2-7 - Altri Materiali
3.3 Difetti di linea o dislocazioni
3.3.5 Interazioni tra dislocazioni
La maggior parte delle dislocazioni nei cristalli è in realtà di tipo misto, con presenza di componenti a spigolo ed a vite . In questo caso il difetto lineare cambia di carattere lungo la linea di dislocazione, assumendo la forma di un anello o linea chiusa ( loop).
Presi due diametri dell'anello di dislocazione, di cui uno parallelo e l'altro perpendicolare al vettore di Burgers, gli estremi di questi identificano quattro punti in cui passano le linee di dislocazione, ma le dislocazioni hanno in questi punti versi opposti l'una rispetto all'altra.
In base alla loro forma i loop si possono classificare in:
• Loop elementare. Questo loop, giacente in un piano, è costituito da un parallelogramma retto, in cui una coppia di lati opposti è costituita dallo stesso tipo di dislocazione elementare ( a spigolo o a vite, a seconda se normale o parallela al vettore di Burgers ) ma di segno opposto, e l'altra coppia di lati dall'altro tipo elementare di dislocazione, anch'essi di segno opposto.
• Loop generico. Si può sempre supporre che i lati del loop elementare, sotto l'effetto di sollecitazioni, si incurvino per minimizzare l'energia della dislocazione e che l'anello continui ad espandersi fino ad arrivare al bordo del cristallo, comunque provocando lo scorrimento della sezione nello stesso verso della
componente delle sollecitazioni applicate.
Le direzioni di espansione di un anello di dislocazione sono indipendenti dal vettore di Burgers.
• Loop prismatico. Si può immaginare di costruire un anello circolare di dislocazione, detto prismatico, inserendo un dischetto di atomi in una successione di piani paralleli tra loro: è chiaro che il dischetto viene a costituire un semipiano in più lungo il suo bordo circolare e pertanto il suo bordo è una dislocazione a spigolo, la quale idealmente può scorrere soltanto in senso prismatico, cioè in direzione alto-basso. La formazione di un tale anello di dislocazione, detta anche " dislocazione doppia di Frank ",
può prendere origine dalla migrazione nel sito di un numero limitato di atomi.
La formazione di uno di questi anelli può dare origine, nel materiale, al fenomeno di Frank-Read , cioè al moltiplicarsi delle dislocazioni nel materiale. E possibile ottenere un tale processo anche attraverso la precipitazione di " ostacoli " nel cristallo, che provocano il ripiegamento di una dislocazione semplice. Una fila di atomi può essere fonte di molteplici anelli , che si
diffondono quando è applicata una forza di taglio, eventualmente formando una deformazione a scalino sulla faccia del campione.
3.4 Deformazioni
Unmateriale in esercizio è sottoposto, nel campo elsticoa sollecitazioni (stress) la cui natura è spesso più complessa delle semplice sollecitazione normali o tangenziali (trazione e compressione per le prime di tagli per le seconde).Tutavia tutte le sollecitazioni possono essere considerate come composte da questi ultime.
Applicando una sollecitazione su un campione si può causare una dislocazione :se si va ad analizzare la superficie sollecitata si possono osservare delle deformazioni a gradino chiamate bande di scorrimento dovute allo
scorrimento degli atomi del metallo lungo specifici piani cristallografici chiamati piani di scorrimento . Il movimento
delle dislocazioni, detto appunto scorrimento, è alla base della deformazione plastica dei metalli e delle loro leghe. La deformazione ( strain ), intesa come risposta dei materiali ad una sollecitazione, dipende da vari fattori: - - Dalla loro resistenza meccanica ( strength ): cioè dalla struttura reticolare ( solido-ceramico, metallico, polimerico, composito, etc...);
- Dalla forza dei legami interatomici ( curve Condon - Morse ); - Dal numero di legami interatomici per unità di volume; - Dalla direzione di applicazione del carico.
Se la deformazione si annulla istantaneament e allorché viene tolta la sollecitazione; si parla di deformazione puramente elastica e in tal caso sussiste una legge lineare di proporzionalità tra sforzo-deformazione ; se invece si continua a sollecitare il materiale oltre il limite elastico si entra nel campo della deformazione plastica permanete e ci si scosta in maniera sempre più accentuata dalla legge di proporzionalità sforzo-deformazione.
A livello microscopico il comportamento deformativo dei metalli, delle leghe, dei ceramici e dei polimerici può essere spiegato a partire dalle fasi di produzione e lavorazione effettuate con dei processi complessi costituiti da molti passi. Ogni passo introduce difetti puntuali , difetti lineari e difetti di superficie , Alcune volte tuttavia la conoscenza della popolazione dei difetti introdotti dal processo di lavorazione che nel complesso influenzano profondamente il comportamento finale del materiale nel quale sono stati introdotti non garantisce ancora la prevedibilità del comportamento e della deformabilità di questi materiali.
Ad esempio una nuova popolazione di difetti può nascere a causa di improvvise variazioni di temperatura ( shock termici ): Kingery e Hasselman hanno introdotto dei parametri, cosiddetti parametri "R", per prevedere il
comportamento e le modalità di deformazione dei materiali sottoposti ad uno shock termico. Tali parametri "R" dipendono dalla resistenza meccanica, delle proprietà elastiche, della dilatazione termica e della effettiva conducibilità-diffusività termica.
La resistenza mec canica dipende dal difetto più grande in prossimità della superficie sottoposta a trazione. Le proprietà elastiche dipendono invece dalla intera popolazione dei pori contenuti nei materiali. La conducibilità e la diffusività termica diminuiscono allo aumentare del contenuto di impurezze presenti nel reticolo cristallino e del contenuto di difetti cristallini. La dilatazione termica è meno sensibile alla porosità ed ai difetti, ma dipende dalla omogeneità del potenziale atomico nel reticolo cristallino.