Metallurgia - preparazione per orale

1. IL DIAGRAMMA EUTETTICO

1.1. COME NASCE E COME È FATTO

Il diagramma eutettico nasce dal diagramma dell'azeotropo, il quale è una miscela di due o più liquidi che non cambia la propria composizione per semplice distillazione.

Il diagramma dell'azeotropo è formato da 2 diagrammi di stato al cui centro, dove si congiungono, è presente un punto nel quale pur essendo una miscela, si comporta come una sostanza pura, ovvero solidifica a temperatura costante.

Per cui da questo viene generato il diagramma eutettico.

In questo diagramma è presente il PUNTO EUTETTICO, ovvero il punto nel quale pur essendo una lega si comporta come metallo puro, solidificandosi a temperatura costante.

Il diagramma eutettico è la forma predominante del diagramma Fe-C.

Sono presenti 6 zone, di cui 3 monofasiche e 3 bifasiche:

• zona α/ zona β: soluzione solida sostituzionale delimitate dalla linea del solidus
• zona L: soluzione liquida delimitata dalle linee del liquidus
• zona α + L / zona β + L: zone in cui α/β sono solide ed immerse in grande quantità di L
• zona α + β: zona completamente solida in cui α e β sono sottoforma di lamelle e si alternano fra loro

2. Tipi di Leghe

2.1. Comportamenti

Abbiamo 4 tipi di leghe diverse:

• Lega eutectica: Arrivati al punto eutectico si iniziano a formare le due fasi solide α e β sotto forma di lamelle, per il resto non accade nulla di che.
• Lega ipoeutectica: Quando andiamo a raffreddare, non appena tocchiamo la linea del liquidus si formano cristalli di α primario. Proseguendo e toccando per primo poco prima dell’eutectica, a sx avremo α primario solido e a dx avremo α + l che ha composizione eutectica, per cui continua la solidificazione a T costante formando lamelle di α.
• Lega ipereutectica: Si comporta come la ipo ma formiamo β primario e prima della linea eutectica avremo a sx β + l e a dx β primario. Proseguendo la solidificazione si formano lamelle di β.
• Lega non eutectica: Quando tocco la linea del liquidus si formano gli intervalli di α o β (secondo di dove si trova) cominciando a raffreddare notiamo che la solidificazione sarà completa già prima di arrivare alla T eutectica. Continuando a raffreddare, gli atomi contenuti nella matrice di α o β vengono espulsi dal reticolo e aiutano a formare una seconda fase.

5.3. COSTITUENTI STRUTTURALI E TEMPERATURE CRITICHE

I costituenti strutturali del diagramma Fe₃C sono:

• Ferrite α
• Ferrite δ
• Cementite Fe₃C con il 6,69% di C
• Perlite lamine di ferrite e cementite
• Bainite grani fini di ferrite e cementite
• Leledeburite austinite e cementite

Definiamo le T critiche, ovvero le T a cui avvengono le trasformazioni:

• T_A3 austenite → ferrite
• T_A1 austenite → perlite
• T_Acm austenite → cementite

Con un tenore di C inferiore al 2,1% parliamo di acciai, altrimenti di ghise.

8. GLI ELEMENTI DI LEGA DEGLI ACCIAI

8.1. NICHEL

È uno degli elementi più pregiati, infatti è molto costoso e viene usato negli acciai di pregio. La funzione principale è quella di aumentare la temprabilità (consente di ottenere strutture 100% martensite cioè permette di fermare sempre in olio (meno drastiche) e quindi ridurre le deformazioni/tensioni).

Inoltre aumenta la tenacità, ovvero a parità di essenzia mi consente di ottenere una ductilità maggiore.

Oltre al 30%, riduce il coeff. di dilatazione termica.

8.2. MANGANESE

È sempre presente perché lo portiamo dietro dal processo di produzione. Aumenta la temprabilità, la tenacità e la resistenza a trazione. Se superiore al 12%, causa la comparsa di austenite a Tambi, quindi abbiamo un acciaio austenitico e non ferritico. Annulla gli effetti negativi dello zolfo

8.3. CROMO

Presente negli acciai di qualità. Negli acciai più comuni mi aggiunge come aumenta la temprabilità, mentre in alti (iper eutectoidi, alto tenore di C) perché forma carburi che conferiscono una durezza in più per resistenza dell'usura. Se superiore al 12% conferisce la resistenza a corrosione e ossidazione

8.4. SILICIO

Come il manganese, lo troviamo sempre. Solo in alcuni acciai è presente sopra 1%, ovvero gli acciai al nikelovo che sono acciai per molle. Questo perché il silicio aumenta la temprabilità e eleva lo sbrinamento

8.5. MOLIBDENO

Anch'esso aumenta la temprabilità ed è importante perché elimina la fragilità di rinvenimento. Tipico degli acciai al cromo

8.6. TITANIO

È simile al cromo perché forma carburi stabili e nitrururi, rinveniamo fino a T molto elevate. I carburi di cromo "resistono" meno. Fondamentale per gli acciai per utensili

M.5. ACCIAI DA CEMENTAZIONE

Possiedono un tenore di C inferiore allo 0,2-7, questo è dovuto al trattamento termico che devono subire: la cementazione. Vengono impiegati per componenti soggetti a fenomeni di usura come ruote dentate e leve. Durante il ciclo tecnologico viene sottoposto a cementazione e poi a bonifica effettuando tempra in olio e rinvenimento a 150°C.

M.6. ACCIAI DA NITRURAZIONE

Analoghi agli acciai da cementazione, presentano le leghe Cr, Mo, V e Al. In questo caso vengono sottoposti ad una bonifica con rinvenimento a 600°C e poi al processo di nitrurazione, arricchendolo di zolfo e viene fatta a basse T perché non c’è bisogno di distendere le tensioni e non vi è ossidazione.

M.7. CEMENTAZIONE VS NITRURAZIONE

La nitrurazione permette di ottenere una durezza superficiale di 1200 HV mentre la cementazione di 900 HV, lo strato nitrurato risulta essere molto più fino, ciò lo rende indicato a sopportare forti pressioni. Gli acciai utilizzati per la nitrurazione sono quelli da bonifica mentre quelli da cementazione hanno appunto basso tenore di C. La nitrurazione è più costosa.

M.8. ACCIAI PER CUSCINETTI

Questo tipo di acciai devono essere molto resistenti, non devono tenero impurità ed inclusioni non metalliche. Gli acciai utilizzati sono quelli da cementazione, quelli a tempra superficiale e acciai inox. Durante il ciclo tecnologico vengono sottoposti soprattutto ad una ricottura di globulizzazione la quale è da struttura globulare, per migliorano la lavorabilità. Dopodiché ad una bonifica con rinvenimento tra i 150 e 250°C per limitare la perdita di durezza. Perciò questi acciai presentano elevata durezza, buona resistenza ad usura, elevata penetrazione di tempra e limitata deformazione.

M.9. ACCIAI PER FUNI

Hanno composizione eutettoidica. Le caratteristiche come resistenza a trazione, e tenacità sono dovute dall’apertura contemporanea dei composti: perlite, ferrite e bainitica. Viene effettuato il bainitica: tempra bainitica in Pb fuso a 500°C.

13.6. Acciai Inox Martensitici

Sono leghe Fe-Cr con Cr tra 11 e 19% e C fino ad un massimo di 1,2%.

Sono gli unici acciai inox temprabili in quanto presentano i punti critici e possono quindi assumere struttura martensitica. ≤

I trattamenti a cui sono sottoposti sono una tempra in olio/lava; il rinvenimento per trovare il giusto compromesso tra resistenza meccanica e resistenza alla corrosione per quest'ultima non possono mancare una rinvenimento per migliorare la lavorabilitá ed infine una distensione.

Più duri rispetto a ferritici e austenitici ma meno resistenti a corrosione, i più usati sono l'AISI 410 e 420 che dovrebbero altro tenore di C.

13.5. Acciai Inox Bifasici o Duplex

Sono leghe Fe-Cr-Ni con Cr 22-25% e Ni 4-7%.

Sono chiamati duplex perché hanno microstruttura bifasica austenico-ferritica. Grazie a ciò possiedono elevate caratteristiche meccaniche ed un'elevata resistenza a corrosione. ≤

I trattamenti applicati sono la solubilizzazione e la tempra in acqua. Essi vengono usati in ambienti marini. ≤

13.6. Acciai Indurenti per Precipitazione

Nati per avere una buona resistenza a corrosione abbinata a proprietà meccaniche superiori rispetto agli acciai martensitici tradizionali.

Dopo essere stati sottoposti a tempra, grazie al basso contenuto di C, assumono struttura martensitica relativamente tenace per cui viene effettuato l'incrudimento per formazione di composti intermetallici con Cu, Al, Ni e Ti.