Appunti per esame di Metallurgia

STRUTTURA DEI METALLI

• RETICOLO: DISPOSIZIONE SPAZIALE DI ATOMI SECONDO UNA CONFIGURAZIONE PERIODICA IN MODO CHE I VICINI DI CIASCUN ATOMO SIANO IDENTICI
• CELLA UNITARIA: SUDDIVISIONE DI UN RETICOLO CHE MANTIENE LE CARATTERISTICHE DELL’INTERO RETICOLO

IMPACCHETTANDO QUINDI n° VOLTE LA CELLA UNITARIA SI COSTRUISCE L'INTERO RETICOLO.

Reticoli di Bravais

(quelli di interesse nella metallurgia)

• cubico
• cubico facce centrate
• cubico corpo centrato
• tetragonale
• tetrag. corpo centrato
• esagonale

BORDI DI GRANO

NELLA REALTÀ I SOLIDI METALLICI NON SONO COSTITUITI DA UN SOLO RETICOLO, MA DA TANTE PORZIONI DI RETICOLO, OGNUNA CONTENENTE I SUOI DIFETTI, DIVERSAMENTE ORIENTATE, CHE CHIAMIAMO GRANI, LE ZONE DI CONFINE TRA I VARI GRANI PRENDONO IL NOME DI BORDI DI GRANO

LA PRESENZA DEI GRANI CON I RELATIVI BORDI DI GRANO PRODUCE EFFETTI SULLA RESISTENZA MECCANICA DEL METALLO:

IL MATERIALE ASSUME UN COMPORTAMENTO ISOTROPO IN QUANTO LA PRESENZA DI TANTI GRANI ANISOTROPI EQUIVALE AD AVERE UN MATERIALE COMPLETAMENTE ISOTROPO

IL BORDO DI GRANO RENDE INOLTRE IL MATERIALE PIÙ RESISTENTE, LA PRESENZA QUINDI DI TANTI GRANI PICCOLI PRODUCE UNA MAGGIORE RESISTENZA RISPETTO AD UN METALLO CON POCHI GRANI GRANDI

SOLUZIONI SOLIDE

AGGIUNGENDO UN METALLO PURO AD UNA DATA QUANTITA' DI UN SECONDO METALLO, SI OTTIENE UNA SOLUZIONE SOLIDA QUANDO IL MESCOLAMENTO DEGLI ATOMI DEI DUE METALLI E COMPLETO, FORMANDO QUINDI UNA MISCELA OMOGENEA E QUINDI UNA STRUTTURA CRISTALLINA CHE COINCIDE CON QUELLA DEL SOLVENTE, A MENO DI PICCOLE VARIAZIONI NEL RETICOLO; ABBIAMO QUINDI COSì UNA LEGA MONOFASICA

LE SOLUZIONI SOLIDE SI DIVIDONO IN:

• SOLUZIONI SOSTITUZIONALI
• SOLUZIONI INTERSTIZIALI

LA PROVA DI TRAZIONE CONSENTE QUINDI DI VALUTARE LA RESISTENZA MECCANICA DEI METALLI E DELLE LEGHE. LA PROVA DI TRAZIONE PUÒ ESSERE RIPORTATA SU DI UN GRAFICO IN CUI COMPARE LA FORZA APPLICATA E LA RELATIVA DEFORMAZIONE. MOLTO SPESSO LA FORZA APPLICATA VIENE CONVERTITA IN TENSIONE NOMINALE IN MODO DA OTTENERE UN GRAFICO CHE LEGA LA TENSIONE NOMINALE ALLA DEFORMAZIONE NOMINALE DAI RISULTATI DELLA PROVA DI TRAZIONE SI DEDUCONO LE SEGUENTI PROPRIETÀ MECCANICHE UTILI PER LA SCELTA DI UN MATERIALE DURANTE LA FASE DI PROGETTAZIONE:

• MODULO DI ELASTICITÀ
• CARICO DI SNERVAMENTO CON UNA DEFORMAZIONE DELLO 0,2%
• CARICO DI ROTTURA
• L' ALLUNGAMENTO PERCENTUALE DI ROTTURA
• LA STRIZIONE PERCENTUALE DI ROTTURA

MODULO DI ELASTICITÀ

DUR ANTE LA PRIMA FASE DI DEFORMAZIONE DEL PROVINO, QUEST' ULTIMO ATTRAVERSA UN CAMPO ELASTICO, DOVE NEL MOMENTO INCUI VIENE MENO LA FORZA DI TRAZIONE, IL ME TALLO TORNA NEL SUO STATO ORIGINARIO. NEI METALLI GENERALMENTEIL CAMPO ELASTICO RAPPRESENTA CIRCA IL 0,5% DELLA DEFORMAZIONE TOTALE. LA TENDENZA DI UN METALLO A DE FORMARSI SOTTO

E = σ(sforzo) / ε (deformazione)

L'AZIONE DI UNA FORZA PRENDE IL NOME DI MODULO DI YOUNG IL MODULO DI YOUNG EÈ LEGATO ALLE FORZE INTERNE PRESENTI TRA GLI ATOMI CHE LO COMPONGONO. I METALLI CON UN ALTO MODULO ELASTICO SONO QUINDI RELATIVAMENTE RIGIDI E POCO DEFORMA BILI.

PROVA ROCKWELL

LA PROVA ROCKWELL SI REALIZZA CON DUE TIPOLOGIE DI PENETRATO CHE VENGONO UTILIZZATI IN BASE ALLE CONDIZIONI DI PROVA, I PENETRATO MI POSSONO AVERE FORMA SFERICA O CONICA REALIZZATE IN CARBURO DI TUNGSTENO O DIAMANTE. LA PROVA AVVIENE IN DUE FASI:

• VIENE FATTA PENETRARE LA PUNTA SOTTO L’AZIONE DI UNA FORZA DI PRECARICO
• VIENE FATTA PENETRARE LA PUNTA SOTTO L’AZIONE DELLA FORZA EFFETTIVA

IL RILASCIO DELLA FORZA EFFETTIVA VIENE EFFETTUATO SOTTO LA FORZA DI PRECARICO E IL VALORE DI DUREZZA SI CALCOLA:

Durezza Rockwell = N - h/S

DOVE N, S SONO DUE COSTANTI NUMERICHE, MENTRE "h" È LA PROFONDITÀ DI PENETRAZIONE DELLA PUNTA.

CONDIZIONI GENERICHE PER LE PROVE DI DUREZZA

TUTTE LE PROVE DI DUREZZA VENGONO SVOLTE SU SUPERFICI PIANE E ORTOGONALI ALLA DIREZIONE DI CARICO, LO SPESSORE DEL PROVINO DEVE ESSERE TALE DA NON DEFORMARSI NELLA ZONA OPPOSTA AL PUNTO DI APPLICAZIONE DELLA FORZA.

PROVA CHARPY (TENACITÀ)

LA PROVA CHARPY E' UNA PROVA UTILE A MISURARE LA QUANTITÀ DI ENERGIA NECESSARIA A ROMPERE UN PROVINO METALLICO, MISURANDO QUINDI LA TENACITÀ DEL MATERIALE. LA PROVA AVVIENE COLPENDO IL PROVINO UN PENDOLO DI MASSA NOTA LASCIATO IN CADUTA LIBERA. IL PROVINO VIENE PRIMA INCISO CON UN TAGLIO A "V" PER SIMULARE DELLE CONDIZIONI CRITICHE.

DIAGRAMMA Fe-C

Diagramma Fe-C

diagramma ferro-cementite e a linee tratteggiate quello stabile ferro-grafite

COSTITUENTI DEL DIAGRAMMA Fe-C

• FERRITE DELTA: SOLUZIONE SOLIDA DI Fe DELTA CON C
• CEMENTITE: Fe3C CON C= 6,69%
• FERRITE: SOLUZIONE SOLIDA DI Fe ALFA CON C
• PERLITE: EUTETTOIDE FORMATO DA FERRITE + CEMENTITE
• LEDEBURITE: EUTETTICO FORMATO DA AUSTENITE + CEMENTITE
• AUSTENITE: SOLUZIONE SOLIDA DI Fe GAMMA CON C

DURANTE UN RAFFREDDAMENTO LENTO DELL'AUSTENITE, QUEST'ULTIMA NON SI TRASFORMA COMPLETAMENTE IN FERRITE PASSANDO DA CFC A CCC, UNA PARTE DEL CARBONIO CONTENUTO ALL' INTERNO DEL RETICOLO CFC VIENE ESPULSO, IL CARBONIO ESPULSO SI LEGA CON GLI ATOMI DI FERRO FORMANDO LA CEMENTITE (Fe3C). DOPO IL RAFFREDDAMENTO OTTERREMO QUINDI UNA FASE COMPOSTA DA FERRITE + CEMENTITE, LA QUALE PRENDE IL NOME DI PERLITE. NEL CASO DI RAFFREDDAMENTI PIÙ RAPIDI, LA FASE COMPOSTA DA FERRITE + CEMENTITE PRENDE IL NOME DI BAINITE, MENTRE CON RAFFREDDAMENTI ANCOR PIÙ REPENTINI LA FASE PRENDE IL NOME DI MARTENSITE.

• RINVENIMENTO DI ADDOLCIMENTO: TEMPERATURA TRA 200°C E 400°C, PRODUCE UN RECUPERO DELL'AUSTENITE RESIDUA TRASFORMANDOLA IN BAINITE, OPPURE SERVE A RECUPERARE PARTE DI DUTTILI A DISCAPITO DELLA DUREZZA.

• RINVENIMENTO TOTALE DELLA MARTENSITE: TEMPERATURE COMPRESE TRA I 450°C E I 700°C, PRODUCE UN RINVENIMENTO TOTALE DELLA MARTENSITE CHE FORMERÀ LA SORBITE (FERRITE CCC + CEMENTITE), LA QUALE RAPPRESENTA UN OTTIMO COMPROMESSO TRA RESISTENZA MECCANICA, DUREZZA, DUTTILITÀ E TENACITÀ.

FRAGILITÀ DI RINVENIMENTO: MALATTIA DI KRUPP

ALCUNI TIPI DI ACCIAIO (Al Mn, Cr, Cr-Mn, Cr- Ni), RINVENUTI A T TRA I 450°C-550°C, O A T SUPERIORI, MA RAFFREDDATI LENTAMENTE NELL'INTERVALLO 450°C -550°C A T AMBIENTE SI INFRAGILISCONO A CAUSA DELLA FORMAZIONE DI CRICCHE INTERGRANULARI. COME EVITARLA:

• • CONTROLLO COMPOSIZIONE CHIMICA (AGGIUNTA DI Mo)
• • T DI RINVENIMENTO FUORI DALL'INTERVALLO + RAFFREDDAMENTO RAPIDO A T AMBIENTE

QUANDO RAFFREDDA IN ACQUA LA PRIMA PARTE CHE SI RAFFREDDA E' LA SUPERFICIE, LA PRIMA QUINDI A DIVENTARE MARTENSITE E QUINDI AD AUMENTARE DI VOLUME. ORA QUINDI LA SUPERFICIE RISULTA INDEFORMABILE E NEL MOMENTO IN CUI ANCHE L'INTERNO DEL AUMENTA IL SUO VOLUME A CAUSA DELLA FORMAZIONE DI MARTENSITE, SI VERIFICHERÀ UNA TENSIONE TRA LO STRATO ESTERNO RIGIDO E L'INTERNO IN ESPANSIONE, QUESTA FORZA INTERNA FORMERA' QUINDI DELLE CRICCHE DI TEMPRA O DELLE DEFORMAZIONI.

OLI A BASE MINERALE

CIRCA L'85% DELLE TEMPRE AVVIENE A MEZZO DI OLIO MINERALE. LA VELOCITÀ DI RAFFREDDAMENTO INFERIORE PERMETTE DI POTER TEMPERARE EVITANDO IL RISCHIO DI ROTTURE DURANTE IL PROCESSO. CON L'OLIO VENGONO TEMPRATI ACCIAI LEGATI E ACCIAI AL CARBONIO CON VELOCITÀ CRITICA DI TEMPRA NON TROPPO GRANDE.

SCELTA DEL FLUIDO DA TEMPRA

La scelta del Fuido: fattori:

• . composizione dell'acciaio, forma e dimensioni del pezzo
• . richiesta di specifiche particolari
• . tipo di impianto impiegato
• . sistema di tempra
• . controllo delle deformazioni
• . eliminazione dei guido temprante dal pezzo
• . smaltimento dei temprante esausto
• . aspetto ambientale