Studio dell’effetto Portevin Le Chatelier su leghe di alluminio sottoposte a diverse velocità di deformazione

The Portevin Le Chatelier effect is a phenomenon that occurs in steel and alluminium alloys when they are subjected to a plastic deformation, causing a zone of eterogeneous deformation that is repeated along the material and a fluctuation of the tension-deformation curve in the plastic zone with the charateristic shape of “saw teeth”. This effect is dangerous because of aesthetic problem for the material deformated 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 most credited is the Dynamic Strain Aging (DSA), that attributes the cause to an interaction between the movement of disolactions and the spread of solute atoms. In this work the Portevin Le Chatelier effect is studied by tensile tests on aluminum alloys from the series 5000, alloy of particular interest because it is used for its cheapness, moderate mechanical proprerties, and therefore can undergo multiple processes by plastic deformation. Initially, some general information is provided about aluminum alloys, tensile tests and the phenomenon is explained by showing the principale theories. Then with the experimental analysis investigates the evolving of the Portevin Le Chatelier effect when the strain rate canges. First the study is focused on the analysis of the stress-strain curves for different strain rates, characterizing the type of bands, and the frequency and amplitude of the fluctuations formed in the curve due of the tension drop. After this, the study continues with the use of strain data obtained from image analysis methodologies, in order to identify the deformation bands and than, as done previously, characterize their amplitude and the frequency.

L’effetto Portevin le Chatelier 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 in quanto comunemente usata per via della sua economicità, discrete proprietà meccaniche e che quindi può subire molteplici lavorazioni per deformazione plastica dato il vasto utilizzo. 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 si entra nello specifico dell’analisi sperimentale effettuata, con l’obiettivo principale di capire e studiare più nel dettaglio l’effetto Portevin Le Chatelier per diverse velocità di deformazione. Dapprima lo studio è focalizzato nell’analisi delle curve tensione-deformazione per diverse velocità di prova, caratterizzando la tipologia di bande, e individuando frequenza e ampiezza caratteristica delle dentellature formatasi nella curva e dovute alle cadute di tensione. Dopo questa prima analisi si prosegue con l’ausilio dei dati ricavati da metodologie di analisi di immagine, in modo da individuare visivamente le bande, cioè le zone di deformazione, e in modo analogo, caratterizzarne ampiezza e frequenza con cui si ripetono lungo l’intero provino.