Soluzione - Università degli studi di Cagliari.

Università degli Studi di Cagliari - Facoltà di Ingegneria – Ing. Civile
Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata
Prof. Dr. Bernhard Elsener, Università di Cagliari
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Primo Pre-Esame del 20. Aprile 2011
tempo a disposizione: max. 60 minuti
scrivere in maniera ben leggibile
leggere attentamente il testo degli esercizi
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1 Nel grafico sono riportati i valori dellʻenergia di attivazione Q per creare delle
vacanze verso la temperatura di fusione per ferro, rame, argento, alluminio,
piombo.
a)
Descrivere brevemente lʼinterdipendenza tra Q e Tfus
Lʼenergia di attivazione Q e la temperatura di fusione Tfus sono proporzionale
b)
Spiegare perché si osserva questa interdipendenza.
Sia Tfus sia Q sono funzione dellʼ energia di legame
c)
Quale andamento si prevede per il coefficiente di espansione termico α nella
sequenza da ferro a piombo ?
Il coefficiente di espansione termico aumenta dal ferro al piombo
d)
Sono state eseguite prove di trazione a diverse temperature (0, 50, 100 e
200°C). Quale elemento sopraelencato mostra la più piccola variazione del
modulo di Young? Perché ?
La più piccola variazione si osserva nel ferro. Questo perché il ferro ha lʼenergia
di legame massima.
2. La figura mostra la curva di trazione del ferro.
a) Disegnare nella figura sopra la curva di trazione del ferro dopo una deformazione
a freddo di 30 %. Spiegare perché aumenta il carico di snervamento.
Il carico di snervamento aumenta perché durante la deformazione a freddo si
sono create tante dislocazioni che si bloccano a vicenda
b) Disegnare nella figura sopra la curva di trazione del rame puro e spiegare
brevemente le differenze rispetto al ferro.
Modulo di Young minore (energia di legame più bassa), carico di snervamento
minore e allungamento maggiore (reticolo CFC con piani compatti che facilitano il
movimento delle dislocazioni)
c) Disegnare nella figura sopra la curva di trazione di un monocristallo di ferro
(cresciuto come whisker, quasi privo di difetti) e spiegare perché dimostra queste
proprietà meccaniche.
Un whisker è praticamente privo di dislocazioni, dunque non c`è deformazione
plastica
d) Nel fare misure di durezza, quale sarà l’effetto se si fa una impronta molto vicina
ad una pre-esistente ? Spiegare perché.
La durezza misurata la seconda volta sarà più alta. Un impronto è una
deformazione plastica, dunque si sono mosse e formate nuove dislocazioni e si è
creato una zona deformato a freddo.
3) Creare delle leghe (aggiungere altri atomi) nel reticolo è un metodo per aumentare la resistenza meccanica dei metalli (indurimento per soluzione solida).
a) Spiegare perché atomi estranei aumentano la resistenza meccanica di un
metallo.
Atomi estranei distorgono il reticolo e impediscono il movimento delle disloc.
b) Per aumentare la resistenza meccanica delle leghe di rame viene utilizzato il
berillio. Spiegare perché questo elemento è particolarmente adatto.
Elemento
Raggio
atomico nm
Struttura
cristallografica
Rame Cu
0.128
CFC
Zinco Zn
0.133
EC
Piombo Pb
0.175
CFC
Nichel Ni
0.125
CFC
Alluminio Al
0.143
CFC
Berillio Be
0.114
EC
Berillio ha il raggio atomico più piccolo, il reticolo risulta fortemente distorto pur
permettendo una buona solubilità
c) Spiegare perché non viene utilizzato il piombo.
Non si usa il piombo perché la differenza di raggio atomico è eccessivo e non
una buona solubilità.
d) Spiegare perché la resistività elettrica dei metalli aumenta all’ aumentare della
temperatura ?
Aumentando la temperatura il movimento browniano degli atomi diventa più forte.
Il passaggio degli elettroni nel reticolo diventa più difficile e dunque la resistenza
elettrica aumenta.