Appunti Metallurgia

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misura la capacità di resistenza ad usura (antiusura). È un test preliminare, se il valore non è

su ciente si fa la cementazione per ottenere il valore richiesto a progetto. 15

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Viene eseguito a temperatura in campo autentico (850 - 950 °C, circa 880 - 900 perché sono

acciai ipoeutettoidici, devono avere basso tenore di carbonio). Si ha a che fare con una

trasformazione martensitica della super cie (curve CCT spostate a destra, il ra reddamento non

rientra nel naso perlitico), non è detto lo stesso a cuore (curve CCT spostate a sinistra, infatti

quasi sempre ferrite+perlite). Tenore ottimale a 0,8%: corrisponde all’inizio della parte grigia, che

in termini di durezza dice che a seguito di eventuali rinvenimenti si ha fragilità, tenori più elevati,

ipercementazione, produce eccessiva fragilità dello strato, si arriva quindi al limite di eutettoidicità

dell’acciaio in super cie (sorbite,, molto ne).

Spessore e cace: è quello spessore per cui si ha almeno 550 di durezza. È stato coinvolto

direttamente dalla di usione di carbonio, perciò è stato sicuramente e cacemente indurito per

cementazione. Si può leggere quindi in gra co lo spessore relativo.

Il trattamento di boni ca è eseguito successivamente al trattamento di cementazione (a

temperatura austenitica: perché ha più spazio per accogliere carbonio rispetto alla ferrite,

struttura a CFC dell’austenite).

Formula di Harris: profondità di penetrazione, si ottengono curve parametrizzate su tempo con

parametro la temperatura o viceversa.

Carbocementazione solida:

- Temperatura (900°C) e tempo (2-10h).

- Granuli di carbone dovuti alla combustione del legno (naturali e di facile reperibilità, a basso

costo).

- Attivante: sale, carbonato di bario o di calcio, è il composto che riesce ad abbassare l’energia

su ciente per far attivare il processo, accelerano il processo di assimilazione di carbonio

all’interno dell’acciaio.

È un processo statico: si ripone il pezzo nella cassetta, quindi per proteggere eventuali zone da

non cementare, si procede con una deposizione galvanica di rame (costosa). Il pezzo deve avere

geometrie semplici. Il tempo di processo dipende dalla complessità geometrica del pezzo e anche

da quanto si vuole che arrivi in profondità la cementazione. Il BaCO3 si lega a contatto col

carbonio da legna C e si produce una scissione di CO2 a temperatura elevata a 900°C, CO2 + C

forma CO che è l'elemento che riesce a di ondere carbonio nell’acciaio stesso dando C+ CO2:

e cienza molto elevata, l'attivante viene generato nel tempo (CO2 si rilega con Ba residuo), ogni

tanto viene traboccato per essere cambiato.

Carbocementazione liquida: il tempo di processo è limitato (15-60 min), avviene sempre attorno a

900°C, i possibili elementi cementanti sono dei cianuri alcalini (di potassio o di sodio), che

subiscono un processo di ossidazione a contatto con CO2 e O2 atmosferico (cianato, reagisce

direttamente con l’acciaio), il residuo sono degli ossidi, altamente inquinanti, vanno perciò

stoccati e ridotti in altri impianti (lo smaltimento è un costo aggiuntivo). Si può inoltre far

di ondere contemporaneamente carbonio e azoto (carbonitrurazione).

Carbocementazione gassosa: tempi intermedi (3-4h), più di usa, sempre a 900°C. Si usa come

mezzo cementante il monossido di carbonio CO, che a quella temperatura scinde ossigeno da

carbonio, il quale va direttamente nell'acciaio. Dopo la cementazione si può pensare a una tempra

diretta (si esegue la boni ca durante il trattamento di carbocementazione). Può essere abbinato

alla nitrurazione: c'è un forno (300°C) che ha un ugello in cui viene insu ato CO, avviene la

cementazione, viene fatto fuoriuscire tutto il gas residuo e un secondo ugello insu a ammoniaca

NH4, che fa si che la parte dell'idrogeno diventa molecolare che espulso si lega con ossigeno

diventato vapore acqueo e l'azoto va direttamente dentro l'acciaio.

Carbocementazione al plasma: è stata introdotta perché si presta molto alla realizzazione di

oggietti piccoli di geometria complessa, serve una sorgente di energia molto elevata per

alimentare il plasma, il processo dura pochi minuti, l'impianto è una camera, l'oggetto da

cementare è colpito da un usso elettrico da anodo a catodo nel vuoto, che diventa plasma

quando si caricano molto i solenoidi.

Trattamenti post-di usione: lo strato cementato è martensite. L'acciaio ha elementi come cromo

tali per cui la temperatura di mf va al di sotto di Tamb, quindi rimane austenite residua, mentre a

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cuore è bainite grossolana. Dopo tempra si e ettua un trattamento di distensione e/o

rinvenimento (a T basse, gli acciai da cementazione ammettono temperature di rinvenimento nella

prima fascia di temperatura, 150-180°C). Tempi brevi (30-120 min) a seconda della dimensione

del pezzo (all’interno non accade nulla).

Diagramma che mostra un valore di fatica meccanica in funzione della durezza che si ottiene con

la cementazione, perché deve rispondere a sollecitazioni continue e quindi si presuppone un

cedimento per fatica meccanica. Al picco di durezza si ha anche il limite a fatica, che corrisponde

al carico massimo ammissibile per quel tipo di sollecitazione alternata cui può sottostare il

materiale senza avere cedimenti prematuri. La cementazione induce un aumento della resistenza

a fatica sia per la variazione di composizione chimica indotta sia per lo stato tensionale residuo.

Il motivo per il quale si cerca una composizione quasi eutettoidica in super cie (nella zona

cementata) in quanto si aumentano in modo signi cativo le capacità resistenziali a fatica

dell’acciaio che si è cementato.

Diversi contenuti di carbonio in super cie: se si eccede in carbonio e si va oltre la composizione

eutettoidica (da a) ad f)), la struttura non ha più solo martensite ma ha martensite + cementite

reticolare, si ha una struttura ricca di cementite, che è dura e fragile, quindi si infragilisce la parte

super ciale cementata. Continuando si può sfaldare il pezzo, frattura del pezzo: un C40, C25 non

sono idonei alla cementazione a causa di ciò.

I tipici acciai da cementazione sono C10—C20; acciai debolmente legati, alcuni con aggiunta di

boro: previene il possibile infragilimento da idrogeno, quelli che lo contengono andranno a

cementazione per poi essere potenzialmente nitrurati; acciai ad alto tenore di nichel. I migliori

sono il C10 (costa poco) e il 18NiCrMo5 (il Ni conferisce una buona resistenza ambientale di per

sé, accoppiata alla cementazione è un acciaio di tutto rispetto).

Acciai trattabili da cementazione: devono avere basso tenore di carbonio (C < 0,2%), ciò

rappresenta un vincolo; un altro vincolo è che si tratta di acciai a solo carbonio o a bassi legati.

Durante la carbocementazione non si deve andare oltre i 50°C al di sopra di A3 (circa 950°C),

aumento dimensione media del grano e quindi σ a snervamento minore, calo delle proprietà

meccaniche.

Nitrurazione: trattamento termico di indurimento super ciale per di usione di azoto su materiali

ferrosi a temperature comprese tra 500-570°C, ben al di sotto di A3. Non si deve quindi

austenitizzare il pezzo, si ha ferrite. L’azoto si lega al ferro, ma anche all’alluminio (soprattutto), al

cromo e al vanadio. I migliori acciai da nitrurazione contengono almeno uno di questi elementi (Al,

Cr, V). A causa della bassa temperatura, i tempi di processo sono considerevolmente lunghi (10h).

Di erenziazioni tecnologiche: la durezza che si può ottenere va da 900 a 1250 HV, ha

un’estensione di valore di durezza indicativa (maggiore rispetto alla carbocementazione, minimo

550) e si ottiene uno strato più sottile, la profondità di indurimento si limita infatti ad un massimo

di 0,75 mm (metà rispetto alla carbocementazione). L’azoto non viene intrappolato in una struttura

a CFC (74% volume occupato), ma entra dentro il reticolo della ferrite a CCC (68% volume

occupato, capacità di accoglimento interstiziale maggiore, comporta una durezza più elevata).

Diagramma Fe—C + N (Fe—N): A1 è meno di 500°C, γ’: fase indurente dell’acciaio, Fe4N. Il

tempo va dalle 40 alle 100h (Formula di Harris, T basse). L’interstiziale si pone all’interno del CCC.

Il molibdeno è l’elemento che stabilizza il trattamento di boni ca, o meglio il rinvenimento dopo la

tempra. Vantaggi: versatilità, costi bassi dell’ammoniaca, alta durezza; svantaggi: costo elevato

per i dispositivi di nitrurazione, tempi, spessori minori.

Acciai autotempranti: sono acciai che hanno curve CCT profondamente spostate a destra,

ottenuta con aggiunta di elementi quali Ni, Cr, Mo. Hanno una buona tenacità e una buona

risposta a sollecitazione meccanica.

Acciai per molle: risposta dettata dalla costante elastica, è la pendenza del tratto elastico della

molla. Molle rigide (k elevato) e molle elastiche (k basso, allungamento e contrazione più e cace,

fornisce energia cinetica molto velocemente a partire da energia potenziale). Applicazioni: gli

ammortizzatori sono delle molle rigide, devono assorbire velocemente le sollecitazioni

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meccaniche dovute alle disconnessioni dell’asfalto, le fasce degli acciai delle balestre sono delle

molle elastiche. Cinemaicamente attivo: riesce ad assorbire sollecitazioni dinamiche esterne.

Binari: acciai da ferrovia da binari che vengono ssati alle traverse (in cemento, prima in legno), ci

sono dei bulloni a cui vengono ssati degli elementi (acciai armonici, sono dei tondelli, dei

cilindretti, ricurvo), il bullone schiaccia questo elemento che accomoda il carico, schiaccia

ulteriormente il binario sulla traversa, garantisce una resistenza a fatica meccanica maggiore.

Sono a solo carbonio o con elementi aggiunti. Molle boni cate: gli elementi in lega che vengono

aggiunti contribuiscono alla formazione di precipitati nuove, che conferiscono proprietà

meccaniche nuove: il silicio conferisce un incremento di resistenza meccanica e ha un

comportamento come la curva gialla, snervamento vicino alla rottura, comportamento lineare e

durezza costante. Pallinatura della molla.

Acciai per cuscinetti: il semiasse trasferisce la potenza erogata dal motore alle ruote (4 acciai per

cuscinetti), il quinto sta nella ruota di scorta. Lavorano a fatica meccanica e ad usura volvente.

Hanno una richiesta tecnologica molto elevata. Alta temprabilità (il ra reddamento in acqua non si

può fare, in quanto si deteriora in modo consistente la