Influenza dello strain-rate sul comportamento meccanico dei ...

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Cap. I – EFFETTI DELLA VELOCITÀ DI DEFORMAZIONE SUL COMPORTAMENTO MECCANICO DEI MATERIALI STRUTTURALI 1.2.2 Fattori che influenzano il comportamento dinamico dei materiali metallici I fattori che influenzano il comportamento dei materiali metallici ad alta velocità di deformazione e che, quindi, determinano risposte meccaniche diverse a seconda del metallo considerato sono molteplici e possono essere individuati ordinatamente facendo riferimento ai differenti cicli di produzione a cui sono sottoposti. In questa sede si tratteranno solo i metalli di interesse per l’ingegneria civile e, quindi, saranno analizzati quelli derivanti dalla trasformazione dei minerali di ferro: ferro, acciaio e ghisa. Partendo dal processo di trasformazione degli ossidi di ferro (magnetite ed ematite) il primo importante fattore da considerare è la presenza di elementi diversi che, costituendo delle impurezze all’interno dei minerali di base, si inseriscono nella struttura cristallina modificano le proprietà meccaniche dei metalli ferrosi. Gli elementi che possono inizialmente far parte della struttura di questi materiali sono: il carbonio C, il silicio Si, il manganese Mn, il fosforo P e lo zolfo S. Anche altri elementi possono trovarsi all’interno dei metalli ferrosi per aggiunta di rottami d’acciaio, alluminio e calce che, a vario titolo, intervengono per “purificare” il materiale da tenori troppo elevati degli elementi inizialmente presenti. Esaminando i vari casi possiamo dire che il crescente tenore di carbonio aumenta la sensibilità e quindi le prestazioni ad elevati strain-rate ostacolando la formazione di nuove dislocazioni o la loro ridistribuzione [14]. Ordinatamente sono riportate le scansioni effettuate al microscopio elettronico di acciai con basso, medio ed alto tenore di carbonio a seguito di due prove con diverse velocità di deformazione rispettivamente di 1.1·10 3 e 5.5·10 3 s -1 . Come si può notare, la crescente percentuale di carbonio ostacola sempre più la formazione di trame articolate di difetti dando luogo, a rottura, ad accumuli di difetti poco sviluppati e quindi grani di grosse dimensioni. 34
Cap. I – EFFETTI DELLA VELOCITÀ DI DEFORMAZIONE SUL COMPORTAMENTO MECCANICO DEI MATERIALI STRUTTURALI Figura 1. 17 - Fotografia al microscopio elettronico di un acciaio con basso tenore di carbonio (low carbon steel) Figura 1. 18 - Fotografia al microscopio elettronico di un acciaio con medio tenore di carbonio (medium carbon steel) Figura 1. 19 - Fotografia al microscopio elettronico di un acciaio con alto tenore di carbonio (high carbon steel) Acciai legati con atomi di silicio e manganese per basse velocità di deformazioni registrano un miglioramento delle caratteristiche meccaniche effetto però che non si mantiene costante anche per alti valori di strain-rate. Infatti, la presenza di questi atomi fa sì che aumenti la sensibilità nei confronti della temperatura e che, quindi, per strain-rate elevati, la sensibilità alla velocità di deformazione si riduca. Un ulteriore peggioramento si può notare in termini di duttilità del materiale con allungamenti che, nel caso quasi-statico, possono spingersi sino al 35
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