Effetto dei tempi di trattamento termico e della composizione chimica sulle proprietà microstrutturali e meccaniche di leghe Al-Si-Mg da fonderia

La resilienza di un materiale è, per definizione, la misura della sua capacità di resistere agli urti. La prova di resilienza misura l’energia necessaria a fratturare un provino del materiale in esame per mezzo di un carico impulsivo. Questa prova indica la sensibilità all’intaglio del materiale, causata dalla presenza di promotori di tensioni interne come inclusioni ai bordi di grano, fasi secondarie, difetti e porosità; fornisce inoltre un’indicazione di massima sulla fragilità del materiale. Ad un materiale caratterizzato da elevata resilienza, infatti, corrisponde anche una bassa fragilità.

Un provino sottoposto a prova di resilienza può manifestare frattura duttile o fragile: per l’interpretazione della frattura è molto importante la presenza dell’intaglio, poiché questo introduce una concentrazione di tensione e una limitazione alla deformazione plastica alla sua estremità. All’applicazione del carico, la regione intagliata viene a trovarsi in condizioni di tensione triassiale e la deformazione per scorrimento, che richiede tensioni tangenziali, può venire annullata da un tale stato di tensione. In questo modo un campione intagliato deve sopportare un livello più alto di tensione effettiva rispetto ad uno non intagliato. Il materiale all’intaglio, sottoposto ad elevati sforzi di trazione, tenderà allo snervamento mediante contrazione verso l’interno, nel piano normale alla tensione di trazione applicata.

Il metallo situato sopra e sotto l’intaglio, invece, non si snerva e impedisce lo snervamento del materiale dell’intaglio, che viene quindi ad essere sottoposto a tre tensioni di trazione: la prima è quella applicata, le altre due sono quelle di trazione orizzontali indotte. All’aumentare dello stato di triassialità dello sforzo si assiste ad una diminuzione della duttilità del materiale; la presenza dell’intaglio crea una situazione di coazione plastica e lo stato triassiale di tensione che viene indotto limita la deformazione, favorendo la frattura fragile. Questa si verifica per rapidissima propagazione di una lesione, successiva ad una deformazione plastica piccola o nulla. Questo tipo di frattura procede normalmente lungo precisi piani cristallografici, detti piani di clivaggio e l’aspetto della superficie di frattura si presenta granuloso e brillante, a causa della diversa orientazione del piano di separazione.

La frattura fragile può anche procedere lungo i bordi di grano, poiché proprio in queste zone si ha la precipitazione di composti fragili, oppure perché non si ha perfetta compattazione tra un grano e l’altro a causa di microporosità o microritiri formatisi durante la solidificazione. La frattura duttile, invece, si verifica dopo una consistente deformazione plastica e quindi con conseguente maggior assorbimento di energia rispetto alla frattura fragile. La propagazione della lesione è più lenta ed è causata dalla nucleazione, crescita e coalescenza di vuoti (dimples) all’interno del materiale, mentre la superficie di frattura si presenta opaca e fibrosa. La resilienza e la duttilità sono legate alla struttura cristallina e alle fasi presenti: una delle caratteristiche alle quali occorre fare attenzione è la dimensione del grano cristallino e dei precipitati intermetallici, la dimensione delle porosità e delle cavità da ritiro. La concomitanza di fattori sfavorevoli influisce sulla resistenza e sull’allungamento percentuale.