Effetti di esplosioni di piccola carica sull’acciaio AISI 304 K: modificazioni microstrutturali in presenza di macrodeformazioni limitate

Vengono illustrati i cambiamenti microstrutturali subiti da dischi di acciaio AISI 304Cu a seguito di esplosioni di piccole cariche, che hanno prodotto deformazione macroscopica limitata o nulla. Le esplosioni sono state condotte presso il Balipedio Cottrau della Marina Militare Italiana (La Spezia), mediante cariche di 50 g oppure di 100 g di esplosivo NSP e con distanze carica-campione comprese tra 0,065 e 0,815 m, allo scopo di ottenere pressioni di picco sulla superficie dei campioni comprese tra 2250 bar e 5 bar teorici. Le pressioni di picco calcolate sono state verificate mediante alcune esplosioni strumentate nell’intervallo compreso tra 113 bar e 450 bar. L’influenza della dimensione del grano è stata valutata utilizzando campioni con grani da 60 e 32 µm. Le caratteristiche microstrutturali del materiale sono state studiate dopo le esplosioni analizzando le superfici dei campioni preventivamente lucidate, mediante diffrazione dei raggi X (XRD), microscopia ottica (OM), microscopia elettronica a scansione (SEM) e microscopia a scansione ad effetto tunnel (STM). Dopo esposizione all’esplosione, le superfici presentano principalmente geminati meccanici oltre a regioni soggette a fenomeni di ricristallizzazione e di fusione generalizzata o localizzata presso i bordi di grano. I fenomeni, osservati mediante OM, SEM e XRD, si attenuano all’aumentare della distanza caricacampione. La diffrazione dei raggi X ha permesso di verificare un re-orientamento locale dei grani negli strati superficiali; la rotazione dei cristalli è connessa a micro-geminazione, la quale induce profili di picco asimmetrici. La geminazione su scala microscopica è confermata dai profili STM, i quali mostrano increspature distanziate in modo regolare, che rappresentano le tracce lasciate dal processo sulla superficie. L’analisi XRD ha anche mostrato che le esplosioni di piccole cariche non inducono la formazione di fasi martensitiche ε ed α’. Le sezioni dei campioni, osservate mediante OM, hanno evidenziato solo la presenza di geminati meccanici, che possono essere osservati entro una certa distanza dalla superficie del disco esposta all’onda di esplosione e, nuovamente, in una piccola fascia localizzata presso la superficie opposta. I geminati sono progressivamente più evidenti al decrescere della distanza dalla carica. Per ciascuna carica e ciascuna dimensione del grano è stata individuata la distanza carica-campione alla quale essi scompaiono sia nell’interno del campione, sia sulla superficie, a distanze maggiori. Per correlare tale distanza con la componente critica della tensione di geminazione per l’acciaio utilizzato, è stata sviluppata un’analisi tensionale partendo dai risultati delle prove eseguite utilizzando bersagli strumentati.