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frattura (metallurgia)

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Definizione

Rottura improvvisa di materiali metallici dovuta a sforzi, causati da una sollecitazione, applicata in un punto lontano da quello in cui la frattura ha inizio. Si distinguono due grosse tipologie di frattura: fragile e duttile (o tenace).

Frattura fragile

La frattura fragile è quella che avviene sotto un'azione esterna, per estensione di una cricca preesistente, a tensioni nominali che possono essere anche notevolmente inferiori al limite elastico del materiale. A una combinazione critica delle condizioni di severità della cricca e dell'intensità del campo di tensioni in vicinanza di essa, la velocità di estensione della cricca aumenta fino a un limite vicino al 40% della velocità del suono. L'alta velocità con cui il fenomeno procede nell'ultimo stadio permette di considerare la frattura, in tali condizioni, come istantanea. La rottura si propaga interamente a spese dell'energia elastica immagazzinata nel pezzo e quindi non può essere fermata eliminando la sollecitazione esterna. L'energia elastica in eccesso viene liberata al momento della rottura, dando origine a uno schianto (rumore) secco. L'apparenza esterna di un pezzo rotto per frattura fragile non mostra evidenza di fenomeni macroscopici di deformazione plastica, mentre le microdeformazioni sono ridotte al minimo. La frattura fragile può aver luogo per clivaggio (frattura transcristallina o infracristallina), riconoscibile a elevati ingrandimenti, per una notevole rugosità della superficie di rottura, oppure essere intercristallina (con superficie più liscia), di solito dovuta al procedere della frattura attraverso una pellicola formata da un costituente fragile della lega, segregato ai bordi dei grani. La pericolosità della frattura fragile è determinata dal fatto che essa si manifesta, in pezzi in opera, improvvisamente, senza che possa essere notata in precedenza alcuna deformazione plastica. Casi di frattura di questo tipo si hanno in tutte quelle situazioni in cui agiscono fattori capaci di provocare fragilità nei metalli.

Frattura duttile

La frattura duttile è quella che si sviluppa a seguito di una notevole deformazione plastica, anche localizzata, ed è iniziata da una nucleazione di pori che può essere: eterogenea per decoesione della matrice da parte di particelle di seconde fasi estranee a essa, omogenea per coalescenza delle microporosità esistenti nella matrice medesima. La propagazione della frattura avviene per ulteriore formazione di pori, causati dalla crescente deformazione plastica e, per collegamento tra loro di tali pori, con superfici di rottura determinate dall'azione della tensione tangenziale. Annullando le cause che producono la deformazione plastica, la propagazione della frattura si arresta. Data la bassa velocità di propagazione della frattura, non vi è un momento definito in cui questa avviene. La rottura non è accompagnata da uno schianto secco, ma il suo procedere provoca un crepitio prolungato, facilmente rilevabile con opportuni rivelatori acustici. Una caratteristica della frattura duttile in pezzi sottoposti a trazione è il fenomeno della riduzione della sezione (strizione), in corrispondenza della zona di rottura. Tale caratteristica, nei metalli molto duttili, può essere così marcata da ridurre l'area di contatto fra le due parti che risulteranno dalla rottura a una linea o addirittura a un punto, prima che il loro distacco abbia realmente luogo. In pezzi cilindrici sottoposti a trazione normale, la superficie di frattura duttile assume la forma di un imbuto troncoconico, mentre sua caratteristica macroscopica è una notevole fibrosità.