Appunti Metallurgia delle lezioni del prof. Giovanardi

Metallurgia

Acciai

Leghe base ferro → 85% delle costruzioni ingegneristiche

Leghe base alluminio → seconda classe che viene impiegato nelle costruzioni ingegneristiche (soprattutto per alleggerimento)

Leghe base ferro → tramite allegazione posso variare molto le caratteristiche della lega, che spaziano in un ventaglio molto ampio.

Acciaio colato

Solamente le più utilizzate.

Partendo dal metallo base Fe_b posso trovarvi in diverse forme allotropiche (cioè in due reticoli posso trovarlo)

• Fe-S (CCC)
• Fe-γ (CFC)
• Fe-α (CCC)

Se parliamo di ferro puro assumiamo l’acceleramento (di un prototipo del riscaldamento).

Da 272.15°C a 911°C è stante Feα-α (CCC) poi a 911°C cambia la composizione reticolare del ferro passando a Fe-γ (CFC). A 1230°C diventa stante il ferro S Fe-S (CCC). Parametri reticolari del CCC del Fe-S è diverso dal quello del Fe-α.

Quindi il ferro tra tre forme allotropiche:

• -Fe α
• -Fe γ
• -Fe S

Poi c’è la fase liquida.

Diagramma della fusione per il ferro puro

non ci interesseranno i feri puri, ma soprattutto le leghe

Leghe A + B

allo stato solido posso avere una completa o parziale miscibilità.

• Se ho completa miscibilità avrò soluzione solida
• SS sostituzionali (se hanno i raggi atomici molto simili)
• SS interstiziali (dove gli atomi piccoli vanno ad occupare gli interstizi degli atomi grandi) crea una distorsione nel reticolo simile e avvio solubilità di B in A piccole.
• possono formare anche un composto stechiometrico fisso (es. AB₂)

vediamo le leghe ferrose

- Legante α-agamo (tende ad ampliare la fase α)

- Legante γ-agamo (tende ad ampliare la fase γ)

il legante α-fagamo più potente è il cromo (Cr) poi abbiamo

Il legante γ-fagamo più potente è il nichel (Ni)

no carbonio

arriviamo a T_e (minimo) temperatura eutettoidica

a T_e (fine processo)

si raffredda lentamente: impercettibili un po' da riaprirsi e sformare granuli di α, riprendendo CEMENTITE TERZIARIA (quasi impercettibile come incremento di C)

CEMENTITI

• la cementite ha sempre una sola fase, ma a secondo di come si pone ha orientamenti spaziali diversi, che ne cambiano le caratteristiche
• PRIMARIA: si forma direttamente dal liquido (cristia)
• SECONDARIA: si forma da γ e va a contornare i grani
• TERZIARIA: si forma da α e γ e va a contornare le placche di cementite e perlite
• LEDEBURITICA: in lamelle, che si forma durante la trasformazione eutetica
• PERLITICA: in lamelle che si forma durante la trasformazione eutettoidica

TRASFORMAZIONI DELL'AUSTENITE

Quasi tutte le trasformazioni avvengono raffreddamento avvengono velocemente → fuori equilibrio → e diagramma di stabi non è rappresentato se consideriamo le minusoluzione canoniche. → CURVE TTT (tempo, temperatura, trasformazioni)

T > 723 ℃

l'ev imaginare a partire del monocarburo γ e poi portato istantaneamente ad un'altra temperatura che è posta sull'one γ

A questo punto lo mantengo a questo temperatura per un estto t (come x)

Ricottura completa:

Si riscalda sopra la temperatura A₃ di circa 50°C, poi abbiamo un tempo di mantenimento ad alta temperatura (tempo che dipende da regole empiriche: 10 min per cm di materiale, per fare si che tutto il materiale diventi austenite). Infine, c’è una fase di raffreddamento lento.

Con la ricottura si ottiene una struttura finale molto simile a quella del diagramma di stato (solidificazione e raffreddamento sono lenti).

Ricottura isotermica

Si raffredda velocemente all’inizio per raggiungere temperatura costante fino a fine trasformazione, successivamente tenendo a raffreddare velocemente.

Ottengo una ricottura simile a quella completa, mettendoci molto meno tempo.

Normalizzazione

I primi due punti sono uguali a quelli della ricottura, mentre il raffreddamento avviene ad aria calma (né in aria forzata) ottenendo perlite fine come microstruttura finale.

Prove Di Trazione

Prova quasi statica, normalizzata

Si è postumeto che deve essere calibrati

il provino deve essere a sezione circolare o quadrata (cilindrici o prismi)

L₀ = K√S₀ in Europa K = 5.65 n = 5 d₀

L₀ = che ci interessa

Spesso i materiali sono anisotropi, le proprietà non sono => sono necessarie più prove.

Lunghezze ricavate:

• a livello dimensionale (stiramento, allungamento) carichi (forze, spostamenti ...)

ε = allungamento = (L - L₀) / L₀

σ = carico unità = Sforzo (deformazione elastico)

Σ = alllungamento % = (L - L₀) /

prendendo a sono delle deviazioni della proporzionalità E e ε sono in campo plastico

Trovare i diametri diversi

passo definire i carico di snervamento. Le pesi non c'è si prende il carico di spostamento della proporzionalità (R_p0.2)

Dopo e raggiungimento del carico si resistenza a trazione, si ha il fenomeno dello stiramento e fino a

carico di snervamento possa gioco da elastico e plastico

Rp0.2: carico che ha uno spostamento di 0,2% della lunghezza

Dimensionale:

• LUNGHEZZA ULTIMA (l_o): lunghezza fa i riferimenti prima del carico
• LUNGHEZZA ULTIMA (l_m): lunghezza dopo la rottura

Dopo la prova di Charpy

• La frattura fragile (per separazione) - brillante e cristallina
• La frattura duttile (per scavimento) - opaca e setacea
• La frattura mista - duttile ai bordi e fragile al centro

Molte leghe metalliche presentano una transizione di resilienza rispetto alla temperatura (transizione duttile-fragile)

Nota importante conoscere la temperatura di transizione!! Per l'acciaio siamo nell'ordine degli -13°C

Mentre gli acciai hanno una temperatura di transizione netta (acciai)

Leghe metalliche aventi un reticolo CFC o EC non presentano una transizione di resilienza rispetto alla temperatura

Dimensione dei grani - più il grano è fine, più T_tr è bassa

• Si abbassa in acciaio inox austenitico - > sicuramente no Tt_r
• La resistenza dipende anche dalla composizione chimica:
• C - più c'è carbonio più il metallo diventa fragile e perde resilienza
• Ni e Mn sono elementi beneficii

Acciai per basse temperature

• Sconsigliato l'impiego degli acciai effervescenti
• Consigliato aumentare il rapporto Mn/C
• Acciai calmati a -20°C
• Acciai a grano controllato a -40°C
• Acciai a 1.5% Ni fino a -60°C
• Acciai a 3.5% Ni fino a -105°C (10Ni14)
• Acciai a 9% Ni fino a -196°C (X12 Ni 9)
• Acciai inox austenitici per T minimi

numero adimensionale per resistenza al pitting (per i duplex)

PREN = %Cr + 3,3 (%Mo + 0,5%W) + 16%N

(pitting resistant equivalent number)

PREN >> maggiore prelette dell'acciaio

Importante: non è banale saldare un duplex, tenendo

intatte le proprietà anticorrosione.

ACCIAI INOX PH (invecchiati per precipitazione)

Sono caratterizzati dalla presenza di altri gomti come Al, Nb, Ta che

per effetto di trattamenti termici formano precipitanti intermetallici

rafforzanti poiché le particelle precipitate tendono a

bloccare le dislocazioni ⇒ maggiore resistenza meccanica.

Per nomenclatura AISI, serie 600.

Oppure sigle stabilite dai produttori:

esempio: 17-4 PH (1.4542)

Composizione chimica dell'acciaio

• Fosforo: → di norma ancorato del minerale Fe
• → è un impurezza: riduce tenacità e corrosione
• → ma può essere aggiunto per migliorare le truciolabilità
• Zolfo: → di norma ottenuto dal coke (per eliminare il Pn% del Fe)
• → impurezza: riduce tenacità
• → migliora come il Pn lavorabilità alle utensile
• → peggiora resistenza a corrosione
• Idrogeno: → imbastra durante le saldate
• → nocivo se > 2ppm: induce la formazione di fiocchi