Metallurgia - metallurgia e materiali non metallici

T T

amb

eut

cambiano il loro spessore però la quantità totale di costituente strutturale lamellare rimane lo stesso, i

cristalli omogenei smiscelano sotto forma di placche a bordo grano. Per calcolare la quantità di placche

formate si imposta una proporzione con la quantità smiscelata da corrispondente lega ausiliaria (deve

rif rif

essere quella sullo stesso lato della lega in esame): : 100 = : , una volta ottenuto si

aus rif

q q q q

omog

plac plac plac

trova la quantità di cristalli omogenei rimanenti sottraendo dal totale la quantità smiscelata. 16

5 DIAGRAMMI DI STATO BINARI

5.4.4 Orizzontale peritettica

Alla temperatura dell’orizzontale peritettica avviene termostatazione, la trasformazione trasforma tutto

ciò che c’è sopra in grani omogenei di ciò che c’è sotto. Anche se sia prima che dopo l’orizzontale

peritettica è presente una stessa fase (anche con stessi costituenti strutturali) la trasformazione fa si che i

materiali siano diversi. Lo smiscelamento tra e non porta alla formazione di placche a bordo

−

T T

amb

per

grano in quanto tutti i costituenti sono omogenei, quindi si aggrossano i grani già presenti.

5.5 Diagrammi generici

Tracciando una retta orizzontale su un diagramma di stato si incontrano alternativamente campi monofasici

(bivarianti) e campi bifasici (monovarianti), cominciando e terminando con campi monofasici.

Se un’orizzontale non coinvolge nessuna fase liquida, le trasformazioni eutettiche e peritettiche diventano

rispettivamente eutettoidiche e peritettoidiche. 17

6 DIAGRAMMA FE-C METASTABILE

6 Diagramma Fe-C metastabile

I valori notevoli del diagramma semplificato sono : 0,77% , 2,11% , 4,3% , 6,69% , 727° , 1148°.

6.1 Costituenti strutturali d’equilibrio

• Austenite: cristalli omogenei di fase ;

γ

• Ferrite: cristalli omogenei di fase ;

α

• Perlite: cristalli lamellari a lamelle alternate di fase e di fase ;

α F e C

3

Cementite secondaria: placche a bordo grano di fase derivanti dallo smiscelamento della fase

• F e C

3

;

γ

• Cementite primaria: placche a bordo grano di fase derivanti dalla solidificazione del liquido ;

F e C

3

• Ledeburite: cristalli di matrice di fase e di globuli di fase ;

γ F e C

3

• Ledeburite trasformata: cristalli di matrice di fasi e e di globuli di fase .

α F e C F e C

∥ ∥

3 3

6.2 Lega Fe-C eutettoidica

A temperatura ambiente si ha il 100% di perlite, che in ogni caso ha composizione pari a 11,5% e

F e C ∥

3

88,5% .

α

∥

6.3 Lega Fe-C ipoeutettoidica

Prima dell’orizzontale eutettoidica la fase si separa dalla fase fino a raggiungere la composizione della

α γ

lega eutettoidica, però non si formano placche a bordo grano ma dei cristalli omogenei (si ottiene perciò

austenite e ferrite). Alla temperatura dell’orizzontale l’austenite si trasforma poi in perlite.

6.4 Lega Fe-C ipereutettoidica

In corrispondenza del punto angoloso la fase comincia a smiscelare fase sotto forma di placche

γ F e C

3

a bordo grano (si ottiene perciò austenite e cementite secondaria). Alla temperatura dell’orizzontale

l’austenite si trasforma poi in perlite.

6.5 Lega Fe-C ausiliaria 2,11%

Si trova all’estremo sinistro dell’orizzontale eutettica (non arriva liquido a ), lo smiscelamento di

+

T

eut

cementite secondaria è massimo e corrisponde al 22,6%. 18

6 DIAGRAMMA FE-C METASTABILE

6.6 Lega Fe-C eutettica

Dalla temperatura eutettica alla temperatura eutettoidica la fase smiscela fase perciò i globuli della

γ F e C,

3

ledeburite aumentano di dimensione (non si forma cementite secondaria). Successivamente attraversando

l’orizzontale eutettoidica tutta la fase si trasforma in fase e e si ottiene la ledeburite

γ α F e C

∥ ∥

3

trasformata.

6.7 Lega Fe-C ipoeutettica

Durante la solidificazione si forma austenite, poi attraversando l’orizzontale eutettica il liquido rimasto si

trasforma in ledeburite. Dalla temperatura eutettica alla temperatura eutettoidica la fase smiscela fase

γ

perciò:

F e C

3 I globuli della ledeburite aumentano di dimensione ma il quantitativo totale di ledeburite resta

• invariato;

• Si forma cementite secondaria a bordo grano dell’austenite.

Per trovare la quantità di cementite secondaria smiscelata imposto una proporzione con lega ausiliaria

2,11%, ricavo quindi anche la quantità rimanente di austenite. Per trovare la quantità di matrice e globuli

della ledeburite utilizzo i valori precedentemente ricavati insieme alle quantità delle fasi. Raggiunta

l’orizzontale eutettoidica:

• L’austenite si trasforma in perlite;

• La ledeburite diventa ledeburite trasformata.

Per trovare le quantità dei costituenti si sfrutta la composizione (sempre costante) della perlite.

6.8 Lega Fe-C ipereutettica

Durante la solidificazione si separa la fase sotto forma di placche a bordo grano (misteriosamente)

F e C

3

e successivamente, attraversata l’orizzontale eutettica, si ottiene ledeburite e cementite primaria. Dalla

temperatura eutettica alla temperatura eutettoidica la fase smiscela fase però dato che la fase

γ F e C,

3

è presente soltanto nella ledeburite l’unico effetto che si ha è l’accrescimento dei globuli. Raggiunta

γ

l’orizzontale eutettoidica la ledeburite diventa ledeburite trasformata, mentre la cementite primaria passa

invariata. 19

6 DIAGRAMMA FE-C METASTABILE

6.9 Composizione a temperatura ambiente

6.9.1 Quantità di perlite

6.9.2 Quantità di ledeburite trasformata 20

6 DIAGRAMMA FE-C METASTABILE

6.9.3 Quantità dei costituenti strutturali

6.10 Punti critici ed elementi di lega

• Il punto critico indica la trasformazione della fase in fase ;

A γ α

3

• Il punto critico indica la trasformazione della fase nelle fasi e ;

A γ α F e C

1 3

• Il punto critico indica la trasformazione della fase in fase .

A γ F e C

cm 3

Gli elementi austenitizzanti aprono il campo e chiudono il campo , sono Ni, Mn, C, N, Cu. Gli

γ α

elementi ferritizzanti aprono il campo e chiudono il campo , sono Cr, Mo, V, Si, B, Al, P, Ti, W.

α γ 21

7 CURVE DI TRASFORMAZIONE

7 Curve di trasformazione

La presenza di elementi di lega tende a spostare la posizione delle curve (isoterme ed anisoterme) verso il

basso e verso destra (è facilitata la formazione di martensite). 22

7 CURVE DI TRASFORMAZIONE

7.1 Costituenti strutturali di non equilibrio

A temperature maggiori è favorito il fenomeno dell’accrescimento (grani grossi), mentre a temperature

minori è favorito il fenomeno della nucleazione (grani fini).

• Perlite: passando da ad il reticolo passa da CFC a CCC, per diffusione il carbonio si muove

γ α

(anche sotto l’influenza della temperatura). Ad alte temperature il carbonio si accomula con alta

mobilità (poche lamelle di maggiori dimensioni), a basse temperature il carbonio si accumula con

bassa mobilità (tante lamelle di dimensioni minori).

• Bainite: è una struttura aciculare che si forma a temperature minori di quelle perlitiche (è

consentita minore diffusione). La bainite superiore ha aghi equiorientati, la bainite inferiore ha aghi

controorientati (60°). 23

7 CURVE DI TRASFORMAZIONE

• Martensite: è la struttura più fine che possa esistere (è ugualmente fine per ogni lega), quindi è la

struttura più dura (dipende dalla lega) e resistente. Si forma per una trasformazione istantanea del

reticolo, che passa dal CFC al reticolo tetragonale (CCC deformato). Il carbonio rimane intrappolato

all’interno del nuovo reticolo, per cui bisogna imporre l’immobilità degli atomi di carbonio. Essendo

una trasformazione istantanea non dipende dalla diffusione, perciò la sua durezza dipende solo dalla

percentuale di carbonio della lega, non dalla velocità di raffreddamento.

7.2 Curve isoterme

Dopo un riscaldamento fino al campo austenitico ed un breve mantenimento, si raffredda bruscamente fino

ad una determinata temperatura e la si mantiene nel tempo. L’inizio e la fine (se c’è) della trasformazione

dell’austenite crea dei campi: sopra al “naso” si forma perlite e ferrite cementite secondaria, sotto

∨

al naso si forma bainite. Al di sotto dell’orizzontale si forma martensite (se non c’è l’indicazione di

martensite finish rimangono tracce di austenite residua). Più si scende verso il basso e più la durezza

aumenta, a causa della maggiore tendenza alla nucleazione.

7.3 Curve anisoterme

Dopo un riscaldamento fino al campo austenitico ed un breve mantenimento, si raffredda seguendo

diverse leggi di raffreddamento. Le trasformazioni dell’austenite avvengono all’interno dei campi (ferrite

cementite secondaria, perlite, bainite, martensite) (andando da destra/alto verso sinistra/basso); due

∨

valori importanti sono la velocità critica superiore (sx) (curva più lenta per ottenere solo martensite) e

la velocità critica inferiore (dx) (curva più veloce per ottenere solo perlite). Se non c’è l’indicazione di

martensite finish rimangono tracce di austenite residua, più la velocità di raffreddamento è rapida e più

la durezza aumenta, poichè le trasformazioni avvengono a temperature inferiori (maggiore tendenza alla

nucleazione). 24

8 PROCESSI SOPRA I PUNTI CRITICI

8 Processi sopra i punti critici

• Riscaldamento: può essere fatto sia in modo continuo che a gradini (nel primo caso la superficie

è calda prima del cuore, nel secondo il riscaldamento è più “omogeneo”); se il forno è già caldo

il tempo di riscaldamento è più breve. Il riscaldamento dura mezz’ora al pollice o un minuto al

millimetro.

• Mantenimento: si fa ad una temperatura di [50 ; 70 ] al di sopra del punto critico (ipoeutettoidici)

◦ ◦ A 3

(ipereutettoidici). Il limite superiore serve per evitare l’ingrossamento cristallino ed invece

∨ A 1

per evitare il riscaldamento e la bruciatura (formazione di liquido) non ci si avvicina ad .

A cm 25

8 PROCESSI SOPRA I PUNTI CRITICI

8.1 Ricottura completa

La legge di raffreddamento è la più lenta (5-10 °/h), solitamente il pezzo viene lasciato raffreddare

all’interno del forno e poi, da 300-400 ° viene lasciato raffr