Comportamento a temperatura elevata - Metallurgia · • Fatica oligociclica e ad elevato numero di...

Comportamento a temperatura elevata

F. IacovielloUniversità di Cassino- Di.M.S.A.T.

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Francesco Iacoviello Università di Cassino


Instabilità metallurgicheSollecitazione, tempo, temperatura ed ambiente possono modificare la situazione metallurgica, sia diminuendo che incrementando la resistenza. Una evidente modifica della pendenza della curva log σ – vita a rottura può essere riferito ad una instabilitàmetallurgica. Fonti di instabilità possono includere:• Transizione frattura transgranulare – intergranulare;• Ricristallizzazione;• Invecchiamento e sovrainvecchiamento;• Precipitazione di fasi;• Decomposizione di carburi, boruri o nitruri;• Precipitazione di fasi intermetalliche;• Transizione ordine-disordine;• Ossidazione generalizzata;• Corrosione intergranulare;• Corrosione sotto sforzo.



Transizione frattura transgranulare - intergranulareQuesta transizione avviene in quanto in quanto le proprietà del bordo grano differiscono da quelle del cuore del grano. Per temperature più basse i bordi grano sono più resistenti dei grani; a temperature più elevate i bordi grano divengono piùdeboli e la frattura diviene intergranulare. Per ogni combinazione di sollecitazione e di vita a rottura esiste una temperatura al di sopra della quale la frattura diviene intergranulare (punti A e B figura sottostante).

In certe condizioni, una frattura può essere in parte trans- ed in parte inter-granulare.



Invecchiamento e sovrainvecchiamentoLe leghe “invecchiabili” (ad esempio leghe di Al) sono instabili. Strutturalmente esse si trovano in uno stato di transizione verso uno stato stabile di equilibrio. Conseguentemente, nelle condizioni di scorrimento viscoso, è probabile che la diffusione degli atomi, incrementata dalla temperatura e dalla sollecitazione, implichi una riattivazione del processo di invecchiamento, con una conseguente riduzione della resistenza meccanica.



Precipitazione di fasi intermetallicheNelle leghe a reticolo cubico facce centrate (ad esempio acciai inossidbailiaustenitici) si può avere la precipitazioni a bordo grano di fasi intermetalliche (ad esempio σ)

Evoluzione delle proprietà meccaniche con la temperatura di rinvenimento per un acciaio inossidabile austeno-ferritico 22 Cr 5 Ni (tempo = 3 ore)



Invecchiamento e sovrainvecchiamento

Ossidazione a caldoUn metallo M reagisce con ossigeno o con altri gas ad elevata temperatura mediante un iniziale adsorbimento di ossigeno, reazioni chimiche a formare la superficie dell’ossido, la nucleazionedell’ossido, la sua crescita laterale a formare un film continuo (fino ad essere protettivo, oppure ispessendosi a formare uno strato non protettivo contenente vari difetti quali cavità, microcricche etc.).L’ossidazione in aria procede secondo una reazione del tipo:M + O2 → MO2Oppure più genericamentexM + ½ (yO2) → MxOyConsiderando una singola mole di O2:(2x/y)M + O2 → (2/y) MxOyUn metallo può essere anche ossidato da vapore acqueo o da CO2 secondo le relazioni:xM + y H2O → MxOy + yH2xM + y CO2 → MxOy + yCO



Adsorbimento

Nucleazione dell’ossido +Dissoluzione ossigeno

Crescita del film

Ossidazione interna

CavitàPorositàMicrocricche

Macrocricche Possibile formazione di ossidi fusi, evaporazione ossido

Ossidazione a caldoOgnuna delle reazioni precedentemente illustrate ècaratterizzata termodinamicamente da una variazione di energia libera ΔG0, che sarà negativa in modo che le reazioni descritte procedano spontaneamente verso destra. Considerando la:(2x/y)M + O2 → (2/y) MxOySi può esprimere l’energia libera in condizioni non standard:

Considerando che l’attività di un solido stabile è unitaria per definizione, ne consegue che:

Questa equazione definisce la relazione esistente fra la variazione dell’energia libera in condizioni standard per la formazione dell’ossido MO e la pressione parziale di dissociazione di tale ossido ad una determinata temperatura T.In condizioni non standard, la pressione parziale di dissociazione può essere ottnuta utilizzando il nomogramma(diagramma di Ellingham).





Ossidazione a caldoSi prenda come esempio l’ossidazione del rame a 900°C. Considerando il punto che si trova sulla retta del Rame (in corrispondenza di 900°C),



Ossidazione a caldoSi prenda come esempio l’ossidazione del rame a 900°C. Considerando il punto che si trova sulla retta del Rame (in corrispondenza di 900°C), si consideri la retta passante per il punto O (asse verticale dell’energia libera standard),



Ossidazione a caldoSi prenda come esempio l’ossidazione del rame a 900°C. Considerando il punto che si trova sulla retta del Rame (in corrispondenza di 900°C), si consideri la retta passante per il punto O (asse verticale dell’energia libera standard), e la si prolunghi verso destra fino ad intersecare la verticale della pressione parziale dell’ossigeno, ottenendo un valore di circa 10-8

atmosfere. Qualunque pressione parziale dell’ossigeno superiore a tale valore implicheràl’ossidazione del rame. Per qualunque valore inferiore, l’ossido di rame si ridurrà in rame puro.

Previsioni simili possono essere ottenute dal medesimo diagramma anche da miscele di vapore acqueo ed idrogeno (partendo dal punto H) oppure di CO e CO2. (partendo dal punto C). L’intersezione fra la retta passante per H, oppure C, ed il punto che si trova sulla retta del Rame (in corrispondenza di 900°C), con la verticale rispettivamente dell’equilibrio H2/H2O, oppure CO/CO2, permette di ottenere dei valori limiti dei suddetti rapporti. Per valori più elevati l’ossido si ridurrà in metallo, mentre per valori più bassi il metallo si ossiderà.

Il diagramma di Ellingham e quello di Pourbaix hanno un identico limite: non permettono di prevedere le velocità di corrosione.



Ossidazione a caldo

Ossidazione a caldo

Tre cinetiche (parabolica, lineare, logaritmica) descrivono l’andamento delle velocità di ossidazione per i metalli e le leghe più utilizzati. L’analisi delle cinetiche può essere complicata dalla possibilità, per il metallo, di formare più ossidi.

Parabolicax2 = kp tkp = k0 e –Q/RT

Logaritmicadx/dt = ke/tx = ke log(at+1)



Fe FeO Fe3O4 Fe2O3

La velocità di ossidazione di una lega è minima nel caso in cui l’ossido presenti una combinazione di proprietà favorevoli, fra le quali: • Buona aderenza;• Punto di fusione elevato;• Bassa pressione di vapore;• Essere caratterizzato da una dilatazione termica simile a quella del metallo base;• Una elevata plasticità a caldo;• Una bassa conduttività elettrica e bassi coefficienti di diffusione per ioni ed ossigeno.

Ossidazione a caldoMolte leghe progettate per resistere all’ossidazione a caldo contengono Cromo. Fino al 20 % di cromo, la velocità di ossidazione diminuisce rapidamente. L’importanza degli ossidi di Craumenta fino a predominare nel film di ossido. Comportamento analogo si ha nelle leghe di Ni e Co.Acciai inossidabili ferritici (serie 400) sono accettabili per molte applicazioni, sebbene la loro resistenza al creep sia bassa. Anche gli acciai inossidabili duplex hanno lo stesso problema.L’aggiunta di Ni, insieme alla presenza del Cr, negli acciai inossidabili incrementa la resistenza all’ossidazione a caldo. Il Si (fino al 2-3%) forma dei film aderenti sia da solo, che insieme al Cr. L’Al forma anch’esso degli ossidi protettivi, ma con una velocità inferiore al Cr. Inoltre esso forma con il Fe delle fasi intermetalliche fragili.Mo, W, Nb offrono un leggero incremento nella resistenza all’ossidazione a caldo, ma sono comunque spesso aggiunti per l’incremento delle proprietà meccaniche ad elevata temperatura.



1000°C

Ossidazione a caldo



A temperatura elevata, anche in un ambiente non aggressivo, la durata di un componente metallico sottoposto a sollecitazione (sia statica che dinamica) è limitata. La sollecitazione applicata impone sul componente una deformazione continua che prende il nome di scorrimento viscoso (creep). Tale deformazione può evolvere fino alla rottura del componente.

Le condizioni di temperatura, sollecitazione e tempo per le quali si ha il creep (ed eventualmente la rottura) dipendono dal metallo o dalla lega, dalla sua microstruttura e dall’ambiente di esercizio.

In generale, lo scorrimento viscoso avviene ad una temperatura leggermente al di sopra della temperatura di ricristallizzazione. Al di sopra di tale temperatura, infatti, gli atomi divengono sufficientemente mobili.

La temperatura critica al di sopra della quale il comportamento del metallo è influenzato dalla temperatura dipende dall’elemento base, ed è legata alla temperatura di fusione:Leghe di Al T[K] > 0.54 Tf [K] (205°C)Leghe di Ti T[K] > 0.3 Tf [K] (315°C)Acciai basso legati T[K] > 0.36 Tf [K] (370°C)Acciai austenitici T[K] > 0.49 Tf [K] (540°C)Leghe di Ni o Co T[K] > 0.56 Tf [K] (650°C)Leghe a base di metalli refrattari T[K] > 0.45 Tf [K] (fino a 1540°C)





Le principali modalità di danneggiamento ad elevata temperatura sono:• Scorrimento viscoso ;• Fatica oligociclica e ad elevato numero di cicli;• Fatica termica;• Sovrasollecitazionioppure possono essere una combinazione di queste modalità, con l’aggiunta dell’intervento dell’ambiente.

Scorrimento viscosoE’ un fenomeno di deformazione continuamente crescente nel tempo, con il carico che resta costante nel tempo. I meccanismi principali sono legati ai processi di incrudimento e di ricristallizzazione:

• Slittamento piani cristallografici(movimento dislocazioni)

• Formazione sottograni• Scorrimento del bordo dei grani

Temperatura

crescente

Strutturamigliore

Si definisce temperatura omologa di un metallo To il rapporto fra la temperatura a cui si trova il metallo e la sua temperatura di fusione, entrambe espresse in K.Lo scorrimento viscoso inizia ad attivarsi per To superiori a 0.4 ÷ 0.5



T = costanteσ = costante

Equilibrio dei processidi incrudimento e di

recristallizzazione

Formazione microfessureper deformazione localizzata

ai bordi granoFrancesco Iacoviello Università di Cassino


Tutti gli ostacoli alla restaurazione favoriscono la tenuta alloscorrimento viscoso:- struttura cristallina compatta (EC oppure CFC);- presenza di precipitati stabili termicamente;- dato che la rottura avviene essenzialmente per decoesioneintergranulare, la presenza dei bordi grano è negativa; da questa considerazione ha origine lo sviluppo di metalli a solidificazione orientata o monocristallini.



Curve di scorrimento viscoso per un acciaio al C a 800°C



Scorrimento viscoso per un acciaio austenitico a sforzo costante ed a sollecitazione unitaria costante



Tempo (h)

Scorrimento viscoso e recupero delle deformazioni a trazione del Pb a temperatura ambienteFrancesco Iacoviello Università di Cassino


Recupero a trazione di un acciaio al Cr-Mo



Diagramma σ – ε – t (sollecitazione unitaria, deformazione unitaria, tempo) per lo scorrimento viscoso



Rilassamento (ovvero variazione dello sforzo nel tempo per una deformazione unitaria imposta costante) per un acciaio al Cr.



Leggi costitutive dello scorrimento viscoso

ε0 (deformazione iniziale): si manifesta nell’istante in cui la s raggiunge il valore prefissato, ed è composta da una componente elastica (ε0e) ed una plastica (ε0p). In campo elastico può essere presa pari a σ/E(T), altrimenti è superiore.εs (deformazione primaria o stazionaria): è considerabile come una deformazione iniziale permanente (Odqvist) pari a E’ possibile anche definire una legge fenomenologica che leghi ε-σ-tεt (deformazione secondaria o transitoria):

Norton (1929)Francesco Iacoviello Università di Cassino


Numerose sono le leggi costitutive che permettono di legare i vari parametri fisici e meccanici. Fra queste si possono ricordare:Per tempi lunghi:

Oppure, per σ costante, può essere considerata soddisfacente la relazione (Odqvist):

Leggi costitutive dello scorrimento viscosoSommando i contributi dei vari termini di deformazione si ottiene la legge costitutiva del materiale soggetto a scorrimento viscoso.



I dati di rottura possono essere rappresentati in vario modo:

Acciaio legatoFrancesco Iacoviello Università di Cassino


Nimonic




Verifiche

Alle deformazioniε(t) < εlim

A rotturaσ < σR(T,t)

• Basata sulla conoscenza della legge costitutiva o della mappa di deformazione;

• Basata sulla conoscenza di alcuni dati del materiale (quindi mediante estrapolazioni e metodi parametrici);

• Basata sulla conoscenza delle mappe di rottura;

• Basata sulla conoscenza di alcuni dati del materiale



Verifica alle deformazioni basata sulla conoscenza della legge costitutiva

Se si conosce la legge costitutiva per condizioni confrontabili a quelle di esercizio (σ1, T1, t1), si calcola il valore della deformazione accumulata integrando, ad esempio, la relazione:

Si verifica che ε1 < εlim e si determina il coefficiente di sicurezza



Verifica alle deformazioni conoscendo la mappa delle deformazioni (o di “Ashby”)



Le dislocazioni si muovono soprattutto per

scorrimento

Diffusione nelnocciolo

Diffusione reticolare

Le dislocazioni si muovono

soprattutto per salto

Diffusione lungo i bordi

Si entra nella mappa in corrispondenza del punto di

interesse e si determina la velocità di deformazione. Si

moltiplica questo valore per il tempo e si calcola la

deformazione accumulata

Verifica basata sulla conoscenza di dati relativi al materiale

Se si hanno a disposizione le curve isocrone (figura a sinistra) o le curve di uguale deformazione (figura a destra), la determinazione della deformazione accumulata è immediata e la verifica si esegue come nei casi precedenti

Verifica basata sulla conoscenza di dati tabellati relativi al materiale

A volte si hanno a disposizione alcuni dati relativi alla sollecitazione unitaria che realizza una determinata deformazione unitaria in un certo tempo ad una determinata temperatura (sotto forma di tabelle o di grafici). In tal caso si interpolano i valori a disposizione



Verifica basata sulla conoscenza di alcuni dati del materiale mediante metodi parametrici

Si utilizzano dei diagrammi particolari (nomogrammi) che sono costruiti partendo dall’ipotesi che, definendo un opportuno parametro, funzione di T e di t (Temperatura e tempo), sia possibile descrivere tutte le curve (σ, T, t) in una unica curva detta di riferimento. Perché ciò sia possibile, deve essere rispettata la condizione che i meccanismi di danneggiamento non mutino al variare delle condizioni operative.



Verifica basata sulla conoscenza di alcuni dati del materiale mediante metodi parametrici

Esplicitando la relazione si ottiene:

Passando ai logaritmi:

ovvero, nel diagramma , un fascio di rette proprioIpotizzando che A non dipenda da σ, e che ΔH (energia di attivazione del processo) dipenda esclusivamente da σ, si ottiene il parametro di Larson-Miller (PLM):



Verifica a rottura utilizzando la mappa di “Ashby” a rottura



Se si hanno a disposizione alcuni dati a rottura per alcune sollecitazioni, in un certo tempo ad una determinata temperatura (sotto forma di tabelle o di grafici), si può procedere interpolando.

Verifica a rottura basata sull’impiegodel Parametro di Larson Miller



Verifica a rottura basata sulla conoscenza di alcuni dati tabellati del materiale

Fatica ad elevata temperaturaLa resistenza a fatica dei metalli e delle leghe è normalmente presentata sotto forma di curve S-N in cui vengono correlate le sollecitazioni con il numero di cicli a rottura. L’effetto della temperatura è notevole. La resistenza a fatica diminuisce con l’aumentare della temperatura, ma la quantificazione di tale diminuzione dipende dalla lega e dalla temperatura.Nel caso in cui si abbia la sovrapposizione di un carico statico e di una vibrazione (ad alta temperatura), il comportamento risulterà complesso, e comunque peggiore rispetto alla semplice resistenza allo scorrimento viscoso (ovvero con carico applicato staticamente).



Le vibrazioni meccaniche non sono la sola fonte di sollecitazioni cicliche. Gradienti termici variabili possono indurre deformazioni plastiche e, se ciclici, la conseguente deformazione ciclica può indurre la rottura del componente.

Fatica termica

In riscaldamento In raffreddamento



Comportamento a bassa temperatura






Prova di resilienza



Differenti morfologie di frattura possono essere visibili all’analisi al microscopio elettronico a scansione in funzione dei micormeccanismi prevalenti di frattura durante la prova di resilienza. Nel caso di frattura duttile uno dei meccanismi più frequenti è quello della coalescenza dei microvuoti, mentre nel caso di frattura fragile (ad esempio nel caso di metalli con reticoli cubico corpo centrato) la morfologia più frequente è quella del clivaggio.

Coalescenza di microvuoti Clivaggio



Acciaio basso tenore di C



Acciaio alto tenore di C



Acciaio inossidabile austenitico



Ottone incrudito



Alluminio



Rame



Resistenza alle radiazioni






Le radiazioni di cui ci si occuperà in questa parte del corso comprenderanno sia particelle cariche (elettroni, protoni, particelle alfa e frammenti di fissione) che radiazioni elettricamente neutre, che includono fotoni (raggi γ e X) e neutroni. Alcune caratteristiche sono riassunte nella tabella sottostante.



Per la stessa energia cinetica, le particelle più pesanti sono più lente, si fermano piùfacilmente e depositano la loro intera energia in una distanza più breve



Il comportamento delle particelle cariche (α, β, p) attraverso la materia è fondamentalmente differente da quello delle radiazioni neutre (n, γ, X). In particolare, le particelle cariche interagiscono fortemente con gli elettroni orbitali degli atomi del materiale all’interno del quale si muove la particella. La tipologia delle interazioni fra le particelle cariche ed un materiale dipende dalla loro massa.Particelle cariche pesanti (α e protoni): una particella pesante in movimento inizialmente perde energia per piccole quantità per le interazioni con gli elettroni del materiale attraverso il quale sta passando; quando la particella ha perso abbastanza energia da non poter più eccitare un elettrone, essa allora perderà energia mediante collisioni nucleari. Quando la particella ulteriormente rallenta, cattura elettroni in modo da diventare un atomo neutro (un protone diviene idrogeno, una particella alfa diviene un atomo di elio). Le particelle cariche pesanti rallentano in modo continuo e lungo un percorso rettilineo.Particelle cariche leggere (β): quando un elettrone passa attraverso la materia sono possibili quattro processi • Ionizzazione, con una perdita di energia comparabile a quella delle particelle cariche pesanti;

• Eccitazione nucleare (solitamente trascurabile);• Bremsstrahlung, ovvero la generazione di raggi X per collisioni elastiche delle particelle beta con gli elettroni del materiale attraversato;• Diffusione elastica per interazioni nucleari ed elettroniche; tale meccanismo diventa piuttosto importante nelle particelle beta, implicando un percorso a zig-zag.



Le radiazioni non cariche possono direttamente liberare particelle ionizzanti o innescare una trasformazione nucleare. Le interazioni fondamentali dei neutroni sono la diffusione e l’assorbimento, che include sia la cattura che la fissione. La cattura dei neutroni spesso produce nuclei radioattivi, emettitori a loro volta di radiazioni.Le principali interazioni dei fotoni sono funzione della loro energia:• Effetto fotoelettrico (a bassa energia : E < 200 keV): in questo meccanismo la radiazione elettromagnetica trasferisce tuta la sua energia ad un elettrone orbitale del materiale attraversato, che abbandona l’atomo con una energia pari a quella della radiazione incidente, cui deve essere sottratta l’energia di legame con l’atomo (questo è il principale meccanismo di funzionamento delle celle solari);• Diffusione Compton (energie intermedie, 200 keV – 1,5 MeV): consiste in una diffusione elastica del fotone con un elettrone di un atomo del materiale attraversato, con conseguente sua eccitazione; il fotone diminuisce in energia e modifica la sua traiettoria;• Produzione di una coppia (alte energie, E > 1,5 MeV): il fotone scompare e si forma una coppia elettrone-positrone.



Gli effetti generali delle radiazioni sui materiali possono essere classificati in:• Produzione di impurezze, ovvero trasmutazione di nuclei in altri nuclei che possono anche essere radioattivi (da neutroni per fissione ed attivazione mediante cattura, oppure formazione di H ed He, rispettivamente da un protone da una particella α);• Spostamento di un atomo dalla sua normale posizione reticolare con formazione di vacanze ed interstiziali, oppure con interscambio di posizioni reticolari fra atomi differenti;• Ionizzazione, dovuto all’allontanamento di elettroni dagli atomi;• Notevole rilascio di energia in un piccolo volume che può comportare il riscaldamento del materiale



Radiazione Impurezza prodotta Spostamento atomi Ionizzazione Rilascio energiaNeutronetermico

Neutroneveloce

Frammentodi fissione

Alfa

Protone

Beta

Gamma

Direttamente dalle reazioni di assorbimento

(principalmente neutroni termici); può portare ad

altre radiazioni

Diventano essi stessi delle impurezze

L’He può causare problemi di pressurizzazione

L’H può causare problemi di pressurizzazione

n/a

n/a

Sì, indirettamente

Spostamenti multipli per reazioni di

diffusione;

Sì, può causarlo

Sì

Qualche spostamento

Rari spostamenti (per effetto Compton)

Indirettamente

Questi ioni possono causare notevole ionizzazione con emissione β e γ

Sì

Direttamente

Direttamente

Indirettamente

Indirettamente

Notevole rilascio di calore in un raggio

molto breve

Sì in un raggio molto breve

Sì in un raggio breve

Deposito localizzato di calore

Riscaldamento γ su un lungo raggio

Spostamento atomicoNel caso in cui la particella carica attraversi un materiale, la sua energia si dissipa mediante eccitazione degli elettroni orbitali e mediante collisioni elastiche con i nuclei. Una collisione elastica può spostare un atomo dalla sua normale posizione reticolare. L’atomo spostato viene denominato interstiziale e la sua precedente posizione diviene una vacanza. Le particelle che possono produrre questo tipo di danneggiamento sono protoni (qualunque energia), elettroni (E> 150 keV) e neutroni



Particella uscente

Particella incidente

InterstizialeVacanza

Una “coppia di Frenkel consistente in una vacanza ed in atomo interstiziale

Una singola particella incidente può causare una cascata di collisioni. Tali collisioni sono prodotte sia dalla particella pesante incidente (p, n, ioni) e dalle particelle secondarie. Vari difetti (vacanze, interstiziali, coppie di Frenkel, dislocazioni) sono prodotte lungo il percorso di queste particelle e sotto forma di grappoli (cluster) alla fine del percorso.

La formazione di vacanze ed interstiziali implica un trasferimento dell’energia cinetica della particella all’energia potenziale depositata nel reticolo cristallino. Sia le vacanze che gli interstiziali, ma in particolar modo questi ultimi,sono sufficientemente mobili ad elevata temperatura e la ricottura facilita la loro ricombinazione. Ad elevata temperatura, l’ampiezza della vibrazione degli atomi nel reticolo cristallino aumenta, aumentando così la probabilità che un atomo interstiziale migri in una vacanza, annullando così di fatto entrambi i difetti.



IonizzazioneLa ionizzazione è il processo di rimozione o di aggiunta di un elettrone ad un atomo, generando in tal modo uno ione (rispettivamente positivo o negativo). Un processo strettamente collegato è quello dell’eccitazione , nel quale il livello di energia di un elettrone è incrementato. In ogni caso l’energia necessaria all’eccitazione è inferiore a quella richiesta dalla ionizzazione. La tabella precedentemente riportata mostra che le radiazioni cariche elettricamente (α, β, p) possono ionizzare direttamente la materia, mentre le radiazioni neutre (n, γ) lo possono fare solo indirettamente.Il processo di ionizzazione comporta un differente livello di danneggiamento nel materiale, in funzione del legame. In ordine crescente di danneggiamento, si avrà che la ionizzazione comporta un danneggiamento crescente:• Legame metallico (meno sensibile): tale legame consiste in una struttura di ioni positivi legati da un “mare” di elettroni liberi di valenza. La radiazione ionizzante aumenta l’energia cinetica degli elettroni, che però rapidamente ritornano al loro normale livello energetico, con una temporanea produzione di calore;• Legame ionico: nel legame ionico alcuni elettroni sono trasferiti da un elemento ad un altro (esempio, NaCl), comportando una struttura tridimensionalmente ben ordinata. La radiazione comporta una temporanea ionizzazione degli atomi reticolari, che divengono rapidamente neutri;• Legame covalente (più sensibile): in questo legame alcuni elettroni più esterni sono messi in comune fra gli atomi della molecola (esempio H2O). Una radiazione con una sufficiente energia da superere quella del legame covalente, può spezzare il legame, con un sostanziale cambiamento della composizione chimica.

Dato che il tessuto biologico è sostanzialmente costituito da legami covalenti, esso sarà in generale più suscettibile al danneggiamento da radiazioni dei componenti strutturali con legame metallico.

Materiali isolanti, dielettrici, plastiche, lubrificanti e gomme sono solo alcuni dei materiali sensibili alle radiazioni ionizzanti: ad esempio la gomma irradiata tende ad indurire (ma alcune, fortemente irradiate, tendono a divenire liquide).



Effetti macroscopici delle radiazioni sui materialiTutte le modifiche microstrutturali che sono state elencate modificano le proprietà meccaniche dei materiali (durezza, duttilità …). La tabella sottostante mostra gli effetti di un fascio di neutroni veloci su alcune classi di materiali



Nei metalli le modifiche sono modeste, se comparate con altre classi di materiali. Gli effetti sono simili a quelli ottenuti mediante una lavorazione a freddo, con un aumento della durezza e della velocità di scorrimento viscoso ed una diminuzione delle conduttività elettriche e termiche. Nel caso di neutroni veloci (i piùpericolosi) tutti gli acciai mostrano un aumento della durezza e della fragilità. Una ricottura può permettere di diminuire la durezza.

Criteri di scelta





Criteri di scelta

Lunghezza : 269.07 metriLarghezza : 28.5 metri

Il Titanic doveva affondare?


Criteri di scelta

La temperatura di esercizio ha influenzato le prestazioni dei panzer nella campagna

di Russia durante seconda guerra mondiale?


Criteri di scelta

Nella scelta del materiale più opportuno per una determinata applicazione intervengono numerosi fattori:


Criteri di scelta

Sollecitazioni

Ambiente

Lavorazioni

Le sollecitazioni, l’ambiente e le lavorazioni possono generare dei difetti oppure interagire con difetti già esistenti. Tali difetti possono evolvere nel tempo in modo “controllato” oppure catastrofico. Tali difetti vanno quindi:


Criteri di scelta

Sollecitazioni

Ambiente

Lavorazioni

Rilevati Misurati


Criteri di scelta

Sollecitazioni

Ambiente

Lavorazioni

Probabilità

La sicurezza e l’affidabilità sono dei parametri estremamente importanti in industrie come l’aeronautica, petrolchimica, nucleare.


Criteri di scelta

Criteri di progetto

Sicurezza ed affidabilità

Economicità dellascelta!


Criteri di scelta

Ambiente

Lavorazioni

Probabilità

Sollecitazioni

Criteri di progetto

Sicurezza ed affidabilità

Economicità dellascelta

SCELTA DELMATERIALE

Nella scelta del materiale per una determinata applicazione sono quindi numerosi i fattori che debbono essere presi in considerazione e l’obbiettivo della scelta di un materiale, solitamente, consiste nell’ottimizzare una serie di parametri, a loro volta scelti in base a considerazioni ingegneristiche ed economiche.


Criteri di scelta

Esempio: Progettazione bicicletta da corsaσ = E ερ = massa/volume

Specifiche di progetto:• Elevata rigidezza• Basso peso• Costo accettabile


Criteri di scelta


Criteri di scelta


Criteri di scelta

Peso bicicletta (kg)

Cos

to

(eur

o)

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