Un materiale, mantenuto sotto carico per un certo periodo di tempo, come si comporterà? E se la temperatura è elevata?
In italiano si parla di scorrimento viscoso, ma, in generale, è più noto come creep. In letteratura viene definito come il fenomeno di allungamento permanente del materiale, sotto l’applicazione di un carico, mantenuto per un certo periodo di tempo [Kalpakjian–Schmid, Tecnologia meccanica].
Lo scorrimento viscoso si verifica nei materiali viscoelastici, metallici e non metallici, con livelli di severità variabili in funzione sia del materiale che delle condizioni. Esempi estremi possono essere il piombo, che presenta creep già a temperatura ambiente, se sottoposto a sollecitazione costante nel tempo, e i materiali refrattari, dove lo scorrimento viscoso si presenta oltre i 1500 °C.
Conoscere la sensibilità al creep di un materiale è rilevante per tutti quei componenti che si trovano a lavorare per lungo tempo a temperature elevate, come è il caso, per esempio, delle palette delle turbine a gas, ma il fenomeno può interessare anche stampi e utensili. Quando manufatti si trovano a operare ad alte temperature, la resistenza al creep indica il limite della temperatura di esercizio del pezzo.
Lo scorrimento viscoso si manifesta quando viene superata la temperatura di scorrimento, che può essere considerata coincidente con la temperatura di ricristallizzazione, cioè all’incirca la metà della temperatura assoluta di fusione (°K).
Nel caso dei materiali metallici, il creep viene generalmente attribuito allo scorrimento dei grani lungo i bordi del grano.
Dentro il fenomeno
Lo scorrimento viscoso è un fenomeno indesiderato e temuto e, per questi motivi, va attentamente valutato, partendo dal materiale e considerando tre condizioni di lavoro fondamentali: temperatura di esercizio, sollecitazione, permanenza nel tempo della sollecitazione. Da ciò consegue la deformazione del manufatto.
Il creep può essere rappresentato attraverso la curva di scorrimento viscoso, che, pur avendo un andamento simile per tutti materiali, dipende fortemente dalla sollecitazione applicata e dalla temperatura, tenendo presente che la velocità di creep aumenta con l’aumentare delle sollecitazioni e della temperatura.
Il comportamento del materiale rappresentato dalla curva di creep evidenzia tre parti/fasi:
• Primario: è la zona di scorrimento primario, dove la velocità di deformazione (di creep) diminuisce nel tempo. La pendenza della curva definisce la velocità di creep.
• Secondario: è la zona di scorrimento secondario, dove la curva ha un andamento pressoché lineare, a pendenza costante: la pendenza permette di individuare la velocità di deformazione, non nulla, e, appunto, costante. Questo avviene perché si verifica una sorta di recupero per “bilanciare” l’incrudimento che si verifica nella fase primaria; il creep, ovvero l’allungamento, procede con una velocità stazionaria. La deformazione è permanente.
• Terziario: è la zona di scorrimento terziario, con un aumento rapido della velocità di creep, a causa della formazione, ai bordi del grano, di microvuoti, e al loro scorrimento relativo, fino ad arrivare alla deformazione massima e alla rottura.
La rottura del provino avviene per strizione ed è detta rottura per scorrimento viscoso. Parlando di componenti soggetti a creep, se l’instaurarsi delle varie fasi è inizialmente rilevabile solo a livello microscopico, col tempo, gli effetti diventano macro, con la formazione di cricche, ben visibili, che denotano la criticità raggiunta e la prossima rottura.
