Esame Metodologie metallurgiche e metallografiche

INDICE

INTRODUZIONE ........................................................................................................................ 4

1. PROCESSO E STRUMENTI DI ANALISI ......................................................................... 4

1.1 STRUMENTI DI ANALISI ........................................................................................... 4

1.2 QUADRO NORMATIVO ............................................................................................. 6

1.3 PREPARAZIONE METALLOGRAFICA DEL PROVINO .......................................... 6

2. ANALISI DELLE INCLUSIONI .......................................................................................... 9

3. ANALISI AL MICROSCOPIO OTTICO CON ATTACCO CHIMICO .............................. 11

3.1 ATTACCO CHIMICO ................................................................................................ 11

3.2 OSSERVAZIONE AL MICROSCOPIO .................................................................... 11

3.3 ANALISI DELLA MICROSTRUTTURA ................................................................... 12

4. ANALISI CHIMICA AL QUANTOMETRO ....................................................................... 14

5. RISULTATI DELLA PERIZIA .......................................................................................... 15

2 Università degli studi di Cassino e del Lazio Meridionale

Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica

Laboratorio di Metallurgia e Fisica

FIGURE

Figura 1 - Troncatrice ................................................................................................................ 4

Figura 2 - Inglobatrice ................................................................................................................ 5

Figura 3 - Microscopio ottico ..................................................................................................... 5

Figura 4 - Quantometro ............................................................................................................. 5

Figura 5 - Micrografia senza attacco chimico.1 (Immagine 1) .................................................. 9

Figura 6 - Micrografia senza attacco chimico.2 (Immagine 2) .................................................. 9

Figura 7 - Micrografia senza attacco chimico.3 (Immagine 3) ................................................ 10

Figura 8 - Microstruttura.1 ....................................................................................................... 12

Figura 9 - Microstruttura.2 ....................................................................................................... 12

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INTRODUZIONE

Oggetto di studio di questa perizia, come noto dalla presa in carico allegata, riguarda

l’analisi metallografica di un blocchetto metallico di composizione ignota assegnato dalla

società Proma S.p.A., cliente del consulente tecnico sottoscritto, per effettuare un controllo

di accettazione.

L’analisi è svolta secondo le normative vigenti riguardo la preparazione metallografica del

provino e le successive fasi di ispezione, tramite microscopio ottico e quantometro, in modo

da determinare composizione chimica, il grado delle inclusioni e la microstruttura del

materiale.

1. PROCESSO E STRUMENTI DI ANALISI

Il processo di lavoro da effettuare sullo studio della perizia è schematizzato nei seguenti

step:

1. Consegna ricevuta del blocchetto metallico;

2. Fase di troncatura;

3. Fase di inglobatura;

4. Fase di spianatura e lucidatura;

5. Fase di pulizia della pasticca;

6. Analisi microscopio ottico senza attacco chimico;

7. Attacco chimico;

8. Analisi microscopio ottico con attacco chimico;

9. Analisi chimica mediante quantometro.

1.1 STRUMENTI DI ANALISI

TRONCATURA

In questa perizia, è utilizzata la troncatrice metallografica

–

CHENNAI METCO BAINCUT LSS Low Speed Saw.

• Capacità di taglio fino a 20 mm

• Vasca di refrigerazione integrata

• Funzione discesa con pesi diversi fino a 350 g Figura 1 - Troncatrice

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• Velocità variabile fino a 600 RPM

• Motore AC monofase, 220 V / 50Hz o 110 V / 60 Hz

• Dimensione lama: 127 mm diam.

• Touch screen con programmi preimpostati

• Interruttore di sicurezza automatico

• Dimensioni: 400 x 300 x 250 mm

INGLOBATURA

L’inglobatrice utilizzata è la CHENNAI METCO - BAINMOUNT

H.

• Inglobatrice con sistema idraulico

• Indicatore parametri LCD touch screen

• Misure stampi Ø 30 - 40 - 50 mm

• Riscaldamento 1600 Watt, monofase

• Sistema di raffreddamento acqua (opzionale)

• Indicatore della temperatura e timer digitale con display LCD Figura 2 - Inglobatrice

• Timer per cicli di riscaldamento e raffreddamento

• Dimensioni: 490 x 620 x 590 mm

ANALISI MEDIANTE MICROSCOPIO OTTICO

Il microscopio ottico metallografico utilizzato è il KERN OKO-1.

• Tubo trinoculare

• Oculare HWF 10×/∅ 22 mm

• Obiettivi 5x/10x/20x/50x

• 5W LED (luce passante + luce incidente)

• Torretta portaobiettivi a 5 posti

• Compensazione diottrica su entrambi i lati Figura 3 - Microscopio ottico

ANALISI MEDIANTE QUANTOMETRO

–

Il quantometro utilizzato è il HITACHI FOUNDRY MASTER

SMART.

• Gamma di lunghezze d'onda: 175 - 420 nm

• Sistema informatico: PC-Workstation esterna con interfaccia

utente Microsoft® Windows®

• Fe: leghe, leghe di ghisa

• Figura 4 - Quantometro

Al: leghe, leghe di ghisa

• Cu: bronzo, ottone, Cu-Ni

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• Ni: hastelloy ~inconel ~ monel

• Ti: Ti puro, Ti.6-4 ~ Ti.8-Mn.

• Leghe di Mg-, Co-, Sn-, Zn, saldature e altro.

1.2 QUADRO NORMATIVO

• UNI 3137:1965 - Esame microscopico dei materiali ferrosi. Prelievo dei saggi e delle

provette, preparazione ed attacco delle provette (reattivi di attacco);

• UNI 3244:1980 - Esame microscopico dei materiali ferrosi. Valutazione delle

inclusioni non metalliche negli acciai mediante immagini tipo;

• ASTM E407-07R15E1 - Standard Practice For Microetching Metals And Alloys;

• ASTM E415-08 - Standard Test Method for Atomic Emission Vacuum Spectrometric

Analysis of Carbon and Low-Alloy Steel;

• –

ISO 683-3:2018 - Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels part 3:

Case-hardening steels;

• UNI 4839:1973 - Misurazione della profondità di decarburazione superficiale negli

acciai non legati, debolmente legati e legati.

1.3 PREPARAZIONE METALLOGRAFICA DEL PROVINO

TRONCATURA

Il sezionamento (troncatura), la rimozione di un particolare di dimensioni opportune da un

pezzo più grande, è la prima principale operazione nella preparazione di un campione

metallografico.

Tecniche di preparazione non corrette possono essere causa di cambiamenti microstrutturali

che portano poi a conclusioni erronee.

Il taglio abrasivo, con l’utilizzo di un liquido refrigerante per evitare danni dati dal

surriscaldamento, è il metodo più ampiamente utilizzato per il sezionamento di materiali per

analisi microscopiche.

La normativa di riferimento utilizzata per questa fase è stata la UNI 3137:1965.

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mediante l’uso di una troncatrice metallografica si è prelevato un campione

Dunque, di

spessore di 3mm dal blocchetto metallico.

2

La superficie del campione è di 100mm .

Durante la troncatura, la zona di taglio è stata opportunamente refrigerata con una soluzione

di acqua e olio refrigerante.

INGLOBATURA

L’inglobamento del campione dopo il sezionamento è spesso necessario per le successive

lavorazioni di lucidatura e attacco chimico e consente di preservare i bordi del campione.

Si è dunque inglobato il campione in una resina a freddo della serie 600 - metilmetacrilica

che polimerizza molto rapidamente, mediante l’uso dell’inglobatrice.

termoindurente,

Per compattare la resina, si è raggiunta la temperatura di circa 280°C e si è applicata una

pressione circa costante di 2.5 kN per un tempo di 7 min.

Infine, si è opportunamente raffreddata in aria la pasticca ottenuta.

SPIANATURA E LUCIDATURA

La spianatura comprende prima una lavorazione a grana grossa e poi a grana fine in modo

da ottenere una superficie piatta.

La lucidatura consiste nel rendere la superfice finita a specchio.

Questo processo è necessario per avere una chiara visuale della microstruttura del

campione.

La normativa di riferimento utilizzata per queste fasi è stata la UNI 3137:1965.

La spianatura è stata effettuata con un procedimento a step di applicazione di carte abrasive

con un GRIT crescente all’avanzare del procedimento, applicando una pressione manuale

quanto più possibile costante sul provino.

Di seguito in tabella 1 è descritto il processo effettuato:

GRIT Tempo di utilizzo

600 10 min

800 15 min

1000 15 min

1200 15 min

Tabella 1 - Spianatura

Successivamente, pulita opportunamente la pasticca, per finire a specchio la superficie si è

per lucidatura “New e a vari step l’applicazione di uno spray

utilizzato un panno Lam”

diamantato “Bio a granulometria decrescente all’avanzare del

Diamant serie 140”

procedimento.

In tabella 2 si descrive il processo:

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Grandezza particelle Tempo di utilizzo

m 20 min

9 m 20 min

6 m 20 min

3 m 20 min

1 Tabella 2 - Lucidatura

Al termine del procedimento, pulita in modo pertinente la pasticca con una soluzione

acquosa e successivamente asciugata in aria, si ottiene il campione lucidato a specchio e

pronto per le analisi da effettuare.

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2. ANALISI DELLE INCLUSIONI

Successiva alla preparazione del campione, si è proceduto ad analizzare le inclusioni non

tramite un’analisi al microscopio ottico metallografico senza

metalliche presenti nel provino

l’utilizzo di un attacco chimico.