Appunti di Struttura, Proprietà e Applicazioni dei Materiali - Acciai e ghise

Acciaio e ghise (capitolo 6)

In condizioni di equilibrio, le leghe Fe-C a temperatura ambiente sono formate da Fe-α e Fe₃C; le leghe del ferro si distinguono in acciai e ghise in funzione del tenore di carbonio, per valori minori di 2,06%.

Microstruttura dei metalli e delle leghe

Molti materiali sono ottenuti miscelando diversi elementi chimici o diverse sostanze ad alte temperature. Quando sono allo stato liquido, il raffreddamento determina la solidificazione della miscela e la formazione di strutture solide nelle quali troviamo diversi elementi:

• Nelle leghe, grani diversi con diverse composizioni.
• Nei metalli, grani uguali con orientazione diversa.

Possiamo prevedere la microstruttura delle leghe mediante la Regola di Gibbs, che richiede due definizioni:

• Fase: porzione omogenea di un sistema chimico fisico eterogeneo identificabile in base al suo stato.
• Varianza: numero di gradi di libertà di un sistema, di cui varia almeno una il numero delle fasi.

Questi due fattori sono correlati mediante la regola di fase: ^υ = _{Ci + 2 - f} numero di coefficienti indipendenti - variabili fisiche note p e T - numero di fasi presenti all'equilibrio.

Acciai e ghise (capitolo 6)

In condizioni di equilibrio, le leghe Fe-C a temperatura ambiente sono formate da Fe-α e Fe₃C; le leghe del ferro si distinguono in acciai e ghise in funzione del tenore di carbonio, per quote minore di 2,06%.

Microstruttura dei metalli e delle leghe

Molti materiali sono ottenuti miscelando diversi elementi chimici o diverse sostanze ad alte temperature. Quando sono allo stato liquido, il raffreddamento determina la solidificazione della miscela e la formazione di strutture solide nelle quali troviamo diversi elementi:

• Nelle leghe, gran diversi con diverse composizioni.
• Nei metalli, grani uguali con orientazione diversa.

Possiamo prevedere la microstruttura delle leghe mediante la Regola di Gibbs: due di devono definire in precedenza:

• Fase: porzione omogenea di un sistema chimico fisico eterogeneo identificabile in base al suo stato.
• Varianza: numero di gradi di libertà di un sistema, di cui varia almeno una il numero delle fasi.

Questi due fattori sono correlati mediante la regola di fase: numero di coefficienti indipendenti ⟶ v = g_i + 2 - f ⟵ numero di fasi presenti all'equilibrio, variabili fisiche note p e T.

In caso di p = costante, la lega è binaria, e la T è da considerare l'unica variabile efficace. Per una miscela binaria avremo:

• V = 3 - f
• V = 2 bivarianti
• V = 1 monovariante
• V = 0 univarianti

Diagrammi di stato binari

Consideriamo un sistema binario A-B, dove questi termini sono due elementi chimici; i diagrammi sono tracciati a pressione dove si ha:

• x — composizione della miscela
• y — temperatura

La lettura di questi diagrammi consente di valutare:

1. Quante sono le fasi presenti?
2. Quali sono le fasi?
3. La loro composizione
4. La quantità di ogni fase

Si deve dunque rappresentare la lega considerata sul diagramma di stato.

Miscibilità completa

In una miscibilità completa, i componenti formano una fase in qualsiasi intervallo della composizione. Consideriamo ora un diagramma binario A-B dove i componenti sono completamente miscibili. Questi due assi verticali indicano i metalli puri A e B, consentendo di individuare le loro temperature di fusione T_FA. Dalle due temperature di fusione partono due linee curve che vanno a delimitare la fase liquida superiormente, quella solida inferiormente, con la fase mescolata α + ℓ.

Nella curva di raffreddamento si nota come, nel sistema essendo un'uniatute, la temperatura non può variare finché è presente una sola fase.

Raffreddamento di una lega X

Analizziamo il comportamento della lega X, composta da x% di B e da 100 - x% di A. Alla T₁ la lega è liquida, l'unica fase presente ha la composizione coincidente con la composizione media di lega. Dato che f = 1, v = 2.

Si nota dal diagramma come, raggiunta la T₂, la lega inizia un processo di solidificazione che dura fino a T₄, dove abbiamo un intervallo con L + α. Fino a certa temperatura, la composizione della fase liquida e solida può essere determinata tracciando una linea orizzontale che interseca le due curve. Quando siamo in presenza di due fasi, i gradi di libertà = 1, quindi si ha una sola variabile. Alla T₃ possiamo descrivere il... [testo originale interrotto].