Lezioni: Appunti di Metallurgia

METALLURGIA

METALLURGIA

CONFRONTO TRA C.F.C. e E.C.

rappresentano il massimo addensamento possibile

• numero di coordinazione 12
• compattezza 74%

Anologia dovuta al fatto che CFC e EC sono ottenibili sovrapponendo reticoli esagonali piani.

• Atomi compatti disposti al più stretto contatto possibile

Primo strato A

• vi sono due tipi di vuoti tra gli atomi A: B e C, disposti a file alterne.

Secondo strato B

• Appoggiato al primo strato A.
• Con tutti gli atomi collocati sopra un solo tipo di vuoto (ad es. B)

Terzo strato

• appoggiato al secondo strato B.
• Sono possibili due configurazioni a seconda che gli atomi siano collocati in corrispondenza

dei vuoti C (vuoti del primo strato non occupati del secondo)

• sequenza di impilamento: ABCABC
• struttura: C.F.C.

dei vuoti A (direttamente sopra gli atomi del primo strato)

• sequenza di impilamento: ABABAB
• struttura: E.C.

Densità Atomica e Scorrimento

Piano di massimo addensamento atomico di un reticolo:

la distribuzione bidimensionale di atomi più strettamente disposti

Poiché la densità atomica è costante nel metallo

• I piani più densi:
• devono essere maggiormente distanziati tra loro
• hanno le corrispondenti forze interplanari più deboli
• hanno possibilità di scorrimento tra loro agevolate

I piani di massima densità atomica

sato i piani di più facile scorrimento

(010) piano a

massima densità atomica

Duttilità:

capacità di un materiale di deformarsi plasticamente

sotto carico prima di giungere a rottura.

La Plasticità

(reciproco scorrimento dei grani cristallini)

tipica dei metalli è possibile perché gli atomi metallici scor-

reendo lungo i sistemi di scorrimento (piani + direzioni) possono

altresì posizioni termodinamicamente stabili o equivalenti.

La duttilità dei metalli è dovuta alla regolarità della

struttura cristallina e dipende dal numero di sistemi

con più elevata densità atomica (sistemi di più facile scorrimento)

piani al max

addensam. atomico

x

favourite on più

facile scorrimento

2)

nel caso atomi diversi si attraggano con intensità molto maggiore rispetto agli atomi simili:

F_A-A << F_A-B >> F_B-B

• atomi di una specie si circondano del massimo numero di atomi dell'altra specie.
• (a) se gli elementi hanno caratteristiche elettroniche simili (sono entrambi metalli)

• SUPER-RETICOLO costituito da SOLUZIONE SOLIDA ORDINATA
• (b) se gli elementi differiscono molto dal punto di vista elettronico
• caratteristiche proprie di un composto chimico
• FASE INTERMEDIA o COMPOSTO INTERMETALLICO

Casolimite: un elemento è talmente elettropositivo da reagire in legame ionico. Succede se un elemento è un non metallo. non è una lega, è un composto chimico.

3)

nel caso atomi diversi si attraggano con intensità molto minore rispetto agli atomi simili:

F_A-A >> F_A-B << F_B-B

• i due tipi di atomi si respingono reciprocamente
• no solubilità allo stato solido
• “miscela di fase” con strutt. cristalline uguali alla initiale (MISCUGLIO DI FASI)
• cristalli alternati delle diverse composizioni
• LEGA EUTETTICA

temperatura di fusione (TEMPERATURA EUTETTICA) < temperatura f. singola dei 2 metalli componenti.

Fasi Intermedie

soluzioni solide sostituzionali o interstiziali con reticoli cristallini diversi da quelli delle soluzioni solide primarie

• fasi intermedie a composizione fissa
• sol. solida intermedia di sostituzione
• sol. solida intermedia interstiziale
• composti intermetallici (fasi intermedie a composi. variabile)

3 categorie di composti intermetallici

1. Composti elettrochimici
   • strutture da composti chimici
   • legami non metallici
   • rispettando la valenza degli elementi
   • ZnS, Mg₂Pb (composizione stechiometriche)
2. Composti stabili per determinate dimensioni degli atomi
   • Fasi di Laves: composti sostituzionali del tipo AB₂
     • numero coordinazione > 12 (n° coordin A = 16, n° coordin B = 12)
     • MgCu₂, MgZn₂
   • Fasi σ: composti stabili presenti in acciai specialie leghe resistenti a caldo (FeCr, CoCr)
     • elevato n° coordinazione
     • elevata compattezza delle strutture
     • elevata fragilità

Relazione tra microstruttura e proprietà

Dalla microstruttura di una lega dipendono le sue proprietà e quindi la possibilità di impiego.

• Leghe eutettiche
  • Alcune proprietà lineari alla composizione:
    • sinterizzazione
    • trazione
    • HB durezza
  • peso specifico
  • resistività
• Soluzioni solide
  • "proprietà" non lineari alla composizione
  • presenza elementi diversi nello stesso reticolo:
  • perturbazione reticolo
  • variazione proprietà
  • max e min delle proprietà dove c'è massimo perturbazione reticolo -> 50% composizione
• Leghe con solubilità limitata
  • proprietà che variano tra i casi precedenti

N.B. Considerazioni vere per alcune proprietà.

Per le altre bisogna tenere conto dei:

• PARAMETRI METALLURGICI
  • dimensione grani
  • morfologia e distribuzione
  • delle fasi
  • modi e distribuzione difetti

Raffreddamento lega a composizione C₁

S₁ → S₁' raffreddamento lega liquida

V = 2 = 1 + 1 = 2 (bravura)

S₁' (nel liquibus) → inizio solidificazione

Il liquido si arricchisce del componente basso fondente e attraversa una serie di stati tipo individuati dalla curva _liquibus.

Il solido che si forma è sempre più ricco di alto fondente rispetto al liquido con cui è in equilibrio.

Il solido che si era formato in precedenza per essere sempre in equilibrio con il liquido (che varia la composizione in modo continuo all'abbassarsi di T), deve arricchirsi di basso fondente (sottratto al liquido) tramite diffusione interna allo stato solido.

in S₁''

• % liquido = (L² S'' α₁^L) / (L₁ α₁^L) * 100
• % solido = (L₁ S₁'') / (L₁ α₁^L) * 100

Regola della leva

Liberazione calore latente di solidificazione

Cfr relazione tra microstruttura e proprietà

MISIBILITÀ COMPLETA ALLO STATO LIQUIDO

IMMISIBILITÀ COMPLETA ALLO STATO SOLIDO

caso limite dell'eutettico quando i composti esterni sono delle ss. α, β

• Bi-Cd

Per cui i passaggi di raffreddamento sono come quelli del caso di presenza di trasformazione eutettica nella miscibilità parziale allo stato solido.

Ma al posto di α e β ci sono direttamente A e B.