Conducibilità termica e dilatazione

Che influenza hanno conducibilità termica e dilatazione in una lavorazione per asportazione di truciolo?

Le lavorazioni per asportazione di truciolo sono caratterizzate dallo sviluppo di una grande quantità di calore nella zona di taglio. Calore che è sempre controproducente e che quindi deve essere tenuto sotto controllo.

Il calore generato dovrebbe essere dissipato a una velocità tale da evitare un aumento di temperatura troppo considerevole dato che gradienti termici troppo elevati possono innescare diversi problemi, dalla variazione metallurgica della zona interessata, alla deformazione sia del pezzo che dell’utensile, alla diminuzione della vita utile dell’utensile…

La capacità di un materiale di “smaltire” il calore è data dalla sua conducibilità (o conduttività) termica; oltre allo smaltimento del calore, la dilatazione termica del materiale è un altro fattore a cui porre attenzione.

La conducibilità termica

La conducibilità termica rappresenta la velocità con cui il calore fluisce attraverso un materiale. Nel caso di un materiale omogeneo, si definisce conducibilità termica il flusso termico che si trasmette attraverso una barra di lunghezza unitaria, avente sezione unitaria e sottoposta a una differenza di temperatura unitaria; è indicata con λ e, nel Sistema Internazionale, si misura in W/mK.

Aldilà della definizione, la conducibilità termica valuta quanta energia riesce a fluire attraverso un materiale, cioè la capacità del materiale a condurre calore.

I materiali con legami metallici hanno in genere un’elevata conducibilità termica, mentre per quelli con legami ionici, quali i ceramici o le plastiche, è bassa. Per quanto riguarda le leghe, la forte differenza di conduttività è determinata dai leganti, che possono presentare elevate differenze nei valori di conducibilità.

La conducibilità termica λ dei materiali varia con la temperatura e quindi si ha:

λ= λ(T)

Per alcuni materiali la conduttività aumenta all’aumentare della temperatura, mentre per altri diminuisce, quindi la variabilità con la temperatura complica notevolmente lo studio dei problemi di conduzione termica.

Il valore di λ dei diversi materiali varia entro limiti estremamente ampi e dipende dallo stato del materiale; oltre che con la temperatura, può variare in funzione della pressione e degli eventuali trattamenti termici subiti, che hanno una influenza diretta sulla struttura del materiale stesso.

È importante sottolineare come la conducibilità termica dipenda solo dalla natura del materiale, e non dalla sua forma, e, proprio per questo, è fondamentale per valutare sia il processo produttivo più idoneo, con le relative pratiche operative, che il comportamento in esercizio del lavorato.

Se λ è elevata, allora il materiale è un buon conduttore di calore; al contrario, più λ è basso, meno il materiale conduce il calore, fino a diventare un isolante termico, cioè con potere coibentante.

Nel caso di materiale non omogeneo, può essere trattato come omogeneo se si introduce la conducibilità termica equivalente (o apparente) λeq.

In maniera impropria, talvolta conducibilità termica e diffusività termica vengono accomunate. In realtà esiste una chiara differenza dato che la diffusività termica è il rapporto tra la capacità di un materiale di condurre energia termica e la sua capacità di accumulare energia, misurando quindi l’attitudine di un materiale a trasmettere una variazione di temperatura, e non il calore.

 

 

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