Metallurgia e materiali non metallici

COMPLETA MISCIBILITA' ALLO STATO SOLIDO:

Nella zona monovariante la trasformazione procede più lentamente, poiché il sistema restituisce calore Q. La composizione chimica della lega analizzata al 10% B è il 10% B e il 90% A. Il risultato della trasformazione è la formazione del 100% di fase α.

COMPLETA IMMISCIBILITA' ALLO STATO SOLIDO:

Il sistema analizzato è il sistema di una lega ipo-eutettoidica (concentrazione < Ø concentrazione eutettica). Durante il raffreddamento, nella zona monovariante inizia la formazione di grani di fase A, conclusasi a un infinitesimo prima della T. Giunti alla temperatura eutettica inizia il processo di formazione di grani lamellari composti da lamelle di A e di B dal liquido eutettico: alla fine del processo si ottengono quindi due costituenti strutturali, ovvero grani di A e grani lamellari di A e B.

PARZIALE MISCIBILITA' ALLO STATO SOLIDO:

Il sistema

analizzato è il sistema di una lega iper-eutettoidica (concentrazione > concentrazione eutettica). Il risultato di questa trasformazione è un sistema composto da grani lamellari di fase α e fase β, e grani lamellari di fase β. PARZIALE MISCIBILITÀ CON SINGOLO SMISCELAMENTO: Questo tipo di diagramma prevede il fenomeno dello smiscelamento, ovvero l'abbattimento del contenuto di B in eccesso in soluzione solida α attraverso la formazione di fase β. Questo fenomeno avviene: - Mediante formazione di placchette ai bordi di grano (es. in figura affianco); - Mediante l'ispessimento delle lamelle di una fase, a scapito dell'altra, in un costituente strutturale lamellare. LA TRASFORMAZIONE PERITETTICA: La trasformazione peritettica è caratterizzata da: - Curva del liquidus al di sotto della trasformazione zero-variante; - Cuspide "bassa". Questa trasformazione origina, a partire da liquido eα, Øβ. Lo smiscelamento dovuto alla trasformazione peritettica si divide in: Con presenza di placchette di fase α per leghe con concentrazione superiore a quella peritettica; Con accrescimento dei grani di fase α sui bordi di grano della fase β per leghe con concentrazione inferiore a quella peritettica. TRASFORMAZIONI EUTETTOIDICA E PERITETTOIDE: Trasformazioni simili a eutettica e peritettica, con la differenza che avvengonoØ in presenza di fasi tutte solide. 5 REGOLE PER LA COMPRESIONE DEI DIAGRAMMI DI STATO COMPLESSI: Sugli assi bisogna avere due campi monofasici; Ø Ad un campo monofasico se ne alterna uno bifasico. ØIl diagramma di Stato binario Ferrro-Carbonio(Fe-C): I punti notevoli del diagramma di stato Fe-C sono: Ø A : luogo geometrico della trasformazione fase ð —> γ; v 4A : luogo geometrico della trasformazione fase γ —> α; v 3A : luogo

geometrico della trasformazione eutettica (727°C);v 1A : luogo geometrico della trasformazione fase γ → Fe C.v cm 3Il diagramma Fe-C viene semplificato, considerandolo al di sotto della fase θ eØ contraendo la fase α sull'asse delle ordinate. A seguito di tale semplificazione, sidenotano delle differenze:Per acciai ipo-eutettoidici a T si formerebbe un terzo costituentev ambientestrutturale, la CIII, che non modifica le proprietà della struttura;Per acciai eutettoidici e iper-eutettoidici lo smiscelamento di Fe3Cv produce un ispessimento delle lamelle perlitiche, che non modifica leproprietà meccaniche.I composti presi in analisi possono differenziarsi in:Ø Acciai (%C < 2,11%), che si dividono in:v 1) Ipoeutettoidici (%C < 0,77%);2) Eutettoidici (%C = 0,77%); 63) Ipereutettoidici (0,77% < %C < 2,11%);Ghise (2,11% < %C < 6,69%), che si dividono in:v 4) Ipoeutettoidiche (2,11% < %C < 4,3%);5)

Eutettoidiche (%C = 4,3%);

6) Ipereutettoidiche (4,3% < %C < 6,69%).

I costituenti strutturali che compongono tale diagramma sono:

Ø Grani di fase γ, o AUSTENITE;

v Granivdi fase α, o FERRITE;

Granivdi fase lamellare,o PERLITE.

1)2) A seguito dellosmiscelamento in

3) un diagramma diun acciaio iper-eutettoidico, lafase γ si smiscela

producing unarete continua abordo grano della7austenite, ovverola Cementite II.

4)5)6) 8Trattamenti termici degli acciai:

Dato che i diagrammi Fe-C mostrano raffreddamenti a velocità molto basse,

Ø bisogna considerare nuovi trattamenti termici (riscaldamenti e raffreddamenti

praticabili industrialmente), che portano l’acciaio considerato al di sopra di una

certa temperatura (A ) per austenitizzarlo completamente (non bisogna

surriscaldare l’acciaio per evitare fenomeni di ingrossamento del grano

austenitico, poiché questi causano fragilità nel raffreddamento diminuendo la

tenacità del materiale),

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per poi raffreddarlo e generare diverse strutture. Iraffreddamenti si distinguono in:

• Raffreddamenti anisotermi (raffreddamento in forno, raffreddamento inv aria, raffreddamento in olio e raffreddamento in acqua);
• Raffreddamento isotermo (brusco calo di temperatura ottenutov dall’immersione dell’acciaio in un bagno di sali fusi, seguito da unmantenimento isotermo).

Aumentando la velocità di raffreddamento i punti critici A e A si abbassano eØ 1 3confluiscono in un nuovo punto unico, B, che denota la formazione di una nuovastruttura, la Bainite. La Bainite non è una struttura di equilibrio (evidenziabilesu un diagramma di stato), poiché implica un processo di formazione ad altetemperature di raffreddamento; questa struttura si genera grazie alla diminuitadiffusione di atomi di C nel reticolo della matrice γ, formando così degli aghi (alposto delle lamelle di fase γ nel costituente strutturale perlitico) di Fe C per3NUCLEAZIONE ED

ACCRESCIMENTO.Aumentando ulteriormente la velocità di raffreddamento, fino a bloccare la diffusione del C nella matrice γ, il reticolo CFC di austenite non riesce a trasformarsi in un reticolo CCC, ed effettua quindi una trasformazione immediata (NON PER NUCLEAZIONE ED ACCRESCIMENTO) in un reticolo CFC con all'interno un reticolo tetragonale distorto, che contiene atomi di C in posizioni interstiziali (la loro diffusione è stata bloccata, quindi sono rimasti fermi): questa nuova struttura si chiama Martensite. Anche la Martensite non è una struttura di equilibrio a causa dell'alta velocità di raffreddamento. La Martensite, avendo un reticolo in cui è bloccata la diffusione di C (il moto delle dislocazioni è completamente inibito), è la più resistente (alti Rm, Rsn, HV) e la meno tenace e duttile; è seguita dalla Bainite, altra struttura in cui la diffusione di C è rallentata, poi dalla

Perlite e poi dalla Ferrite. Con l'aggiunta di elementi di lega variano i punti A1 e A3, di conseguenza:

• Il campo γ può essere esteso ed allargato (ELEMENTI AUSTENITIZZANTI)
• Il campo γ può essere ristretto ed chiuso (ELEMENTI FERTILIZZANTI).

CURVE DI TRASFORMAZIONE ISOTERME o TTT:

I campioni vengono portati al di sopra della temperatura di austenitizzazione e poi immersi in un bagno di sale fuso, dove vengono mantenuti per un certo tempo, dopo il quale vengono immersi in acqua.

Se una curva isoterma che interseca la linea di "fine trasformazione" non viene prodotta alcuna variazione di microstruttura se questa interseca altri campi DOPO tale intersezione. Se invece la curva non attraversa tutto il campo, parte di austenite instabile non si è trasformata e subirà quindi un'altra trasformazione.

La differenza tra curve TTT di acciai eutettoidici e ipo-eutettoidici (fig. in basso a sinistra)

è che si crea un campo ferritico al di sopra di quello perlitico, e che ipunti A e A non coincidono più.

La differenza tra curve TTT di acciai eutettoidici e iper-eutettoidici (fig. in bassoØ a destra) è che si crea un campo di cementite II al di sopra di quello perlitico, eche il punto A viene sostituito con il punto A , che non coincide più con A .

3 cm 1 10

CURVE DI TRASFORMAZIONE ANISOTERME o CCT:

Questi trattamenti sono caratterizzati da un raffreddamento non isotermo, maØ continuo. Le curve CCT sono spostate più in basso e più a destra delle TTT.

Le curve CCT di un acciaioØ eutettoidico sono caratterizzatedalla mancanza di campo A B.à

Se la curva non interseca ilsegmento ab, la trasformazionesarà in un solo componentestrutturale, altrimenti sarà sia diperlite che di martensite. Lecurve che transitano per i punti ae b si definiscono rispettivamenteVelocità Critica Superiore, Vs,ovvero la

minima velocità con la quale ottengo una struttura completamente martensitica, e Velocità Critica Inferiore, Vi, ovvero la massima velocità con la quale ottengo una struttura senza martensite. Queste sono le curve CCT di acciai ipo-eutettoidici (fig. basso a sinistra) e iper-ø eutettoidici (fig. basso a destra):

I trattamenti termici industriali:

In base alla temperatura di riscaldamento raggiunta, i processi si dividono in:

• Ø Sopra i punti critici;
• Sotto i punti critici (subcritici).

I processi sopra i punti critici sono:

• Ø Ricottura completa: consiste nel riscaldare il materiale a T > A (727°C + 3∆T (=40°C)), farlo rimanere un determinato tempo a quella temperatura, e successivamente raffreddarlo lentamente in forno. Tale processo mira a eliminare le tensioni interne e ad avvicinare le condizioni del materiale a quelle di equilibrio.
• Normalizzazione: consiste nel riscaldare il materiale a T > A + ∆T (=70°C), farlo

rimanere undeterminato tempo a quella temperatura, e successivamente raffreddarlo lentamente in aria. Tale processo mira a ottenere i costituenti strutturali del materiale ottenibili in condizioni di equilibrio. La curva di raffreddamento della Normalizzazione è più veloce di quella della ricottura completa, da ciò segue che i grani di materiale ottenuti a fine trasformazione saranno più fini (favorita nucleazione, sfavorito accrescimento); tale processo migliora le caratteristiche meccaniche.