{"id":23873,"date":"2025-04-04T03:54:26","date_gmt":"2025-04-04T01:54:26","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2025\/04\/04\/il-fenomeno-del-creep\/"},"modified":"2025-04-04T03:54:26","modified_gmt":"2025-04-04T01:54:26","slug":"il-fenomeno-del-creep","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2025\/04\/04\/il-fenomeno-del-creep\/","title":{"rendered":"Il fenomeno del creep"},"content":{"rendered":"
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Lo scorrimento viscoso (spesso chiamato con termine inglese: creep) \u00e8 un fenomeno che porta alla deformazione di un materiale sollecitato da un carico statico quando operanti per lunghi periodi in ambienti ad alta temperatura. Tale fenomeno \u00e8 presente in tutti i materiali viscoelastici. Tra questi, oltre al calcestruzzo ed alle materie plastiche, anche l\u2019acciaio.<\/strong><\/p>\n

di Franco Concli<\/em><\/p>\n

Per capire lo scorrimento viscoso di un materiale, le semplici prove di trazione quasi-statiche a temperatura ambiente non forniscono informazioni sufficienti. In queste prove, il passaggio dalle forze applicate al valore di sollecitazione nel provino, avviene, in campo elastico, mediante la teoria di de-Saint Venant e la legge di Hooke. Di fatto, un provino soggetto ad un carico di pura trazione, costante nel tempo, mostrer\u00e0 un valore di sollecitazione anch\u2019esso costante nel tempo. Di conseguenza, data la relazione lineare tra sforzi e deformazioni, anche queste ultime saranno costanti (cos\u00ec come l\u2019allungamento del provino). Se per\u00f2 un test analogo venisse condotto a temperatura elevata (tipicamente tra 1\/3 e 1\/2 della temperatura di fusione), per una forza costante applicata, il valore di deformazione (e quindi la lunghezza del provino) non sarebbe anch\u2019esso costante ma aumenterebbe nel tempo.<\/p>\n

Le prove di creep<\/h2>\n
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Figura 1: curva di creep: la deformazione varia nel tempo<\/figcaption><\/figure>\n

Figura 1 mostra l\u2019andamento tipico di una prova di creep. Si nota come la deformazione aumenti nel tempo anche a fronte di un carico applicato costante. Di fatto lo scorrimento viscoso altro non \u00e8 che una deformazione plastica permanente che si manifesta in presenza di una esposizione del materiale ad un carico costante e temperatura elevate per tempi relativamente lunghi.<\/p>\n

Le fasi di deformazione<\/h3>\n

Oltre alla deformazione elastica dovuta all\u2019applicazione del carico, in Figura 1 possono essere distinte tre fasi. Lo stadio primario \u00e8 la fase in cui la deformazione plastica dovuta allo scorrimento viscoso ha una velocit\u00e0 decrescente nel tempo. Le deformazioni che si manifestano nel primo stadio del creep sono associate ad un accumulo delle dislocazioni. Di fatto la presenza di un carico termico \u201cattiva\u201d il moto atomico che porta alla nascita di nuovi piani di scorrimento per le dislocazioni.<\/p>\n

Lo stadio secondario \u00e8 uno stadio caratterizzato da una velocit\u00e0 di deformazione pressoch\u00e9 costante. In questa fase, la favorita mobilit\u00e0 delle dislocazioni \u00e8 in equilibrio con la resistenza indotta dalla formazione di altre dislocazioni e barriere microstrutturali.<\/p>\n

Infine, il terzo stadio \u00e8 caratterizzato da una velocit\u00e0 crescente di deformazione che porta alla rottura finale. L\u2019aumento del tasso di deformazione che si ha in questa fase \u00e8 sostanzialmente dovuto ad un aumento delle sollecitazioni a causa di un restringimento della sezione a causa dell\u2019allungamento (un po\u2019 come avviene nel caso di strizione nella prova quasi-statica).<\/p>\n

Il comportamento a creep \u00e8 spesso descritto dall\u2019equazione di Arrhenius:<\/p>\n

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In cui \"\"\u00a0\u00e8 il tasso di variazione della deformazione, ossia la velocit\u00e0 del creep. C rappresenta una costante che dipende dal materiale, R \u00e8 la costante universale dei gas perfette e T \u00e8 la temperatura assoluta. Q rappresenta l\u2019energia di attivazione per il meccanismo dello scorrimento viscoso. L\u2019utilit\u00e0 dell\u2019equazione di Arrhenius sta nella sua capacit\u00e0 previsionale del comportamento a creep al variare della temperatura (Figura 2).<\/p>\n

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Figura 2: diagramma di Arrhenius<\/figcaption><\/figure>\n

Velocit\u00e0 di creep per materiali diversi<\/h3>\n

A titolo di esempio, la Tabella 1 riporta le velocit\u00e0 di scorrimento viscoso per alcuni materiali.<\/p>\n

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\u00a0<\/td>\n\u00a0[mm\/mmh \u00a0106<\/sup>]<\/td>\n<\/tr>\n
Al2<\/sub>O3<\/sub><\/td>\n1.3<\/td>\n<\/tr>\n
BeO<\/td>\n300.0<\/td>\n<\/tr>\n
MgAl2<\/sub>O4<\/sub> (1-3 mm)<\/td>\n1<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>
Tabella 1: velocit\u00e0 di creep per alcuni materiali<\/figcaption><\/figure>\n

Sulla base di questa legge \u00e8 possibile creare diagrammi a supporto della progettazione e scelta dei materiali per applicazioni in temperatura.<\/p>\n

Sebbene anche i metalli <\/strong>soffrano di creep, il fenomeno \u00e8 pi\u00f9 marcato nei materiali ceramici<\/strong> il cui utilizzo per applicazioni ad alta temperatura \u00e8 frequente. Nei materiali ceramici, il creep risulta un fenomeno molto pi\u00f9 complesso che per i metalli in quanto entrano in gioco altri fattori come, ad esempio, la neutralit\u00e0 della carica e le differenti diffusivit\u00e0 per anioni e cationi. Di conseguenza, i bordi grano giocano un ruolo determinante per quanto concerne lo scorrimento viscoso. Lo scorrimento di grani adiacenti (lungo i bordi) porta ad una riconfigurazione strutturale. Nel caso di materiali ceramici il cui grado di purezza non sia particolarmente elevato, \u00e8 anche possibile trovare fase vetrosa a bordo grano. In tal caso, lo scorrimento avviene non solo tra un grano e l\u2019altro ma anche all\u2019interno della fase vetrosa.<\/p>\n

I materiali polimerici<\/h4>\n

Passando ai materiali polimerici<\/strong>, aventi un punto di fusione relativamente basso, il creep \u00e8 pressoch\u00e9 sempre presente. Inoltre, nei polimeri, vi \u00e8 un altro aspetto correlato: la stress relaxation (o rilassamento delle tensioni). Per meglio comprendere questo fenomeno si pensi alla perdita di elasticit\u00e0 nel tempo di un elastico!<\/p>\n

Se per\u00f2 la deformazione viscosa interessa una deformazione crescente nel tempo in materiali sottoposti a carico costante (ed elevate temperature), il rilassamento delle tensioni interessa una tensione decrescente nel tempo in materiali (polimeri) sottoposti a deformazioni costanti nel tempo. Il meccanismo alla base di quest\u2019ultimo fenomeno \u00e8 un flusso viscoso di molecole che scorrono gradualmente l\u2019una sopra le altre per periodi di tempo relativamente lunghi. Il flusso trasforma una quota della deformazione inizialmente elastica in una deformazione plastica. Il rilassamento delle tensioni \u00e8 anch\u2019esso modellabile attraverso una legge esponenziale<\/p>\n

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In cui \u00a0\u00e8 la tensione, \u00a0\u00e8 il tempo di rilassamento (definito come l\u2019intervallo di tempo necessario affinch\u00e9 la sollecitazione si riduca del 63%). Guardando la natura dell\u2019equazioni si nota come anche il rilassamento viscoso sia un fenomeno di tipo Arrhenius, la sua equazione pu\u00f2 quindi essere scritta nella forma:<\/p>\n

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\"\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n

Esempi di calcolo<\/h2>\n

Velocit\u00e0 di creep<\/h3>\n

Da un test di laboratorio a 1000\u00b0C si \u00e8 ottenuta una velocit\u00e0 di creep pari a 5 \u00a010-1 <\/sup>% all\u2019ora. In questa lega metallica il meccanismo di scorrimento viscoso viene attivato con un\u2019energia pari a 200 kJ\/mol. Si stimi la velocit\u00e0 di scorrimento viscoso ad una temperatura di 600\u00b0C.<\/em><\/p>\n

Dai dati ottenuti dall\u2019esperimento di laboratorio \u00e8 possibile stimare C in<\/p>\n

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\"\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n

Di conseguenza, alla temperatura di esercizio di 600\u00b0C, la velocit\u00e0 risulta pari a \"\"all\u2019ora.<\/p>\n

Temperatura di creep<\/h3>\n

Si consideri un recipiente in pressione per l\u2019industria petrolchimica. La lega Inconel 718 impiegata per la realizzazione del serbatoio, deve resistere 10000 h ad una tensione di esercizio di 690 MPa. Fino a che temperatura pu\u00f2 lavorare il sistema?<\/em><\/p>\n

Sapendo che a 540\u00b0C \u00a0\u03c3 = 861 MPa, a 595\u00b0C \u03c3 = 655 MPa e a 650\u00b0C \u03c3 = 448\u00a0MPa, \u00e8 possibile determinare la temperatura massima a cui il recipiente in pressione potr\u00e0 operare: 585\u00b0C.<\/p>\n

Stress relaxation<\/h3>\n

Il rilassamento delle tensioni per un polimero a 25\u00b0C avviene in 60 giorni.<\/p>\n

Se questo viene caricato con una tensione iniziale di 2 MPa, quanti giorni sono necessari affinch\u00e9 il valore si dimezzi?<\/em><\/p>\n

Se l\u2019energia di attivazione del processo di rilassamento \u00e8 pari a 30 kJ\/mol, quale risulta essere il tempo di rilassamento a 35\u00b0C<\/p>\n

Dall\u2019equazione \"\"\u00a0\u00e8 possibile calcolare la durata: <\/p>\n

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\"\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n

Con l\u2019equazione \"\"\u00a0\u00e8 possible invece dispondere alla seconda domanda.<\/p>\n

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\"\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n

Da cui \"\".<\/p>\n<\/div>\n

L’articolo <strong>Il fenomeno del creep<\/strong><\/a> sembra essere il primo su Il Progettista Industriale<\/a>.<\/p>\n<\/div>\n

Vai alla fonte.<\/a><\/p>\n

Autore: Roberta Falco<\/p>\n

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