Appunti Metodologie Metallurgiche e Metallografiche, Prof. Natali

Difetti di Fonderia

• Diminuzione di volume
• Presenza di gas
• Ritiro
• Altro
• Iniezione sabbia in colata

Inclusioni Non Metalliche

Le inclusioni non metalliche sono pericolose sia perché possono ostacolare la crescita dei grani durante la solidificazione, sia perché possono portare a corrosione galvanica (NH₄ Anodo, Ni²⁺ Catodo).

• InM Esogene: Hanno origine esternamente al metallo e sono dovute al trascinamento di elementi non metallici nel bagno di fusione. Sono di grandi dimensioni e affiorano in superficie.
• InM Endogene: Causate da reazioni chimiche interne al bagno di fusione, non possono essere eliminate completamente (Al₂O₃, SiO₂) (ossidi e solfuri).

Estrazione del Ferro

Per estrarre il ferro uso il carbon coke sull'Ossido di Ferro (così si trova allo stato naturale). Il Carbone riduce l'ossido di ferro e si ottiene la ghisa. Il Carbon Coke però cattura elevate quantità di zolfo, devo quindi desolforare aggiungendo Manganese (ottenuto solfato di Mn, inclusione endogena).

Abbasso in fine il contenuto di Carbonio aggiungendo 0₂ e ottengo Acciaio. E l'effervescenza viene eliminata riducendo C0₂ con l'aggiunta di Al e Si. Si ottiene un Acciaio Calmato (Fe₂O₃ e SiO₂ finemente suddivisi).

Diagramma di Ellingham

ΔG° = ΔH° - TΔS°

PRESENZA di GAS

La presenza di gas nel bagno di fusione genera dei problemi a causa delle variazioni da solubilità

del gas nel metallo al variare della Pressione e della Temperatura.

Ad esempio l'idrogeno può generare POROSITÀ, SOFFIATURE E BOLLE, oltre a tensioni residue.

Per evitarle possiamo usare:

• COLATA SOTOVUOTO (lo basso per tiro fuori il gas)
• GAS VETTORI (Gas pesante che spinge fuori quello indesiderato)
• MARCA ANTIVACUCLANTE (Faccio sostare il gas ad oltre T)

Vediamo la variabile di solubilità dell'idrogeno nel Ferro puro

SOLUBILITÀ: Attitudine a rimanere nel metallo

DIFFUSIVITÀ: Attitudine a fluire una stanno dal gas

Legge di FICK

I – J = – D ∂c/∂x

II ∂c/∂t = D ∂²c/∂x²

CRICCHE A CALDO

Sono difetti, normalmente lunghi e profondi, che si generano nella zona fusa quando il metallo si trova ad alta temperatura; in particolare quando durante il raffreddamento si generano tensioni di ritiro che non trovano adeguato riscontro nel materiale, a causa della presenza di elementi basso fondenti (C, S, P) che rimangono allo stato liquido quando il resto del materiale è già solidificato.

È importante che la composizione chimica delle ZF presenti un ridotto intervallo di solidificazione, e che

la zona risulti avere una buona conduttività.

Bisogna inoltre minimizzare la presenza di impurità nel bagno fuso (Ad es. il Fe reagisce su P, S portando in superficie)

CICLO TERMICO

Ogni punto del giunto saldato è caratterizzato da un ciclo termico che lo condiziona dal punto di vista metallurgico e meccanico. Tali cicli termici dipendono da:

1. Dalla posizione del punto rispetto all'asse del cordone di saldatura.
2. Dall'approccio termico: Più severo l'apporto termico, più il ciclo sarà dolce
3. Dallo spessore del pezzo: Più aumentato lo spessore, più aumenta il flusso di calore; il ciclo sarà più severo
4. Dal tipo di giunto
5. Dal materiale: basso K = flusso veloce di calore, quindi ciclo severo; alto Spec = elevata energia immagazzinata, quindi ciclo dolce
6. Dalle temperature: Preiscaldando i pezzi e controllando il raffreddamento, si ottengono cicli dolci
7. Il severità del ciclo è fondamentale per valutare il rischio di tempra sulle curve di Bain

Gli acciai con scuole perennati di Carbonio o contenenti Cr, Mo, Mn sono facilmente soggetti a tempra poiché tali elementi spostano le curve di Bain verso dx e quindi diminuiscono la minima velocità di raffreddamento che provoca tempra

Saldatura in Atmosfera Protettiva

Saldatura MIG/MAG

L'atmosfera protettiva è realizzata per mezzo di un gas inerte che essendo più pesante dell'aria si frappone tra atmosfera e bagno di fusione. Se invece si usa Elio, essendo più leggero dell'aria, ha necessità di un flusso a velocità elevata. Nella saldatura MAG si usa un gas attivo (CO₂) che alle temperature dell'arco si dissocia, riassemblando in prossimità del bagno fusorio, con sviluppo di calore.

Saldatura TIG

Si usa un elettrodo di Tungsteno infusibile in atmosfera inerte. Permette di saldare materiali difficili quali acciai autolegati e leghe di Al e Ti. Richiede la polarità diretta per evitare la disgregazione dell'elettrodo di Tungsteno.

Saldatura per Punti

È un processo autogeno nel quale l'energia necessaria a fondere il metallo è fornita per effetto Joule. I pezzi da unire vengono schiacciati tra 2 elettrodi e vi scorre corrente. Il punto di saldatura è una lenticchia di metallo che fonde, quindi è un processo molto veloce, ma è applicabile a pezzi di piccolo spessore (lamiera). Q = R I ² t Si ha che per basse correnti e tempi lunghi l'elevata dissipazione potrebbe impedire la fusione, viceversa per alte correnti in tempi brevi si avrebbero fusaioli eccessive. È importante notare che i pezzi presentano elevata resistenza elettrica.

Saldatura a Rulli

È simile alla saldatura per punti, con la differenza che le 2 lamiere sono tenute unite da 2 rulli i quali, ruotando, permettono lo scorrimento delle lamiere. Si ha quindi una saldatura pressoché continua. In questo caso il tempo di permanenza è direttamente collegato alla velocità di scorrimento delle lamiere.

Magnetoscopia

Questa tecnica si basa sull'analisi delle variazioni del campo magnetico che si verificano in presenza di difetti superficiali e sub-superficiali (5-6 mm).

Può essere effettuato solo su materiali ferromagnetici.

Un materiale viene considerato ferromagnetico se viene fortemente magnetizzato sotto l'azione di un campo magnetico esterno e mantiene una certa magnetizzazione residua a cessare dell'azione esterna.

Questa proprietà è valida al di sotto della Temperatura di Curie (Tc=740°C), al di sopra della quale si comporta come paramagnetico.

Quando un materiale è smagnetizzato, ciascun dipolo magnetico è orientato in modo casuale, ma sotto l'azione esterna, i dipoli si allineano originando una magnetizzazione dell'intero corpo.

La presenza di difetti nel pezzo provoca una distorsione nel campo indotto, e grazie a delle particelle ferromagnetiche disperse è possibile visualizzare il difetto stesso (le particelle si raggruppano sul difetto, intoropite da un dipolo inverso).

Affinché il campo si alteri in modo significativo è necessario che la discontinuità sia il più possibile perpendicolare alle linee di campo, in modo da offrire una brusca variazione di μ.

Preparazione della superficie

Occorre verificare che la superficie del pezzo sia esente da grasso e polvere, che potrebbero ostacolare il movimento delle particelle magnetiche.

Magnetizzazione del pezzo

Il tipo di campo magnetico da indurre dipende dal presunto orientamento dei difetti.

• LongitudinaleIl pezzo viene inserito in un solenoide lungo l, con N spire e percorso da una corrente I, e le linee di campo magnetico indotto saranno parallelo all'asse del solenoide.
• TrasversaleViene fatto scorrere una corrente I nel pezzo che genera un campo magnetico con linee aventi asse passante con l'asse del pezzo.
• Con giogoSi può magnetizzare in una qualsiasi direzione.

Vista la necessità di avere linee di campo perpendicolari ai difetti, bisogna effettuare almeno una prova con magnetizzazione longitudinale e una con magnetizzazione trasversale.