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.
- La strizione inizia e cominciano anche a formarsi dei micro-vuoti nella zona strizionata.
- A causa dell’unione dei micro-vuoti, al centro del provino, si forma la cricca
- 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:
- Nella zona di massimo sforzo con le dislocazioni bloccate in corrispondenza degli ostacoli (es. bordo del grano ecc..) si forma una piccola deformazione plastica
- Si formano delle micro-cricche a causa degli sforzi di taglio generati dalle dislocazioni bloccate
- Avviene la propagazione delle micro-cricche (grazie anche all’energia elastica che viene immagazzinata durante il processo).
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