Metallurgia - domande di teoria

Meccanismi che ostacolano l'avanzamento delle dislocazioni

Per PRECIPITAZIONE a ostacolare l'avanzamento delle dislocazioni sono precipitati o particelle dovuti a un eccesso di specie alliganti. Se il reticolo di queste particelle è di tipo coerente a quelle della specie ospitante la dislocazione procede, se invece è di tipo incoerente la dislocazione si arresta.

Per INCRUDIMENTO avviene quando il materiale, essendo soggetto ad un carico esterno che crea nuove dislocazioni, come effetto collaterale, l'eccessivo numero di dislocazioni annidate in un determinato punto del materiale porta le stesse dislocazioni ad ostacolarsi a vicenda. Viene detto per incrudimento perché il rafforzamento avviene a freddo.

Per AFFINAMENTO DEL GRANO. La difficoltà con cui una dislocazione transita da un bordo ad un altro dipende dal disallineamento dei grani, se questo è tale da bloccare la dislocazione allora anche le dislocazioni che seguono si bloccano impilandosi al bordo di grano.

10) Le dislocazioni consistono

In un semipiano cristallino aggiunto o tolto, e sono alla base del comportamento elastico-plastico di un metallo: il loro movimento all'interno dei grani è in grado di modificare le dimensioni e la forma del materiale stesso, rendendolo plasticamente modellabile. A seconda di quanto queste siano "libere" di spostarsi all'interno del reticolo potrò definire un comportamento duttile o resistente del materiale. L'elasticità è dovuta al fatto che le dislocazioni si muovono con facilità; se vengono bloccate, per muoverle sarà necessaria una forza maggiore che porta a modifiche permanenti del materiale (deformazioni plastiche). La plasticità si verifica solo a seguito dell'inizio del movimento delle dislocazioni verso il bordo grano, mentre l'elasticità è un fenomeno che interessa una temporanea deformazione del reticolo.

11) I materiali ceramici presentano una struttura cristallina e sono costituiti da

almeno 2 elementi, normalmente un metallo e un non metallo, legati tramite legame covalente o ionico. La stabilità e resistenza di tali legami permette di osservare le seguenti caratteristiche fisiche: bassa conducibilità termica ed elettrica (per la mancanza di elettroni liberi), elevata resistenza al calore e allacorrosione, elevata rigidezza (ossia una buona resistenza -> elevato modulo di Young), elevata fragilità (un' elevata resistenza va a discapito di una bassa plasticità) e basso coefficiente di dilatazione termica. La differenza tra i reticoli consiste nel fatto che in quelli metallici il legame metallico dispone i nuclei positivi secondo celle elementari e gli elettroni creano una nube libera di muoversi che circonda i cationi. Nei reticoli dei ceramici i legami covalenti o ionici vincolano gli elettroni a posizioni fisse.

12) A seconda della tipologia di raffreddamento e dunque della velocità è possibile ottenere costituenti

strutturali degli acciai diversi. Nel caso stia raffreddando per successivi stati di equilibrio (permettendo agli atomi di ferro e carbonio di assestarsi nelle strutture cristalline "ideali" presenti nel diagramma Fe-C) potrò ottenere strutture di "equilibrio": AUSTENITE (C.F.C), FERRITE (C.C.C) e PERLITE (composto bifasico lamellare dovuto alla trasformazione eutettoidica a 727° formato dalamelle di Ferrite e Fe3C), LEDEBURITE (composto bifasico dovuto alla trasformazione eutettica a 1148° formato da una matrice austenitica e da globuli di Fe3C). All'aumentare della velocità di raffreddamento i punti critici relativi alle trasformazioni diminuiscono e tendono ad avvicinarsi fino ad unirsi, portando alla creazione di nuove strutture definite di "non equilibrio": BAINITE (Perlite "mancata" = le lamelle di Fe3C non si sono completate, ma sono formate da aghetti, essa ha maggiore resistenza rispetto alla perlite; e MARTENSITE

(reticolo tetragonale distorto e tensionato che conferiscono al materiale elevata resistenza meccanica ma anche elevata fragilità).

13) La curva T.T.T. (Time-Temperature Transformation) viene usata solo in caso di raffreddamenti isotermi mentre la C.C.T. (Continous-Cooling Transformation) per raffreddamento anisotermi.

Per entrambi all'interno del grafico vi sono delle curve di trasformazione che indicano l'inizio e la fine delle trasformazioni dell'austenite nei vari costituenti strutturali.

Consideriamo un acciaio eutettoidico:

In entrambi i grafici le curve si trovano al di sotto delle temperature critiche A1 e A3, le differenze stanno nelle stesse curve, infatti se nella TTT troviamo una zona dove l'austenite si trasforma in perlite A->P o bainite A->B, nella CCT manca del tutto il campo di trasformazione A->B e le curve di trasformazione sono spostate più in basso (cioè verso la temperatura più bassa) e più a destra.

(cioè si hanno tempi di incubazione più lunghi). Le linee Ms e Mf ovvero le linee che delimitano il campo di trasformazione della martensite coincidono con quelle delle trasformazioni isoterme.

14) Trattamenti termici:

• NORMALIZZAZIONE: temperature alte T>A3, fase di raffreddamento condotta in aria, per ottenere ferrite + perlite a grana fine. Vi è una maggiore nucleazione dei grani che quindi sono presenti in numero maggiore.
• RICOTTURA COMPLETA: avviene a temperature molto alte T>A3, una permanenza prolungata a tale temperatura e un raffreddamento molto lento condotto in forno a 400°. Si ottiene struttura ferritico-perlitica grossolana.
• TEMPRA: prevede un riscaldamento sopra il punto A3, un mantenimento e un raffreddamento molto rapido per sviluppare martensite fino al cuore del pezzo. Può avvenire in olio o in acqua in base al tenore di carbonio (<0,5% in acqua, >0,5% in olio).
• RINVENIMENTO: è un

trattamento post-tempra, con lo scopo di riguadagnare tenacità (altrimenti la martensite sarebbe inutilizzabile perché troppo fragile) a discapito della resistenza, alleviando le tensioni del reticolo tetragonale distorto della martensite. Generalmente condotto a 600°, a questa temperatura il reticolo tetragonale distorto della martensite si dilata e il carbonio fuoriesce. Come conseguenza il reticolo si richiude come ccc e il carbonio, sotto forma di particelle molto piccole, si lega con qualsiasi elemento a lui affine aumentando la resistenza del materiale. Il ccc e la resistenza del carbonio legato, donano alta tenacità al materiale.

RICOTTURA DI LAVORABILITÀ: viene condotta a circa 650° e ha come scopo il miglioramento della lavorabilità di una struttura normalizzata diminuendo le tensioni termiche che si possono essere generate durante il raffreddamento in aria.

BONIFICA: tempra + rinvenimento

RIGENERAZIONE: normalizzazione +

15) Cementite PRIMARIA= proviene dalla separazione diretta di "placche" di fase Fe3C dalla fase liquida per concentrazioni iper-eutettiche (%C > 4,3%) durante il raffreddamento. Cementite SECONDARIA = proviene dallo smiscelamento della fase Fe3C da fase gamma (austenite) che produce una rete continua a bordo dei grani austenitici, composizione chimica Fe3C. Cementite TERZIARIA = osservabile solo dal diagramma Fe-C completo. Proviene dallo smiscelamento da alfa (ferrite) in "placchette" di Fe3C che si depositano tra i grani omogenei di fase alfa.

16) La prova di temprabilità degli acciai o prova Jominy serve a misurare la temprabilità di un acciaio, ossia la capacità con cui esso è in grado di generare martensite all'interno (cuore del pezzo). La prova consiste nel riscaldare un provino Jominy per ottenere massa austenitica (va oltre i suoi punti critici), montare il provino sull'apposito

Il supporto ed eseguire la tempra in acqua mediante un getto d'acqua indirizzato solo sul fondo del provino (viene temprata solo la base del provino). In seguito vengono calcolati i valori di durezza (HV) a distanze progressivamente maggiori dalla base temprata, che servono per formare le curve di temprabilità.

La temprabilità di un acciaio dipende da quanto esso riesca a mantenere livelli elevati di durezza (ergo struttura martensitica) anche a distanze significative dalla base temprata.

CONFRONTO: un acciaio al solo carbonio ipo-eutettoidico presenterà una bassa concentrazione di carbonio; essendo quest'ultimo un elemento determinante per la durezza del materiale, poche quantità di carbonio porteranno a valori di durezza poco elevati. Tuttavia, il carbonio non è classificabile come elemento in grado di influire sulla temprabilità stessa dell'acciaio, come al contrario possono esserlo elementi alliganti: elementi come Cromo e Molibdeno.

spostano le curveCCT in basso e verso destra, permettendo di ottenere martensite anche per porzioni del provinodove il raffreddamento sarà più blando (più distante dalla base temprata). Conclusione: l'acciaiodebolmente legato rispetto all'acciaio al solo carbonio è maggiormente temprabile.

17) Gli acciai AUTOTEMPRANTI appartengono alla classe degli acciai speciali, nonché tipologia diacciai da trattamento termico (dunque del secondo gruppo).L'unica tipologia di acciaio autotemprante vista è il 34NiCrMo16. In particolare, la somma delleconcentrazioni di Ni + Cr + C deve essere compresa tra il 5 e il 7%. Concentrazione maggiore di 5permette di spostare le curve CCT dell'acciaio in basso e a dx, in modo da sviluppare strutturamartensitica durante il raffreddamento in aria. Una comune normalizzazione diviene dunque perquesta tipologia di acciai una vera e propria tempra in aria. Invece la concentrazione deve essereminore di 7.

Perché altrimenti si otterrebbe solo martensite anche con una ricottura completa e renderebbe la lavorabilità del materiale impraticabile. A confronto con un acciaio da Bonifica, gli acciai autotempranti presentano alta resistenza meccanica e tenacità, per via della modalità di rinvenimento, eseguita a 200°C. Vengono impiegati prevalentemente per la produzione di pezzi di grandi dimensioni.

Gli acciai da BONIFICA appartengono alla classe degli acciai speciali, nonché tipologia di acciai da trattamento termico (dunque del secondo gruppo). Si distinguono in acciai al solo carbonio e acciai debolmente legati, con un tenore di carbonio che non supera lo 0.55%. Gli elementi per i debolmente legati da citare sono il Cr e il Ni siccome entrambi spostano le curve cct verso destra (aumentando la temprabilità del materiale) e poiché il Cr forma carburi in fase di rinvenimento (maggiore resistenza) e il Ni aumenta la tenacità del materiale.