Appunti del corso di Scienza dei materiali e metallurgia - seconda parte

Diagrammi di Stato

Fase = porzione omogenea di un sistema chimico-fisico eterogeneo, distinguibile.

Le fasi hanno regioni liquide che nei solidi e vengono individuate con le lettere greche.

Componenti: elementi che vengono inizialmente mescolati insieme.

Le fasi di equilibrio: scambi di materia ed energia uguali, cioè a velocità molto lente.

Variabili indipendenti: temperatura, pressione, e composizione chimica.

Al variare della composizione puoi avere più fasi e fasi diverse.

Le proprietà di una lega in equilibrio può essere descritto dal suo diagramma di stato.

Le due variabili che hai sono: la temperatura e la composizione.

Varianza=numero delle variabili indipendenti, calcolata attraverso l'eq. di GIBBS:

v = n + Φ - f

L

Soluzione solida, formata da un solvente, colui che mantiene il suo reticolo, i soluti sono gli altri elementi - Soluzione solida limitata=quando la solubilità non è completa al 100%, elementi non mutuamente solubili -

Gli elementi che possono occupare posizioni interstiziali non sono molti, perchè sono solo quelli che non hanno un elevato raggio atomico. Molto pieno vengono aggiunti un quantità: limitate B N C, mentre O E H devono essere controllati nel corso del processo.

CFC solubilità maggiore

formazione di nitruri, allargati campo dell'austenite

Le soluzioni solide possono essere discordinante, distribuzione degli atomi variabile

ordinata=distribuzione degli atomi costante

Gli atomi sostituzionali provocano una distorsione del reticolo,nonribilie a livello macroscopico , che può divenire una comprensione o una tensione →aumento della resistenza.

Regole di Hume-Rothery, sono necessarie ma non sufficienti perchè due ele-menti mi combinino tra loro →uguali reticoli cristallini,differenza ridotta tra iraggi atomici, stessa valenza , elettronegatività simile-

L'abbianza so perché il remano atomico è unico per ogni elemento -

Regole empiriche:

soluzioni solide ordinate →non ti presentano α Tα, vengono chiamate super-lstruttore,generamente ha una temperatura molto elovata.

Raggi atomici degli elementi interstiziali sono di un ordine di grandezza infetiore rispettogli altri. Rallentano di più il moto delle dislocazioni ,rispetto a quelle sostituzionali=effetto di rafforzamento maggiore.

( X elemento interstiziale)

Carburi di titanio Mx→I carburi non hanno un legame metallico,pero il legame e covalente ,prelo hanno una strutture compatta come i regonale.

carburo di ferro è molto importante Fe₃C

La solubilità di carbonio e Azoto nel forro è maggiore che nel ferro α-

La leniamo non sono trattati né l'austenite, i valnel processi di indurimento

Rappresentazione con un triangolo → tutti i punti che si trovano su una parallela ad un lato del triangolo corrispondono a percentuali uguali dei componenti.

Carati, ripieva molto con i RER… delle carote

Oro=meno caratura meno lavorabilità e colabilità

Linee tratteggiate = isoterme del diagramma_

SEGREGAZIONI

Alla fase liquida hai sempre 35% di uno e 65% dell'altro. Quando hai superato di poco la composizione del liquido di solido e liquido le leghi nelle corrispondenti linee.

Quantità di nichel minore nei “puscii” due estremi - nuclei non omogenei dal punto di vista della composizione → diffusione lato solido le li arrivi alle sempre all’equilibrio → non avreti questo problema

Questo fenomeno viene chiamato segregazione = situazione di eterogeneità no nucleazione di difetti di equilibrio nella solidificazione_

Fenomeno hai zone non omogenee Meccanismo = segregazione

Segregazioni minori = quelle che hanno un rimpicci …curvano → pusci

homogeneità che ci sono in tutti i grani

Maggior ini reallizzano integrato al fatto che elementi serpagno in modo diverso in un punto → varia la deformazione plastica_

l'iconcentrazione = ugual concentrazione degli elementi nei grano a tutte le parti del solido

+ differenza di temperatura + diversità → trattamenti di omogeneizzazione_

le considera anche in trasformazioni allo stato solido.

Bruciatura → Zona fusa intorno ai bordi di grano

La perlite nella prima parte ha durezza diversa HV. All’inizio la perlite è più grossa, poi diventa più piccola, perché aumentano il numero di nuclei.

Con il diminuire della temperatura si formano la bainite e la martensite. A partire dall’abito il valore della durezza aumenta. 550°C trocotite, alta microfrattura.

Con raffreddamento e permanenza a 625°C struttura austenitica. Perlite fine, perlite grossolana → dipendono ΔT.

Bainite → Ferrite + Fe3C, non ha una struttura come la perlite, sono detriti di lamelle, ma sono più aghiformi di quelle di perlite.

Sferoidite → Ferrite + Fe3C, che ha una forma granulare.

Martensite → formazione di austenite e rapido raffreddamento + mantenimento a bassa temperatura → non procede per nucleazione e accrescimento perché è molto rapida. No trasformazione diffusiva, non dipende dal tempo ma dalla temperatura. Ha forma aghiforme, ma ha la stessa composizione dell’austenite (se tutta martensite le “lamelle” sono l’austenite non trasformata). Il carbonio non si diffonde → Martensite reticolo tetragonale CBCT.). Maggiore è la quantità di carbonio più aumenta la martensite → il reticolo si allontana da quello CFC. Martensite → soluzione solida sovrasatuta della ferrite → non è prevista dal diagramma di stato C → successione di stati di equilibrio, lento raffreddamento, qui invece c’è un rapido raffreddamento.

La temperatura alla quale avviene la trasformazione in martensite, dipende dalla composizione → la sua formazione non dipende dal tempo, se al di sopra di quella temperatura la trasformazione non avviene.

Martensite start e Martensite finish → inizio e fine, valore iniziale e finale della temperatura dipendono dalla composizione. Più è basso il tenore di carbonio più è alta la temperatura iniziale.

Dalle curve di Bain, ci si ricava le curve di CCT.

L’ascissa tempo, ordinata temperatura.

La prova di durezza è più fattibile di quella di trazione. È una delle prove meccaniche più rappresentative.

Differenza fra bainite, perlite e martensite:

• Composizione: ugual composizione dell’austenite.
• Acciai legati sono più temprabili → maggiore l’effetto del TT.
• Con elementi in lega, più sono più aumenta la temperatura di inizio trasformazione.

Ogni acciaio a seconda della sua composizione ha la sua TTT.

Carburi primari favoriscono la resistenza all'usura, carburi proeutettoidici e bordi di grano favoriscono la tenacità. Bonifica: elevate caratteristiche di tenacità. Bonifica: primo stadio (diminuzione delle tensioni interne e durezza), secondo stadio (aumento di durezza), terzo stadio (diminuzione di durezza, aumento di duttilità...), quarto stadio, quinto stadio.

• Si può avere l'indurimento secondario se sono presenti cromo e molibdeno.

Curve di rinvenimento:

Andamento della durezza a seconda della temperatura e del tenore di carbonio. Maggiore è la temperatura minore è la durezza, maggiore carbonio, maggiore durezza.

• Acciai HSLA

Alta resistenza, a parità di spessore più resistenza. Basso reintensori, basso legati, sono acciai da bonifica. Più lo voglio reintente, più la temperatura si alza.

si eseguono in campo austenitico, T ⋲ Ac3 (può variare a seconda della composizione). Poi viene mantenuto per un certo tempo in atmosfera cementante, dopo la fine del processo di diffusione (in campo austenitico) ⟶ tempra e rinvenimento (per far avvenire la trasformazione martensitica. Aumenta la concentrazione del carbonio nella carbo cementazione. Tenori superiori allo 0,8% di carbonio (ipercementati) ⟶ la martensite è fragile. Il profilo di carbonio è quello durezza ⟶ variazione dall'interno verso il centro del pezzo G+⟶ valore limite per stabilire la profondità di cementazione. Si parla di profondità di cementazione in corrispondenza dello spigolo che ha una durezza pari a 550 HV ⟶ strato cementato durezza ≥ 550 HV spessore efficace AG ⟶ tenore limite di carbonio 0,8% La è una convenzione derivata

MATERIALI TRATTABILI: Acciai non legati < 0,2%, acciai alto legati carbonio ⟶ entrambi hanno basso contenuto di carbonio e sono basso legati (cure di Bain verso dx rispetto a quelli ad alto carbonio) Impiego + caratteristiche + tecnica + costo = motivi che ripongono a scegliere di applicare un trattamento.

Nichel favorisce la deformabilità. Nel mondo hai diversi metodi per denominare gli acciai.

nel trattamento di carbocementazione ⟶ arricchimento della superficie ⟶ diffusione del carbonio nel pezzo ⟶ profondità di cementazione

FORMULA DI HARRIS dC = K√t⟶ tempo ⎣ ⎦ ricavata dalle ⎣ ep. di fick ⎦ ⟶ costante tipica di ogni acciaio con l'aumentare valida purché la concentrazione ⎣ della temperatura aumenta in modo di carbonio nell'austenite sia ⎣ Qualitativamente massima

le temperature devono essere tali da garantire la completa austenitizzazione + non ingrossimento del grano. Il tempo stabilisce la profondità alla quale il giunge. I mezzi per la cementazione sono diversi; solidi, liquidi, gassosi, sotto vuoto, analitici da plasma. Riscaldi sopra Ac3 per austenitizzazione, e perché ha una elevata solubilità del C, la diffusione del c è facilitata.

carbocementazione solida = pezzo immerso in un cemenro solido (Carbonato e carbonato di Bario); l’agente cementante è CO , ti dissocia e da qui deriva il carbonio che poi diffonde. È un metodo semplice, ma che non viene molto utilizzato.

carbocementazione liquida = pezzo in un bagno di sali fusi (ciannuri alcalini); prima vi ha l'ossidazione e poi la decomposizione ⟶ sono processi più veloci