Appunti di Metallurgia Prof. Spigarelli_Cabibbo_Univpm.

Struttura dei Metalli

Reticolo ➔ disposizione spaziale di atomi secondo una configurazione periodica modo che i vicini di ciascun atomo siano identici.

Cella Unitaria ➔ suddivisione di un reticolo che mantiene le caratteristiche del intero reticolo.

Vari tipi di reticoli:

• cubico CFC = cubo semplice + atomi per faccia

• CCC = cubo semplice + atomo centrato

• tetra-gonale, tetra-g corpo centrale, esagonale (HCP)

Alcuni solidi metallici presentano comunque dei difetti nei reticoli:

Difetti di punto

• vacanza ➔ mancanza di un atomo o più atomi

• presenza negli interstizi di altri tipi di atomi più grossi o più piccoli (atomo sostituzionale, atomo interstiziale)

Difetti di linea

dislocazione ➔ scompare un atomo e gli atomi dei piani sottostanti tendono a ri-accasarsi.

Determina un allungamento con gradini

(ma da deformabilità del metallo)

Però un numero sempre maggiore di dislocazioni rende più difficile la deformazione del materiale.

Quindi per continuare a deformare il metallo dovrò aumentare la forza applicata ➔ incrudimento.

Grani ➔ sono un insieme di tante porzioni di reticolo ognuna contenente i suoi difetti; inoltre ogni porzione è orientata in modo diverso.

Bordo di Grano ➔ zona di confine tra diversi grani.

A = _Ao

E

0

E = Δl _lo = deformazione lineare media

OA - tratto elastico lineare

σ = E · E (deformazione)

E = σ (sforzo) / E (deformazione)

(modulo di Young = la tg dell'angolo formato dal tratto lineare).

A - limite di proporzionalità

fine della fase elastico lineare

AB - tratto elastico non lineare

B - limite di elasticità

finisce la parte elastica e inizia quella plastica, dove se scaricato il materiale non percorre più lo stesso percorso di carico, ma una retta parallela a quella iniziale

C - snervamento

È l'inizio della plasticità, fortemente legato allo snervamento il materiale mostra una zona di forte instabilità, dove al crescere della deformazione la tensione oscilla bruscamente attorno ad un valore medio costante.

D - limite di resistenza

corrisponde alla tensione nominale massima (σ_r) sopportato valore che caratterizza il materiale.

E - limite di rottura

corrisponde alla deformazione massima sopportata dal materiale.

Lega del ferro.

Acciaio = lega di Fe + C

Ferro puro = con 60 ppm (parti per milione) di impurità

Alcune trasformazioni allotropic del ferro sono:

• ferro α ➔ FERRITE CCC, stabile sotto A₃ (912°C)
• ferro γ ➔ AUSTENITE CFC, stabile sopra A₃
• ferro δ ➔ FERRITE CCC, stabile sopra A_4m (1490°C)

Le trasformazioni da α a γ e da γ a δ sono dette MASSIVE cioè

Da α a γ abbiamo una diminuzione di volume dell’1%

poiché la struttura CFC è più densamente impaccabile anche

se ha dimensioni maggiori

Studio l'acciaio che ha composizione EUTETTOIDICA:

• Punto del liquido e inizio a raffreddare
• Arrivo alla linea del liquidus: qui è solo tutto liquido ma si inizia a formare la prima parti solido anche se in piccolissime quantità. Il primo nucleo di solido è CFC col carbonio dentro che si posiziona negli interstizi (si crea la AUSTENITE che ha composizione descritta in grafico)
• Abbasso ancora la T, arrivo in un intervallo di austenite e liquidus fino che non arrivo al punto di solidificazione che sarà tutta austenite e 0% liquido (composizione 0.77% di C)
• Continuo ad asportare calore MOLTO LENTAMENTE ed ho sempre austenite finché non arrivo al punto EUTETTOIDE e quindi y comincia a formate delle lamine Fe alternate di ferrite e cementite e la trasformazione continua finche non ho una struttura tutta a grani con laminiette (formato da 2 fasi): = Peerlite

• % ferrite = ^699-0.77/_699-0.02 * 100 = 88%
• % Fe₃C = 12%

• % ferrite = ^669-0.77/_669-0.01 * 100 = 87%
• % Fe₃C = 13%

Se ho un acciaio ipereutettoidico? (1%, C)

Stessa cosa dell’ipereutettoide ma al posto di A₃ c’è A_cm

Essendo l’A_cm dalla quale un acciaio iper-eutet. durante

il riscaldamento forma subito cementite.

Forno → Raffreddo con velocità di raffreddamento diverse (caso auttenitico)

Curve CCT = continuous cooling transformation

• Linea di iniziazione transf.
• Con la trasf. ferrito ultime

prima dove 90% bainite +

o 10% austen. instab. che si

trasforma in martensite

Faccio partire tutti i vari campioni alla stessa T e poi li raffreddo

con velocità differenti

Se la T_f non entra nel campo quindi austenite diventa tutta martensite.

VELOCITÀ CRITICA DI TEMPRA = è la velocità più lenta che mi dà tutta

martensite.

(caso ipereutettoidico)

Curva CCT

1. F+ C + M ferrite + perlite + bainite + martensite
2. F + C ferrite + perlite
3. F + C + M ferrite + bainite + martensite
4. F + M bainite + martensite
5. M martensite

Trattamenti Termici

Rinvenimento → riscaldamento della martensite per un determinato lasso di tempo e ad una determinata T (da 50°C a 700°C)

Serve a cambiare la struttura della martensite, infatti riscaldando esce un po' di C dagli interstizi e si forma così la cementite.

Quindi ora la martensite che era tetragonale, senza il C diventa CCC cubica che è la ferrite.

Il rinvenimento serve a trasformare la martensite in composizione in equilibrio formato da ferrite e cementite.

Temperatura

Rinvenimento di Distensione → tra i 150 ° e 250°C

• per prevenire le cricche elimina le tensioni interne
• decomporre Arasid. senza eccessivo addolcimento

Rinvenimento di Addolcimento → tra i 250°C e 450°C

• ↑ tenacità ma ↓ durezza, inizia la conversione di martensite in ferrite e cementite.

Rinvenimento Totale della Martensite → tra i 450°C e 700°C

• martensite si trasforma totalmente in ferrite (CCC) e cementite.
• Queste sono miscelate in maniera molto fine: ha un ottimo bilanciamento tra tenacità e resistenza

→ sorbite

Tempra Superficiale → per avere pezzi molto duri in superficie; ruota dentata → resistenza all'usura e durezza

Esterno molto duro interno tenace perché se duro anche interno

allora il pezzo è fragile

Unico svantaggio: bisogna costruire un "tempratore" per ogni pezzo e

non è universale.

• Ricottura
• Normalizzazione
• Tempra
• Tratt. termochimici

T > A₃ = 912 °C

Incrudimento → fenomeno metallurgico per cui un materiale metallico

risulta rafforzato in seguito ad una deformazione

plastica a freddo

Ciclo Produttivo dell'Acciaio

L'acciaio è ottenuto per:

• 50% rottami a base di Fe
• 50% dall'estrazione di Fe dai minerali
• di lo contengono de ossidi

L'estrazione del Fe dai minerali avviene in un altoforno

• ossido ha funzione di combustibile
• agente riducente dei minerali di Fe

I minerali ferrosi devono essere preparati tramite:

• Frantumazione macinazione - bisogna evitare pezzi grandi
• di grosse masse e presenza di S
• molte rendono il processo incompleto
• evitare pezzi piccoli da ostruirebbero
• il forni non facendo passare 2ml

Arricchimento - aumentare il tenore di Fe avendo cosi la

possibilità di utilizzare giacimenti più poveri.

L'altoforno è costituito da una torre di materiale refrattorio rivestito

esternamente in acciaio. La sua altezza può superare i 50 m

ed ha circa 10 m di diametro. Funzionano di continuo tanto che

possono rimanere accesi alcuni anni.

Produce circa 2000 t / 24 h

• gas-fumi
• riduzione polveri
• scambio di calore
• reazioni esotermiche
• scoria - ghisa grezza

producono

calore e nel

passaggio da

solido a liquido

Il Fe si riduce Fe₂O₃, > Fe