Proprietà dei Materiali

Quando parliamo di proprietà di un materiali indichiamo la misura del comportamento o trasformazione di esso sottoposto ad una sollecitazione. In particolar modo come reagisce il materiale fornito un certo input energetico. Esistono, fondamentalmente, 3 tipi di proprietà:

• Meccaniche
• Fisiche
• Chimiche

Si definisce durabilita di un materiale la capacità intrinseca di mantenere suddette proprietà nel tempo.

Chiaramente queste proprietà sono influenzate dal tipo di legame che c'è tra gli atomi delle varie molecole. La temperatura è la grandezza per eccellenza che riesce a far variare l'energia interna del legame. In particolare possiamo vedere il nostro legame come il cibo che inseriamo nel micro-onde, ovvero le micro onde vanno ad agitare le molecole di acqua contenute all'interno del cibo che scaldano tutto l'insieme. Ecco quando abbiamo un legame e forniamo energia sotto forma di calore facciamo agitare le molecole e il legame tende ad "allungarsi" aumentando di fatto l'energia interna U.
Alcuni materiali come il ferro, acciaio, etc quando vengono "scaldati" si tendono ad allungare subendo una dilatazione termica

Proprietà di Base

Densità

La densità dipende dal peso atomico e la struttura cristallina del materiale.

Rigidità

La rigidità di un materiale indica la resistenza alla deformazione elastica. Questa proprietà rappresenta una proprietà intrinseca del materiale e dipende fortemente dal legame atomico. Quando parliamo di rigità spesso parliamo di Modulo di Young o Modulo di Taglio, e si misura in [GPa]

Resistenza

In questo particolare caso intendiamo la resistenza allo scorrimento plastico. È una proprietà estrinseca del materiale dipendente in maniera elevata dalla struttura del materiale. Solitamente si parla di Resistenza a snervamento o rottura, e si esprime in [MPa, GPa]

Tenacità

Indica la resistenza a frattura, dipende strettamente dalla microstruttura del materiale (In particolare il comportamento all'apice delle cricche). Abbiamo tre sotto proprietà principali: Tenacità a frattura [MPa $\sqrt{m}$], Allungamento a Frattura [%], Energia a Frattura [J, $\frac{J}{m^2}$]

Proprietà secondarie

Temperatura

Con la temperatura indiamo proprietà come: Creep, Ossidazione, Punto di Funsione ($P_f$). La temperatura influisce anche proprietà come la resistenza a ossidazione, la stabilità microstrutturale, composti intermetallici

Resistenza a fatica

Ovvero la iniziazione e crescita delle cricche nelle sollecitazioni cicliche. Influita dalla durezza del materiale, dalla struttura cristallina o i meccanismi di indurimento e dalla propagazione delle cricche nelle microstrutture

Resistenza alla corrosione

Influita dalla elettrochimica dei materiali di base, e proprietà dei film ossidici. La microstruttura di regioni locali o di differente composizione chimica influisce questa proprietà

Formabilità

Ossia la: fondibilità, punto di fusione, fluidità, forgiabilità, scorrimento a pressione e a temperatura, saldabilità, etc, etc.

Naturalmente nella scelta di un materiale dobbiamo tenere in considerazione costi, ciclo di vita globale, strategicità, unicità del materiale, e la disponibilità.

Approfondimenti

Temperatura di Fusione

La temperatura di fusione indica la temperatura alla quale un materiale passa dalla fase solida a quella liquida. In particolare la $T_f$ dipende dall'energia di legame tra atomi e l'energia del reticolo.
Nei solidi ionici l'energia di reticolo $\alpha$ genera solidi dal basso punto di fusione.
I solidi composti da cationi a multivalenza hanno temperature di fusione più alte. Ad esempio il MgO che è di $\sim$ 2800°C. Mentre i solidi di tipo ceramico covalente come diamanti e ossidi hanno il più alto punto di fusione.
La $T_f$ va di pari passo alla refrattarietà, ovvero la capacità di sopportare senza deformazioni o fratture ad alti gradienti termici