Scorrimento viscoso

Lo scorrimento viscoso o scorrimento plastico permanente o deformazione viscosa (in inglese creep, in francese fluage) è la deformazione di un materiale sottoposto a sforzo costante che si verifica nei materiali mantenuti per lunghi periodi ad alta temperatura. Tale fenomeno è presente nei materiali viscoelastici (tra cui l’acciaio, il calcestruzzo e le materie plastiche).

Il fenomeno duale, cioè la diminuzione nel tempo delle tensioni inizialmente create, a deformazione costante, è detto rilassamento degli sforzi.

Lo scorrimento viscoso si manifesta al di sopra della temperatura di scorrimento (Ts), coincidente indicativamente con la temperatura di ricristallizzazione e approssimabile, in media, alla metà della temperatura di fusione misurata in kelvin.

Si possono distinguere tre fasi principali quando il processo avviene a T > Ts e sollecitazione costante:

  • primo stadio (creep primario): all’applicazione del carico si ha la deformazione elasto-plastica, che aumenta con velocità decrescente favorita dalla mobilità delle dislocazioni più favorevoli (creep logaritmico);
  • secondo stadio (creep secondario): si stabilisce un equilibrio tra l’incrudimento e la ricristallizzazione: la deformazione prosegue a velocità quasi costante e bassa relativamente a quella presente nella fase successiva;
  • terzo stadio (creep terziario): la deformazione aumenta rapidamente, arrivando velocemente alla rottura, a causa delle microcricche appuntite e dei microvuoti tondeggianti (nei punti di incontro di tre cristalli) e soprattutto dello scorrimento diffusivo dei giunti dei grani (cioè i grani si allungano per diffusione di atomi nella direzione della trazione e di vacanze nella direzione normale).

Dato che TS è circa pari a 0,5 TF, per la costruzione di componenti che debbano essere utilizzati a temperatura elevata si preferiscono materiali altofondenti. Escludendo il terzo stadio, il creep è influenzato dalla presenza di numerosi piani di facile scorrimento; quindi sono svantaggiati i metalli con reticolo C.F.C. (cubico a facce centrate) e quelli monocristallini o a grano grosso. Lo scorrimento delle dislocazioni può inoltre essere diminuito grazie all’inserimento di elementi alliganti; oligo-elementi quali boro e zirconio, invece, ostacolano lo slittamento dei bordi dei grani.

Per migliorare la resistenza allo scorrimento viscoso sono utili i trattamenti che contribuiscano a ridurre la superficie dei giunti, come ricottura, normalizzazione, solidificazione direzionale, creazione di oggetti in monocristallo.
La resistenza può essere aumentata anche da operazioni quali per esempio deformazioni plastiche preventive a freddo che ostacolino le dislocazioni, la precipitazione di particelle all’interno dei cristalli sotto alla temperatura di equicoesione o tra i cristalli per temperature superiori.

La produzione di metalli resistenti al creep avviene spesso sotto vuoto per eliminare le impurezze gassose (in particolare l’ossigeno, che potrebbe ossidare l’alluminio e il titanio quasi sempre presenti).

Fonte Wikipedia