Meccanismi Microscopici di Rottura dei Metalli: la Frattura

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frattura

Oggi parliamo dei meccanismi microscopici di rottura dei metalli. In particolar modo ci soffermeremo sulla frattura e, di conseguenza, sulla propagazione delle cricche.


Cos’è una frattura? E come ha luogo?

La frattura è la suddivisione di un materiale in due o più parti che sono sotto l’azione di un carico. Ma nello specifico come ha luogo una frattura? Quest’ultima avviene a seguito del propagarsi di una cricca, una fessura di lunghezza e geometria variabile. E cosa influenza la frattura?

  • pori
  • inclusioni di particelle fragili
  • micro-cricche
  • difetti di fabbricazione del materiale (con finitura superficiale).
Uno sguardo alla propagazione delle cricche.

La meccanica della frattura (ramo della meccanica che si occupa di studiare gli effetti di cricche e difetti sullo stato di sforzo applicato ad un corpo), spiega che la propagazione delle cricche viene influenzata da diversi fattori:

  • tenacità del materiale (quantità di energia assorbita dal materiale al momento della rottura)
    • la propagazione della cricca nei materiali fragili richiede una minore energia rispetto a quelli duttili, che sono soggetti a deformazione plastica prima della rottura.
  • velocità di sollecitazione (se la sollecitazione è di tipo impulsivo, un materiale a comportamento duttile sotto carico imposto gradualmente può dare rottura fragile).
Quali sono i meccanismi microscopici di rottura dei metalli?

I meccanismi microscopici di rottura dei materiali, in questo caso dei metalli, possono essere di tipo “duttile” o “fragile”. Questi tipi di rottura vengono generati dal movimento delle dislocazioni. Andiamo ora a fare qualche esempio relativo ai test con dei provini.

FRATTURA DUTTILE

Solitamente, se la deformazione avviene a T>0.4 Tm, si verifica la frattura è duttile (come conseguenza di scorrimenti tra piani cristallini). Ma cosa genera questo fenomeno? Le cavitazioni, da cui le cricche si propagano con facilità.

Qui il provino è soggetto a carico maggiore del carico di rottura, deformandosi plasticamente.

  1. La strizione inizia e cominciano anche a formarsi dei micro-vuoti nella zona strizionata.
  2. A causa dell’unione dei micro-vuoti, al centro del provino, si forma la cricca
  3. La cricca si propaga fino alla superficie (nello specifico 45° rispetto all’asse di trazione).

D-E. Rottura

FRATTURA FRAGILE

Questo tipo di frattura coinvolge:

  • molti metalli a struttura EC (che presentano in direzione normale ai piani [0001] un limitato numero di piani di scorrimento)
  • alcuni CCC (ferro, molibdeno, tungsteno se sono sollecitati velocemente a bassa T)

In questo caso, possiamo avere la propagazione di due tipologie di cricche:

  • intragranulari (se il bordo del grano è soggetto a corrosione)
  • intergranulari (se il bordo del grano si infragilisce per segregazione)

Ecco il processo:

  1. Nella zona di massimo sforzo con le dislocazioni bloccate in corrispondenza degli ostacoli (es. bordo del grano ecc..) si forma una piccola deformazione plastica
  2. Si formano delle micro-cricche a causa degli sforzi di taglio generati dalle dislocazioni bloccate
  3. Avviene la propagazione delle micro-cricche (grazie anche all’energia elastica che viene immagazzinata durante il processo).

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