Chimica e tecnologia dei materiali - acciai e ghise

ACCIAI E GHISE

Le leghe di ferro si distinguono in acciai e ghise in base alla percentuale di carbonio:

• ACCIAI  % di carbonio < 2,06

• GHISE  % di carbonio > 2,06

DIAGRAMMA FERRO – CARBONIO :

E’ un particolare diagramma di fase che descrive la microstruttura degli acciai e delle

ghise. Esso presenta un composto intermetallico noto come cementite (Fe C = carburo

3

di ferro) che ha 6,67 % di C; questo è anche il limite del diagramma perché leghe con

tenore di carbonio superiore non hanno alcun significato.

La cementite è un composto metastabile, che si decompone secondo la reazione: Fe C

3

 3Fe + C per dare ferro e grafite. Quindi il diagramma ferro – carbonio, più

appropriatamente ferro – carburo, dovrebbe essere ferro – grafite. Ma, anche se quest’

ultimo è stabile da un punto di vista termodinamico, osservare tale diagramma,

richiederebbe velocità di raffreddamento molto lente. È per questo che facciamo

riferimento al diagramma ferro – cementite.

FASI DELLE LEGHE FERRO – CARBONIO E TRASFORMAZIONI INVARIANTI:

Il ferro puro in natura non esiste, allo stato solido presenta tre forme allotropiche:

1. Ferro α con struttura cristallina cubica a corpo centrato (CCC)

2. Ferro ϒ con struttura cristallina cubica a facce centrate (CFC)

3. Ferro δ con struttura cristallina cubica a corpo centrato (CCC)

Queste tre forme allotropiche si combinano con il carbonio per dar luogo alla

cementite. Le fasi sono le seguenti:

Fase α  Ferrite α (ferro α + 0,02 % di carbonio a 725 °C)

 Fase ϒ  Austenite ϒ (ferro ϒ + 2,08 % di carbonio a 1148 °C)

 Fase δ  Ferrite δ (ferro δ + 0,17 % di carbonio a 1495 °C)

 Fase Fe C  Cementite

 3

P = punto eutettoidico; Q = punto eutettico; R = punto peritettico

P ha tre fasi: 1) Austenite ϒ con 0,8 %C

2) Ferrite α con 0,02 %C  Trasf. eutettoidica: Austenite ϒ 

Ferrite α + Cementite

3) Cementite con 6,67 %C

Q ha tre fasi: 1) Liquida con 4,3 %C

2) Austenite ϒ con 2,08 %C  Trasf. Eutettica: Liquido  Austenite ϒ

+ Cementite 3) Cementite con 6,67 %C

R ha tre fasi: 1) Liquida con 0,53 %C

2) Ferrite δ con 0,09 %C  Trasf. Peritettica: Liquido + Ferrite δ 

Austenite ϒ 3) Austenite ϒ con 0,17 %C

Gli acciai vengono suddivisi in:

Diagramma ferro – carbonio:

Eutettoidici: con 0,8 %C; a

 temperatura ambiente sono

costituiti da laminette di Ferrite

+ cementite = perlite)

Ipoeutettoidici: con < 0,8 %C;

 costituiti da Ferrite α + perlite

Ipereutettoidici: con > 0,8 %C;

 costituiti da cementite + perlite