Metallurgia

PH:

- Elevata resistenza meccanica

Diagramma di Schaeffler: permette di determinare la

microstruttura dominante, in base alla composizione chimica

identificando le aree delle microstrutture prevalenti.

• Ni: dilata il campo γ, restringe il campo α —> aumenta la

resistenza a corrosione assicurando tenacità e deformabilità

a freddo

• Cr: dilata il campo α, restringe γ —> azione alfagena o

ferritizzante

• C: allarga il campo γ —> gammageno

Designazione AISI: acciai da deformazione plastica

200 Cr, Ni, Mn

austenitici

300 Cr, Ni

ferritici Cr

400 martensitici Cr, C

600 indurenti (PH) Cr, Cu, Nb, Al, Mo

Designazione ACI: acciai da fonderia

C resistenza alla corrosione Cr, Ni, C<0,2%

H alta T Cr, Ni, Si, C

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Proprietà:

Austenitici:

- assenza di transizione duttile-fragile, elevata capacità di incrudimento,

duttilità, resistenza a caldo e freddo, saldabilità e massima resistenza a corrosione.

Martensitici:

- elevata durezza e resistenza meccanica ma bassa resilienza, duttilità,

resistenza a corrosione, a caldo e a freddo

Ferritici:

- resistenza meccanica maggiore che per gli austenitici, resilienza più alta rispetto

ai martensitici, resistenza a corrosione e duttilità media, resistenza alta a caldo e bassa a

freddo

Duplex:

- miglior compromesso tra proprietà meccaniche e resistenza a corrosione (molto

alta)

PH:

- resistenza meccanica e a corrosione e lavorabilità con media duttilità e tendenza

all’incrudimento Corrosione

Processo naturale e irreversibile di consumazione lenta e continua di un materiale che

determina un’interazione chimico-fisica del materiale con l’ambiente che lo circonda

peggiorando le caratteristiche o proprietà del materiale.

È un processo di degradazione e ricomposizione in cui il metallo subisce ossidazione; due

tipi di corrosione:

a umido

- (elettrochimica): avviene in presenza di acqua condensata (atmosfera) dovuta

allo scambio di elettroni attraverso un sottile film di acqua in cui la velocità del processo

dipende da reazioni redox.

a secco

- ( chimico o a caldo): avviene in assenza di acqua (alta T) ed è dovuta allo

scambio di elettroni attraverso uno strato di ossido.

Corrosione generalizzata: si ha se tutta la superficie del materiale è interessata dalla

corrosione e come danno di ha un assottigliamento uniforme dello spessore del metallo

(perdita di peso). per dita . peso

Velocità di corrosione generalizzata: V m = tem po * ar ea . spostata

Corrosione atmosferica: tende a corrodere i metalli formando ossidi (reagiscono con

l’ossigeno). Per ostacolare questo fenomeno si sfrutta la passivazione che forma un film di

ossido stabile e resistente che cerca di bloccare l’avanzamento dell’ossigeno.

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Corrosione localizzata: si ha se interessa solo

alcune zone ottenendo un attacco localizzato

con foratura della parete o un decadimento

strutturale che può essere favorito da agenti

chimici.

Corrosione galvanica: avviene in un sistema

costituito da due materiali di diversa nobilità

posti a contatto tramite elettrolita generando

un flusso di elettroni dell’anodo al catodo.

Tensocorrosione: fenomeno di degrado di un

materiale dovuto all’azione combinata di

corrosione e applicazione di un carico costante; conduce alla formazione di cricche nei

metalli e alla rottura improvvisa ed inaspettata.

Corrosione intergranulare: si manifesta in corrispondenza dei bordi di grano di una

soluzione solida spesso a causa della precipitazione di seconde fasi.

Al di là del tipo di matrice (austenitica, ferritica, ...) la resistenza a corrosione dipende dalle

seconde fasi che si possono formare a seguito di raffreddamento da alta temperatura e

operazioni di saldatura. La presenza di seconde fasi può dar luogo a carburi (il più

pericoloso è M C ) e intermetallici (α, σ, χ).

23 6 Sensibilizzazione

È una corrosione intergranulare di significativa entità che avviene quando l’acciaio subisce

un impoverimento di Cr a bordo grano ovvero a seguito di una sosta ad alta temperatura

indotta da saldatura, deformazione plastica a caldo o trattamenti termici e provoca l’attacco

del bordo di grano per cui si ha un calo delle proprietà meccaniche.

La precipitazione dei carburi (in questo caso ricchi di Cr) dipende da: temperatura, tempo,

% di carbonio, dimensione dei grani, tasso di lavorazione a freddo,

contenuto di altri elementi di lega

ed è tanto più estesa e rapida quanto maggiore è il tenore di C.

Rimedi per la sensibilizzazione:

- Usare acciaio ad alto C

- Eseguire un trattamento termico di solubilizzazione: sciogliere i carburi di Cr ad alta T

- Impiegare acciai stabilizzati

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Acciai inossidabili austenitici:

Caratteristiche: Fe-C-Cr-Ni (AISI 3xx), Fe-C-Cr-Mn-Ni (AISI 2xx)

struttura austenitica (CFC) stabile a Tamb, assenza dei punti critici (A 1

- A ), non magnetici

3

Vantaggi: Ottima resistenza a corrosione e deformabilità plastica, assenza di

TdT, elevata tenacità e resistenza a fatica, buona resistenza a creep e

saldabilità

Limiti: Costi elevati, basse proprietà resistenziali

Trattamenti: - Solubilizzazione: rimuovere le alterazioni

strutturali dovute ai processi di deformazione

plastica e solubilizzazione dei carburi

- Incrudimento: deformazioni plastiche a freddo

aumentano le proprietà resistenziali ed il limite di

fatica: riduzione di allungamento, strizione e

resilienza

Acciai inossidabili ferritici:

Caratteristiche: Fe-C-Cr (AISI 4xx), non contengono Ni dunque sono più economici;

struttura ferritica stabile a Tamb, assenza di A e A , magnetici

1 3

Vantaggi: Buona resistenza a corrosione, resistenti alla corrosione sotto

tensione, meno soggetti a sensibilizzazione, magnetici, buona

deformabilità

Limiti: Generalmente saldabili ma con ingrossamento dei grani, presenza di

TdT, suscettibili ad infragilimento da idrogeno.

• ELI (extra-low interstitial):

Vantaggi: Basso contenuto d’interstiziali, resistenza a corrosione maggiore dei

ferritici convenzionali, maggiore resistenza alla corrosione sotto

sforzo, maggiore resistenza e TdT più bassa.

Trattamenti: - Ricottura: far ricristallizzare il materiale, precedentemente deformato

plasticamente a freddo, eliminando le tensioni interne indotte e

migliorando proprietà meccaniche e resistenza a corrosione.

Acciai inossidabili duplex (austeni-ferritici):

Caratteristiche: Contengono austenite e ferrite (50-50%), acciai innovativi, buona

saldabilità, elevate caratteristiche meccaniche e resistenza a

corrosione

Vantaggi: Più resistenti alla corrosione sotto sforzo e alla sensibilizzazione

rispetto agli austenitici convenzionali, resistenza meccanica e a

corrosione

Limiti: Elevato costo, possibile fragilità a caldo

Proprietà: Buona tenacità e resilienza con TdT bassissima (-90°C), elevata

resistenza a fatica e resistenza a caldo intermedia

Trattamenti: - Solubilizzazione: solubilizzare eventuali fasi indesiderate o composti

ricchi di Cr; per effetti del raffreddamento rapido si mantiene la stessa

struttura bifasica dell’alta T

Acciai inossidabili martensitici:

Caratteristiche: %Cr alta, struttura completamente austenitica ad alta T, presenza dei

punti critici A e A , magnetici

1 3

Vantaggi: Resistenza meccanica molto elevata, ferromagnetici

Limiti: Minor resistenza alla corrosione, suscettibili ad infragilimento da

idrogeno

Trattamenti: - Ricottura completa: conferire al materiale il massimo addolcimento

- Tempra: aumentare la durezza che dipende da %C

- Distensione e rinvenimento: aumentare la resistenza alla corrosione

o aumentare la tenacità che è molto bassa

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Acciai inossidabili PH:

Caratteristiche: Proprietà meccaniche incrementabili tramite trattamento termico,

alternativi agli acciai inox austenitici

Vantaggi: Proprietà meccaniche elevatissime con buona resistenza a corrosione

Limiti: Necessità di opportuni trattamenti termici, non impiegabili a

T>T invecchiamento

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Capitolo 14: leghe di alluminio

Alluminio = metallo duttile e flessibile che si estrae principalmente dai minerali di bauxite. È

notevole la sua morbidezza, leggerezza, conduzione e resistenza a corrosione ed

ossidazione dovuta alla formazione di un sottilissimo strato di ossido che impedisce

all’ossigeno di corrodere il metallo sottostante.

Produzione al primario: la bauxite (4-6 kg) attraverso il processo

Bayer ovvero l’apporto di energia termica, diventa alluminio Al O

2 3

(2 kg). Successivamente subentra il processo Hall-Heroult: Al O

2 3

viene sciolta nella criolite fusa sottoponendo così la soluzione ad

elettrolisi nella quale la corrente scinde Al O in Al e O gas.

2 3 2

Produzione al secondario: Al secondario deriva dal riciclo di

rottami e si utilizza 0,7 kWh di energia ogni kg di energia. Il costo

di vendita è 0,3-0,5 volte quello del primario.

Classificazione leghe di Al:

Leghe da fonderia: prese in pani, si producono as-cast

attraverso colata ottenendo dei getti. trattamento termico

Leghe da deformazione plastica: prese in placche

attraverso laminazione a caldo/freddo si ottengono incrudimento

piatti o lamiere, con estrusione tubi e barre mentre trattamento termico

con stampaggio fucinati.

Negli acciai possono essere eseguiti un numero limitato di trattamenti termici.

Designazione leghe di Al:

2xxx Al - Cu: leghe da deformazione plastica

la prima x determina eventuali modifiche rispetto all’originale, le Altre due

hanno significato solo nella serie 1xxx

2xx.x Al - Cu: leghe da fonderia

si avrà .0 nel caso di getti, .1 se lingotti

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Designazione stato metallurgico: F = grezzo di fabbricazione

O = ricotto

H = incrudito: H1 = solo incrudito, H2 = incrudito parz.

ricotto, H3 = incrudito e stabilizzato

T = trattati termicamente

W = solubilizzato

Proprietà Al:

- Temperatura di fusione = 660 °C

- Contraziome durante la solidificazione tra 3-8%

- Amagnetico con ottime caratteristiche di

deformabilità e fresabilità ed elevata resistenza a

corrosione

- Leggero: bassa densità pari a 1/3 dell’acciaio

- Buona conducibilità elettrica e termica

- Resistente alla corrosione: in ambiente ossidante si

passiva ed è massima in Al puro diminuendo con l’aggiunta di

elementi

- Rigidezza: in Al è molto bassa ma può essere risolto

attraverso geometrie ottenibili dalla deformazione plastica o

con l’aggiunta di particelle di rinforzo