STUDIO DELL’EFFETTO PORTEVIN LE CHATELIER IN LEGHE DI ALLUMINIO TRAMITE DIGITAL IMAGE CORRELATION (DIC)

The Portevin Le Chatelier effect is a phenomenon that occurs in steel and aluminium alloys when they are by a plastic deformation, causing a zone of heterogeneous deformation that are repeated along the material and a fluctuation of the tension-deformation curve in the plastic zone with the characteristic shape of “saw teeth”. This effect is dangerous because of aesthetic problem for the material deformed and also because of it involves structural problems with a considerable decrease in mechanical properties. The first who noticed this effect was Portevin Le Chatelier, from which this effect takes its name. Nowadays there isn’t an univocal ad verified explanation for the phenomenon yet, the most credited is the Dynamic Strain Aging (DSA), that attributes the cause to an interaction between the movement of dislocations and the spread of solute atoms. In this work, we analyse the Portevin Le Chatelier effect on tensile tests, made in aluminium alloys from the series 5000, alloy of particular interest for its cheapness and for his discrete mechanical properties. Initially we describe some general information about aluminium alloys, tensile tests and the phenomenon is explained in more detail showing the main theories underlying it. Subsequently we enter into what is the real experimental analysis. In particular, the DIC (Digital Image Correlation) method will be introduced, one of the most widespread techniques for measuring displacements and deformations in a uniaxial tensile test. After we explain the operation of the method, all the equipment that composes it and its most significant parameters, we will focus our attention on the deformation maps of the specimen for a tensile test with a set deformation rate (in our case of 3 mm / s). A specific DIC software, more specifically MatchID in our case, processes these maps. The procedure includes several phases: first, it is necessary to insert the image of the starter specimen (before starting the test) and the subsequent ones, when the specimen begins its deformation (obtained by means of photographs in the form of frames). After this, it is necessary to set the characteristic parameters of the test, which we will see in detail later. Moreover, it is precisely here that our analysis will be focus: in particular, our aim will be to see how the deformation maps change as each of these parameters varies, and to be able to see the sliding bands typical of the PLC effect from the different maps.

L’effetto Portevin le Chatelier (PLC) è un fenomeno che si verifica su leghe di acciaio e leghe di alluminio quando vengono sottoposte ad una deformazione plastica di trazione, causando zone di deformazione disomogenea che si ripetono lungo il materiale e la fluttuazione della curva tensione-deformazione dopo aver superato il limite di snervamento, che assume così la caratteristica forma a denti di sega. Questo effetto è dannoso non solo in quanto causa problematiche dal punto di vista estetico al materiale che viene deformato, ma comporta anche problemi strutturali con una notevole diminuzione delle proprietà meccaniche. Il primo a osservare questa caratteristica di alcuni materiali metallici è stato Portevin Le Chatelier, nel 1909, da cui infatti prende il nome tale effetto. Ad oggi non è ancora presente una spiegazione univoca e globalmente accettata e verificata al fenomeno, quella attualmente più accreditata ne attribuisce la causa all’interazione tra il movimento delle dislocazioni e la diffusione di atomi di soluto. Questa teoria è conosciuta come invecchiamento dinamico DAS (Dynamic Strain Aging), di cui si parlerà più approfonditamente nei capitoli successivi. In questo elaborato viene studiato l’effetto Portevin Le Chatelier mediante prove di trazione su provini in lega d’alluminio della serie 5000, lega di particolare interesse e usata per via della sua economicità e delle sue discrete proprietà meccaniche. Inizialmente si forniscono alcune generalità riguardo alle leghe di alluminio, prove di trazione e si spiega più nel dettaglio il fenomeno mostrando le principali teorie che ne sono alla base. Successivamente entriamo in quella che è la vera e propria analisi sperimentale; verrà introdotto in particolare il metodo DIC (Digital Image Correlation), uno delle più diffuse tecniche di misurazione di spostamenti e deformazioni in una prova di trazione monoassiale. Spiegato il funzionamento del metodo, tutta l’attrezzatura che lo compone e i suoi parametri più significativi, andremo a focalizzare la nostra attenzione sulle mappe di deformazione del provino per una prova di trazione con una velocità di deformazione impostata (nel nostro caso di 3 mm/s). Tali mappe sono elaborate da un determinato software DIC, più specificatamente MatchID nel nostro caso. La procedura si articola in più fasi: in primis occorre inserire l’immagine del provino indeformato (prima di iniziare la prova) e delle successive, quando il provino inizia la sua deformazione (sono ottenute mediante delle fotografie sotto forma di frame). Fatto questo occorre impostare i parametri caratteristici della prova, che vedremo in dettaglio in seguito. Ed è proprio qui che sarà rivolta la nostra analisi: in particolare il nostro scopo sarà i vedere come si modificano le mappe di deformazione al variare di ciascuno di questi parametri, e riuscire a vedere dalle diverse mappe le bande di scorrimento tipiche dell’effetto PLC.