Appunti di metallurgia

BONIFICA

Intervengo ristabilendo le condizioni di equilibrio, con il calore. Effettuo il rinvenimento, scaldare a temperature progressivamente crescenti. Il più delle volte questo non posso farlo con le saldature. Se ho dell'austenite residua, quando la scaldo (90/100°C) si trasforma in martensite. Perché non voglio austenite residua? Perché quando si trasforma aumenta il volume, quindi genera tensioni e manda a farsi benedire le tolleranze. Trattamenti sottozero: quando esce dalla tempra, il pezzo viene immerso in azoto o altro per far trasformare l'austenite in martensite. Se rimane austenite residua, sotto l'azione meccanica, l'austenite può evolvere. Capita che la martensite espelle carbonio sotto forma di carburi CHI e EPSILON, che non sono carburi di equilibrio. Questi carburi sono coerenti: significa che hanno un'interfaccia comune con la matrice e sono attraversabili dalle dislocazioni della matrice, ma non avendo la struttura

della matrice, l'attraversamento delle dislocazioni è difficoltoso. Infatti, la durezza aumenta. Questi carburanti a circa 300/400°C si risciolgono nella matrice e intorno ai 450/500°C e danno origine a strutture di equilibrio, ferrite e cementite. Avremo una struttura talmente fine che non può essere distinta al microscopio (struttura NON RISOLTA), elevata tenacità ed elevate caratteristiche meccaniche. Problema: fragilità da rinvenimento. Nell'intervallo 200-400°C la tenacità crolla! Come mai? Non si hanno le idee chiare! Si suppone che abbiamo la produzione di questi carburi, però in questo intervallo la matrice probabilmente non ha avuto ancora il tempo di distendersi, è piena di tensioni. Come si fa ad ovviare alla fragilità da rinvenimento? Si aggiunge lo 0,2% di molibdeno. Questo ritarda la precipitazione di questi carburi, in modo che la matrice abbia il tempo di distendersi. Se ci sono elementi leganti,può capitare un indurimento secondario! Intorno ai 500° possiamo avere un picco di durezza, indurimento secondario, perché negli acciai al carbonio si forma cementite, se gli acciai sono legati si formano i carburi degli elementi leganti, che sono coerenti quindi hanno un'elevata durezza e stabili, perché sono di equilibrio.

Piccolo RIASSUNTO

Quando raffreddiamo un materiale metallico possono accadere tutta una serie di fenomeni che si interconnettono, per cui bisogna fare attenzione perché si rischia di spaccare il materiale. Quando raffreddiamo abbiamo tutta una serie tensioni che possono nascere dalle dilatazioni e contrazioni differenziali generate dal fatto che esiste un gradiente di temperatura tra superficie e cuore. Però intervengono anche altri fenomeni: raffreddando ci troviamo di fronte ad una trasformazione dell'austenite in ferrite e cementite, che se succede a 723° allo 0,8% mi portano alla formazione della PERLITE, un costituente

metallografico costituito da due fasi (11% dicementite, 89% di ferrite). Se abbandoniamo il diagramma di stato(non tiene conto del fattore tempo), ci accorgiamo che questa trasformazione è contraddistinta da meccanismi diffusivi, in quanto l'austenite (allo 0,8%) mi genera una ferrite senza carbonio (0,02%) e tutto il carbonio viene racchiuso nella cementite al 6,66%. È chiaro che questa trasformazione è dominata da meccanismi diffusivi che sovraintendono la nucleazione di nuove fasi (ferrite e cementite) e la crescita (dipendono fortemente sia dalla temperatura alla quale avviene la trasformazione e sia dal tempo). Parlo della temperatura perché la trasformazione subisce un'isteresi (anziché avvenire alla temperatura di equilibrio, all'aumentare della velocità di raffreddamento, la trasformazione avviene via via a temperature inferiori). Chiaramente non è la stessa cosa avere questa trasformazione a 723° o averla per esempio

a 600°; cambiache all’aumentare della velocità di raffreddamento, capita unaumento della nucleazione e questo si traduce in una strutturafinale via via più fine (maggiore tenacità e durezza).Ad un certo punto la velocità di raffreddamento può essere tale dabloccare i meccanismi diffusivi. E allora possono capitare due cose:portiamo la struttura austenitica a temperatura ambiente (acciaiaustenitici) oppure si generano nuove strutture. Noi ne abbiamovista solo una, la martensite. L’austenite ha una struttura CFC laquale contiene carbonio nella lacuna ottaedrica. Se noi abbassiamola temperatura, la struttura si trasforma in CCC (nel caso del ferropuro questo viene a 907°). Se noi introduciamo del carbonio, latrasformazione avviene a temperature inferiori. Passando da CFC aCCC si ha una trasformazione che non avviene attraversodiffusione, ma per semplici spostamenti meccanici. Il reticolo CFCtende a passare a CCC, ma c’è

carbonio dentro; carbonio che non riesce a diffondere, quindi questo CC non è un cubo ma un tetragono estremamente deformata e tensionata, una nuova fase che non esiste nel diagramma di stato ferro-carbonio perché non è una fase di equilibrio, fase chiamata martensite. La martensite che ci complica la vita perché questa è dura ma allo stesso tempo fragile. Quindi si va a generare in una zona di per sé molto stressata, nel corso del raffreddamento. Ecco il pericolo di rompere il materiale. Ed ecco allora che siccome tutte queste cose avvengono perché ci sono gradienti di temperatura differenziali, è chiaro che maggiore è il gradiente, più preoccupante saranno questi fenomeni. L'obiettivo è cercare di raffreddare nel modo più lento possibile, al fine di ridurre il gradiente. Per avere martensite devo evitare che si formi perlite. Come possiamo fare? Introdurre elementi leganti. Questo mi permette di ottenere

strutture martensitiche con raffreddamenti più lenti, perché gli elementi leganti se sono austenitizzanti mistabilizzano l'austenite e quindi mi rallentano la sua tendenza a trasformarsi oppure se sono ferritizzanti cioè destabilizzanti nei confronti dell'austenite possono essere formatori di carburi (cromo, titanio). Questi elementi mi rallentano la trasformazione eutettoidica. Scopo degli elementi leganti. Come possiamo raffreddare? abbiamo visto l'acqua buon mezzo perché molto energico, costa poco però ha tutta una serie di svantaggi, come il fenomeno della calefazione, cioè formazione di guaina di vapore ad alta temperatura. Però resta il sistema di raffreddamento più energico, utile soprattutto quando abbiamo acciai al carbonio (non legati). Poi può essere usato l'olio, che ha un potere raffreddante inferiore, quindi mi protegge di più il materiale dal punto di vista delle rotture, però ha

Tutta una serie di inconvenienti perché inquina, genera fumi, può bruciare. Cosa ce ne facciamo della martensite? È una fase molto fragile, quindi un acciaio che contiene grandi quantitativi di martensite è un acciaio fragile. Dopo la tempra, un trattamento termico che mi coinvolge un raffreddamento veloce, segue sempre un rinvenimento. L'insieme tempra più rinvenimento si chiama BONIFICA. Il rinvenimento consiste nel prendere un materiale e scaldarlo a temperature sotto i 700°C, solitamente 500 o 550°C nel caso degli acciai legati; e nel rinvenimento succedono tutta una serie di fenomeni che vanno dalla trasformazione dell'austenite residua alla martensite che si decompone originando carburi Chi ed Epsilon che sono coerenti, dopo di che questi carburi si risciolgono per generare ferrite e cementite. Quindi alla fine di tutto torniamo alla struttura di equilibrio. Ovviamente se abbiamo fatto queste operazioni è per avere ferrite e cementite.

Estremamente fini di forma sferoidale che mi permettano la costituzione di una struttura resistente e tenace, le dislocazioni hanno difficoltà a passare, però anche le cricche hanno difficoltà a propagarsi, ecco che abbiamo una struttura tenace e resistente. Fanno eccezione gli acciai legati, all'interno dei quali abbiamo la cosiddetta durezza secondaria, anziché trasformarsi in ferrite e cementite, potremmo avere ferrite e carburide degli elementi legati (Carburi coerenti). E poi avevamo parlato della fragilità di rinvenimento, cioè nell'intervallo tra 200 e 400° purtroppo anziché aumentare, la tenacità crolla. Il fenomeno non è del tutto chiaro. Tutto quello che abbiamo detto viene ribaltato sulle saldature. Nelle saldature la zona critica è la ZTA, perché qui capitano tutti i fenomeni di cui abbiamo parlato. Allora bisogna prendere una serie di precauzioni, che sono rivolte ad attenuare la rottura nella ZTA.

Aldilà della manualità dell'operatore, ci sono questioni tecniche che prescindono dalla capacità. Primo problema è che quando noi effettuiamo la saldatura, il raffreddamento è estremamente veloce perché accanto abbiamo del materiale metallico che ha un'elevata capacità di conduzione termica, questo è un problema perché significa facilità di generare strutture martensitiche. Quindi, nelle saldature la situazione è più complessa. Non sempre posso intervenire con il rinvenimento. Quindi il primo vincolo è la composizione chimica, non tutti gli acciai si possono saldare. Perché? Parliamo di leghe di alluminio. In questo caso il discorso è banale perché, soprattutto in quelle da trattamento termico, sono quelle leghe che presentano un indurimento secondario (serie 2000, serie 6000, serie 7000 e serie 8000). Vediamo che cosa succede in queste leghe. Quando noi parliamo di materiali

amo un trattamento termico di tempra. La tempra consiste nel raffreddare rapidamente il materiale dalla temperatura di solubilizzazione fino a una temperatura inferiore, in modo da ottenere una struttura più dura e resistente. Questo avviene perché il raffreddamento rapido impedisce al rame di precipitare sotto forma di fase secondaria, mantenendo così una soluzione solida di alluminio e rame. In conclusione, per ottenere le proprietà desiderate nelle leghe di alluminio, è necessario considerare sia la composizione chimica che il trattamento termico. La composizione chimica determina la solubilità del rame nell'alluminio, mentre il trattamento termico controlla la struttura e le proprietà meccaniche del materiale.