Teoria completa esame Metallurgia e materiali non metallici

EFFETTI DEGLI ELEMENTI DI ALLIGAZIONE:

Gli elementi di legatura come Cr (cromo), Ni (nichel), Mo (molibdeno), W (tungsteno) e altri

influenzano notevolmente le curve di trasformazione (come quelle nel diagramma CCT) degli acciai e

delle leghe metalliche. Questi elementi agiscono cambiando le temperature di trasformazione, la

velocità con cui si verificano le trasformazioni di fase e la microstruttura finale ottenuta durante il

raffreddamento. Vediamo in dettaglio come ogni elemento influenza queste curve.

Elementi Austenizzanti (favoriscono la fase austenitica):

• Nichel (Ni) e Manganese (Mn): Stabilizzano la fase

austenitica (FCC), migliorando la duttilità e la

formabilità.

Elementi Ferritizzanti (favoriscono la fase ferritica):

• Cromo (Cr) e Molibdeno (Mo): Stabilizzano la fase

ferritica (BCC), aumentando la resistenza alle alte

temperature ma riducendo la duttilità.

Diagramma CCT:

Nel caso del diagramma CCT, invece, si osserva come la temperatura cambia continuamente nel tempo

durante un raffreddamento dinamico.

Rispetto alle curve TTT, dove si ha una trasformazione a una temperatura costante, le curve CCT tengono

conto di come la temperatura cambia nel tempo.

https://youtu.be/KswdEvtEksI?si=OLjQQQxxnd9VucDT

https://youtu.be/6WJDK_LRnao?si=X0AMEeitcPOdMLSJ

https://youtu.be/1uP16c7T_CE?si=58JDpQXdcs7eSx-E

Il punto di velocità critica superiore (Vs)

Il punto di velocità critica superiore (Vs) si

riferisce alla velocità di raffreddamento più alta

alla quale le trasformazioni di fase (come la

decomposizione dell'austenite) non avvengono

più. Se il raffreddamento è troppo veloce, le

trasformazioni non riescono a completarsi in

modo efficace, e ciò può portare a una struttura

non desiderata, come una martensite

incompleta.

In altre parole, Vs rappresenta il limite superiore

della velocità di raffreddamento che consente

ancora una trasformazione di fase adeguata.

Superato questo limite, la struttura risultante non

sarà quella desiderata (ad esempio, non si avrà

una decomposizione completa dell'austenite) e

la fase di trasformazione si interrompe.

TRATTAMENTI TERMICI INDUSTRIALI:

I trattamenti termici industriali prevedono un ciclo termico che consiste in una fase di riscaldo, una di

mantenimento, ad un data temperatura, ed infine, il raffreddamento. Le fasi di riscaldo e mantenimento

sono uguali per ogni trattamento termico, si differenzia invece il raffreddamento.

Nel trattamento termico degli acciai, il

"superamento dei punti critici" si riferisce al

riscaldamento del materiale oltre specifiche

temperature alle quali avvengono trasformazioni

strutturali. Queste temperature sono note come

punti critici e sono identificate con le sigle A1, A3

e Acm

• A1: Temperatura alla quale avviene la

trasformazione tra austenite e perlite.

• A3: Temperatura alla quale, durante il

riscaldamento, la lega di acciaio

ipoeutettoide termina la

• Acm: Temperatura alla quale, durante il riscaldamento, un acciaio ipereutettoide termina la

trasformazione in austenite.

RISCALDAMENTO:

il riscaldamento può essere di

diversi tipi, di solito è di tipo

continuo, oppure a gradini,

per ovviare alla rottura

generata dai gradianti termici,

ad esempio per i materiali di

grandi dimensioni (sopra

50mm).

Solitamente si mantiene alla stessa temperatura il materiale circa ½ ogni 25 mm di spessore.

RICOTTURA COMPLETA:

La ricottura completa, eseguita dopo il riscaldamento dell’acciaio oltre alle linee dei punti critici

(acciaio ipoeutettodico sopra A3 e ipereutettoidico sopra A1), prevende un raffreddamento lento in

forno.

La velocita di raffreddamento è varia dai 5° ai 20°/h, dunque le curve CCT sono tagliate dalla traiettoria di

raffreddamento molto in alto, la struttura che si forma è grossolana con bassa durezza.

Le strutture che si formano potranno essere:

• Perlite + ferrite: grossolana, per acciaio ipoeutettoidico.

• Perlite + cementite secondaria: grossolana, per acciai ipereutettoidici.

EFFETTI E CONSEGUENZE:

• Omogeneizzazione della composizione chimica e della microstruttura;

• Ricristallizzazione della microstruttura;

• Grano cristallino grossolano;

• Elimina le tensioni residue;

• Durezza finale "bassa" e resistenza meccanica limitata.

Con tempi lunghi (costi elevati), distorsioni e ossidazione superficiale.

Lo scopo del trattamento è quello di addolcire il materiali per renderlo più adatto alle lavorazioni.

NORMALIZZAZIONE:

Consiste nel raffreddamento di un pezzo in aria calma dopo la completa austenizzazione. Non è un

raffreddamento lento come quello della ricottura, ma non veloce come la tempra.

La velocita di raffreddamento è varia dai 50° ai 100°/min, dunque le curve CCT sono tagliate dalla

traiettoria di raffreddamento è più bassa rispetto alla ricottura, la struttura che si forma è fine, più

omogenea e regolare.

Le strutture che si formano potranno essere:

• Perlite + ferrite: fine, per acciaio ipoeutettoidico.

• Perlite + cementite secondaria: fine, per acciai ipereutettoidici.

EFFETTI E CONSEGUENZE:

• Omogeneizzazione della composizione chimica e della microstruttura;

• Ricristallizzazione della microstruttura;

• Trasformazione dell'austenite a temperature più basse;

• Grano cristallino fine;

• Elimina le tensioni residue;

• Durezza "media" e resistenza meccanica limitata.

Tempi brevi (costi contenuti), distorsioni e ossidazione superficiale.

La lavorabilità dopo la normalizzazione è discreta. La normalizzazione è seguita sistematicamente

dalla ricottura di lavorabilità, ossia un

riscalamento a temperatura inferiore all’intervallo

critico, e la combinazione dei due trattamenti si

chiama RIGENERAZIONE.

TEMPRA:

In seguito ad un riscaldamento per una completa austenizzazione, esso consiste nel raffreddamento

rapido dell’acciaio, in modo da ottenere una struttura martensitica, a temperatura ambiente, senza

incorrere a trasformazioni ad altre temperature. Solitamente si raffredda in olio o acqua.

La velocità di raffreddamento deve essere superiore alla velocità critica superiore.

Le strutture che si formano potranno essere:

• Martensite: aciculare, per acciaio ipoeutettoidico.

• Martensite + cementite (perchè non si ha completa austenizzazione): lenticulare, per acciai

ipereutettoidici.

EFFETTI E CONSEGUENZE:

• Omogeneizzazione della composizione chimica e della microstruttura;

• Grano cristallino estremamente fine;

• Elevata durezza e resistenza meccanica, bassa duttilità, bassa tenacità alla frattura.

☹ ☹ ☹

Distorsioni e ossidazione; Tensioni residue; Microstruttura molto fragile.

Successivamente alla tempra, si effettua il rinvenimento:

Il rinvenimento si definisce come un riscaldamento a temperatura inferiore all' intervallo critico di un

prodotto siderurgico, effettuato dopo la tempra.

I due processi combinati prendono il nome di BONIFICA.

Il rinvenimento si definisce come un riscaldamento a temperatura inferiore all' intervallo critico di

un prodotto siderurgico, effettuato dopo la tempra.

TEMPRA BAINITICA E MARTENSITICA:

La tempra bainitica, o austempering, è un trattamento termico che consente di ottenere una

microstruttura bainitica negli acciai, combinando una buona durezza con una maggiore tenacità rispetto

alla martensite. Il processo prevede il riscaldamento dell'acciaio oltre la temperatura critica per formare

austenite, seguito da un raffreddamento controllato a una temperatura intermedia, generalmente tra

250°C e 500°C, mantenendo il pezzo a questa temperatura fino al completamento della trasformazione

della bainite.

Questo evita la formazione di martensite e riduce le tensioni interne e le cricche che potrebbero

verificarsi con una tempra tradizionale.

Dal punto di vista pratico, la tempra bainitica viene spesso utilizzata su acciai al carbonio di piccolo

spessore o acciai legati, in particolare per componenti soggetti a elevati carichi di fatica, come molle,

ingranaggi e alberi, dove è necessaria una combinazione di resistenza, tenacità e riduzione delle

distorsioni. Un vantaggio significativo rispetto alla tempra martensitica è che la bainite è più tenace e

meno fragile rispetto alla martensite temprata, permettendo di evitare o ridurre la necessità di un

successivo rinvenimento.

Tuttavia, non è adatta per spessori elevati perché sarebbe difficile evitare la formazione della martensite

o della perlite a seconda delle velocità di raffreddamento.

TEMPERABILITA’:

La temprabilità è la capacità di un acciaio di formare una struttura temprata (solitamente martensitica)

in funzione della distanza dalla superficie del pezzo sottoposto a tempra. Essa dipende dalla

composizione chimica dell'acciaio e dalla velocità di raffreddamento applicata. Un acciaio con elevata

temprabilità può indurirsi anche nelle zone più interne del pezzo, mentre un acciaio con bassa

temprabilità tenderà a formare martensite solo vicino alla superficie, lasciando il nucleo con strutture

meno dure come perlite o bainite. L'immagine illustra come la microstruttura

finale di un pezzo d'acciaio dipenda sia

dalla velocità di raffreddamento sia dalla

posizione all'interno del pezzo stesso. La

periferia, raffreddandosi più velocemente,

può sviluppare una maggiore durezza

grazie alla formazione di martensite,

mentre il centro, raffreddandosi più

lentamente, potrebbe avere una

microstruttura più duttile come bainite.

La temprabilità è influenzata principalmente dalla quantità di elementi di lega presenti nell'acciaio.

Elementi come manganese, cromo, molibdeno e nichel aumentano la temprabilità, rallentando la

diffusione del carbonio e consentendo la formazione di martensite anche a velocità di raffreddamento

più basse.

LA PROVA JOMINY: prova tecnologica Per misurare la temprabilità, si utilizza il test

Jominy, in cui un provino cilindrico viene

riscaldato fino a diventare austenitico e poi

raffreddato con un getto d'acqua su una sola

estremità. Successivamente, si misura la durezza

lungo la lunghezza del campione: più lentamente

decresce la durezza, maggiore è la temprabilità

dell'acciaio.

La temprabilità è un fattore determinante nella scelta del trattamento termico. Ad esempio, un acciaio

con bassa temprabilità potrebbe richiedere una tempra in acqua per ottenere martensite anche