell'aumento di temperatura quindi è quello di permettere la rottura dei legami ad idrogeno e impedirne la loro formazione, conferendo alle molecole di H2O energia di movimento sufficiente a distaccarsi dal pelo libero dell'acqua allo stato liquido e fluttuare liberamente nell'aria (almeno finché non perderanno energia cinetica e quindi ritorneranno allo stato di liquido). Se operiamo in direzione opposta a partire dalla temperatura ambiente, ovverosia

  • diminuendo la temperatura del liquido fino ad arrivare agli 0°C (per l'acqua pura), è esperienza comune osservare che l'acqua contenuta nel contenitore inizierà a trasformarsi da liquido a solido, cioè inizierà a "ghiacciare". In gergo ciò che si sta verificando allo stato fisico è ancora una volta una progressiva diminuzione dell'energia cinetica delle molecole contenute nell'acqua allo stato liquido; esse iniziano ad avvicinarsi fino ad instaurare un legame più forte e strutturarsi (normalmente) in una forma a reticolo cristallino esagonale. Abbassando ancora la temperatura, l'acqua non subisce più alcuna modifica di stato di aggregazione, rimane cioè allo stato solido, ma la vibrazione delle molecole diminuisce sempre di più finché si raggiunge agli 0 gradi kelvin (i.e. temperatura dello zero assoluto) una condizione di totale assenza di moto delle molecole (o atomi nel caso dei metalli). Per quanto riguarda i metalli considereremo solo i due stati possibile ovvero lo stato solido e lo stato liquido perché per vaporizzare un vapore ci vogliono temperature e pressioni molto alte e non è parte trattata in questo corso. Applichiamo ad un metallo questi principi generali della materia, ovverosia la correlazione esistente tra aumento della temperatura e aumento della energia vibrazionale delle molecole (atomi, nel caso dei metalli). Quando un metallo si trova nel suo stato di aggregazione liquido, significa che i suoi atomi sono in continuo e "pseudo-libero" movimento (vedi Fig.1 e Fig.2): parliamo di pseudo-libero perché non dispongono di energia cinetica sufficiente a fluttuare liberamente nell'aria (in questo caso parleremmo di metallo allo stato sublimato o vaporizzato; a pressione atmosferica i metalli sono al massimo allo stato liquido). Ciò di fatto è quanto avviene, per analogia, nell'acqua che si trova ad esempio nello stato liquido, dove le singole molecole si "staccano" e "riattaccano" caoticamente tra loro, per via della rottura e riformazione continua di legami ad idrogeno. Abbassando la temperatura, anche l'energia cinetica diminuisce, e piano piano gli atomi si trovano in un certo istante di tempo in posizioni ravvicinate al punto tale che due atomi sentono attrazione tra loro, che risulterà stabile proprio per il fatto che essi possiedono ora energia cinetica limitata, no sufficiente cioè ad allontanarli da questa reciproca posizione stabile.

  • Fig.1 - Rappresentazione schematica delle forze di attrazione Coulombiana nel caso di stato solido (a) e stato liquido (b).