Presentazione di PowerPoint

Deformazione Plastica
Lavorabilità alle macchine utensili
Che cosa sono le dislocazioni?
Difetti di linea presenti nei metalli
Vi sono due tipi di dislocazioni: a vite e a spigolo
Densità delle dislocazioni in una lega non
deformata plasticamente
= 106/cm2
Tipi di dislocazioni: “a spigolo”
Dislocazione a spigolo
Tipi di dislocazioni: a vite
Screw
Edge
Movimento delle
dislocazioni deformazione plastica
Note: Dislocations normally move under a shear stress
Il movimento delle dislocazioni
Campi di sforzo intorno alle
dislocazioni
Respingimento ed attrazione delle dislocazioni
Modalità di deformazione
Scorrimento (Slip)
Geminazione (Twinning)
Formazione delle bande di scorrimento
(Shear band formation)
Scorrimento (Slip)
Le dislocazioni si muovono lungo alcune
particolari direzioni (slip direction) e piani
cristallografici (slip planes).
La combinazione di direzioni e piani di
scorrimento prende il nome di sistema di
scorrimento (sliding system).
Sistemi di scorrimento
I piani e le direzioni di scorrimento sono quelli
a maggiore densità atomica
(caso dell’austenite)
Recall for fcc close-packed planes are {111}
Close-packed directions are <110>
I sistemi di scorrimento
Ferrite
Austenite
Sistemi di scorrimento
Sistema
cristallino
Piano di
scorrimento
Direzione di
scorrimento
Numero
totale dei
sistemi
presenti
Sistemi attivi
indipendenti
fcc
{111}
<110>
12
5
hcp
{0001}
<2110>
3
2/3
bcc
{110}
{100}
<111>
48
2
Interazione tra le dislocazioni
Positive
Positive
Repulsion
Positive
Negative
Attraction
&
Annihilation
Moltiplicazione delle dislocazioni
L’incrudimento è il risultato dell’interazione fra
dislocazioni dello stesso segno
Il medesimo meccanismo porta alla generazione
di un numero via via maggiore di dislocazioni
(Franck Reed Mechanism).
Geminazione (Twinning)
Consentono di raggiungere elevati incrudimenti
del materiale senza in presenza di significative
duttilità degli acciai.
Geminazione
Mechanical martensite / Martensite meccanica
AISI 304
a)10% cold reduction / riduzione a freddo
b)40% cold reduction / riduzione a freddo
c)50% cold reduction /riduzione a freddo
Formazione delle bande di scorrimento
Deformazione limitata e non omogenea
Deformazioni localizzate molto pronunciate ~1 or
100%
Si verificano sotto l’azione di elevati tassi di
deformazione
Sono associate a fenomeni di instabilità
(riscaldamenti adiabatici localizzati, ecc.)
La ricristallizzazione statica
Se si mantiene una temperatura pari a circa la metà di
quella di fusione si può notare una trasformazione della
struttura del materiale, in cui i grani precedentemente
deformati vengono sostituiti da nuovi grani che
nucleano e si accrescono.
Recupero e Ricristallizzazione
Il recovery avviene senza modifiche dei bordi di grano
AISI 304
Attacco elettrochimico in acido ossalico
Diverse riduzioni a freddo
A_5%
B_10%C_15%D_30%
AISI 304 attaccato in acido ossalico
A_incrudito al 20% e riscaldato per 5min a
B_750°C C_950°C D_1000°C E_1050°C F_1300°C
A
D
B
E
C
F
Rafforzamento
Blocco delle dislocazioni
Metodi di rafforzamento
Deformazione a freddo e incrudimento
Temperatura di deformazione pari 0.4Tm (K).
La densità di dislocazioni sale da 106/cm2 a 101012
/cm2.
L’alta densità delle dislocazioni provoca un forte
incremento nell’interazione delle dislocazioni.
Trafilatura
Trafilatura – filiera e riduzione
Trafila
Coefficiente di ridondanza
Rafforzamento per soluzione solida
Interazione tra campi di sforzo delle dislocazioni
ed altomi presenti nella soluzione solida.
Affinamento del grano
Grani fini conferiscono maggiore resistenza
allo scorrimento.
Grani più fini aumentano il numero di bordi
grano per unità di volume.
I bordi grano agiscono come barriere al
movimento delle dislocazioni.
La lavorabilità alle macchine utensili
La lavorabilità
Criteri
1) Misura del tempo di vita utile dell’utensile. L’inconveniente di questo metodo di
valutazione è la dipendenza della prestazione dalla del materiale costituente
l’utensile.
2) Forse sull’utensile ed assorvìbimento di potenza. All’aumentare dell’energia
specifica assorbita diminuisce la lavorabilità del materiale.
3) Metodo della finitura superficiale.
La lavorabilità
Valutazione della lavorabilità
American Iron and Steel Institute (AISI) ha detreminato la lavorabilità per
molti materiali attarverso delle prove di tornitura eseguite a velocità pari a
180 piedi al minuto. E’ stato arbitrariamente assegnato un valore del 100% di
lavorabilità ad un acciaio B1112 con 160HB di. Materiali che restituiscono
valori superiori al 100% sono più facili da lavorare, mentre quelli che
restituiscono un valore inferiore sono più difficoltosi da lavorare alle macchine
utensili.
Indice di Lavorabilità= Velocità di lavorazione che porta a 60 minuti di vita
dell’utensile / velocità del metallo standard che induce 60 minuti di vita
dell’utensile
L’acciaio B1112 porta ad una vita dell’utensile di 60 minuti ad una velocità di
100 piedi al minuto.
E’ chiaro che deve utilizzato il medesimo utensile.
Tornitura
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Fresatura, foratuta
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Forze sul tagliente
Meccanismo di formazione del
truciolo
Schema di taglio ortogonale
Il truciolo si genera
attraverso un processo di
scorrimento lungo regioni
ristrette che si estendono
dalla zona del tagliente
fino
alla
superficie
esterna secondo l’angolo
Azione dell’utensile ed angolo di taglio
Distribuzione del calore
Tipi di truciolo
Truciolo continuo
Truciolo con tagliente di
riporto
Built Up Edge)
Truciolo
segmentato
Tipi di truciolo
Truciolo ottenuto con alte velocità di
taglio
Truciolo ottenuto con base velocità di
taglio
Finitura superficiale
Truciolo continuo
• Tipico dei metalli duttili lavorati correttamente
• Finiture superficiali buone con basse forze di taglio
• Difficile allontanare il truciolo dalla zona utensile pezzo
(sull’utensile si monta un rompitruciolo)
Truciolo discontinuo
• Tipico dei metalli fragili
• Buone caratteristiche di finitura con basse forze di taglio e
limitato consumo dell’utensile
Truciolo con tagliente di riporto
• Si ha la presenza di materiale asportato sulla faccia
dell’utensile
• Questo riporto copre l’area di contatto tra truciolo e utensile
• Dà scarsa finitura superficiale
• L’utensile subisce un’intensa usura
• La superficie lavorata è fortemente incrudita
• Si possono introdurre tensioni residue notevoli
Truciolo con tagliente di riporto
Si hanno deformazioni plastiche ed elastiche differenziate nello spessore
molto elevate e forti riscaldamenti locali che risultano in tensioni residue
Fattori che influenzano la
formazione del truciolo
• Composizione chimica
• Microstruttura e trattamenti termici
• Inclusioni non metalliche
• Caratteristiche meccaniche e fisiche
Composizione chimica
Elementi che possono portare a fenomeni indesiderati.
In molti acciai inossidabili alcuni di questi elementi chimici
sono comunque indispensabili (es. Cr, Ni, Mo ecc.)
1.
Elementi che formano fasi molto dure (Cr, W, Mo, V).
2.
Elementi che rendono difficoltoso il distacco del truciolo
(Ni e Mn)
3.
Elementi disossidanti che formano particelle fini e ossidi
abrasivi (Si e Al)
Composizione chimica
Acciai a lavorabilità migliorata contenenti S, Pb, P, Se,
Ca,Te.
Possono rimanere completamente insolubili nell’acciaio
(Pb) oppure possono formare inclusioni non metalliche
(S)
Acciai contenenti zolfo:
S = 0.08-0.13% ma anche fino a
0.35%
Composizione chimica
Acciai a lavorabilità migliorata usati per la produzione di
pezzi in cui le lavorazioni di asportazione sono onerose.
1.Riducono costi e tempi
2.Riducono l’usura dell’utensile
3.Hanno un’azione lubrificante
4.Ritardano la formazione del tagliente di riporto
Composizione chimica Inclusioni MnS
AISI 430 con (a) 0.002%S e (b) 0.34%S
Alliganti per incrementare la lavorabilità
AISI 303 / AISI 430F
S
AISI 430 F/AISI 416/AISI 420F/AISI 303Se
Se
AISI 416
P
Si sono sperimentate recentemente dai
giapponesi anche aggiunte in boro (fino a
160ppm) per la produzione di AISI 304.
Lavorabilità con utilizzo
di B e N in acciai austenitici
MnS e BN
esagonale
individuati nella
matrice di acciaio
austenitico
Forze di taglio
Velocità ed angolo di taglio nelle
differenti condizioni di prova
Forma del truciolo
Rilievi sulla forma del truciolo