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Diagrammi di equilibrio Fe-C e Fe-grafite
CCT. Basta poco Ti per avere lo stesso effetto ferritizzante (=alfageno) del Cr
Il diagramma di stato Fe-cementite è il diagramma d'equilibrio metastabile. Il diagramma Fe-grafite è il diagramma di equilibrio stabile. Eutettico stabile a 1153°C, eutettico metastabile a 1147°C.
La grafite si forma nelle ghise in presenza di elementi come il Si che innalzano la temperatura eutettica stabile e diminuiscono quella dell'eutettico metastabile.
Il sottoraffreddamento richiesto per avere cementite è troppo alto e si forma quindi grafite.
Un provino di austenite (100%) viene raffreddato velocemente a temperature diverse, ottenendo perlite. La velocità di trasformazione decresce sensibilmente con il crescere della temperatura.
Consente di rappresentare la dipendenza della trasformazione di fase dal tempo e dalla temperatura. Si tratta di diagrammi isotermi, si assume che la temperatura a cui avviene la trasformazione sia costante.
A sinistra delle curve esiste solo l'austenite metastabile.
A destra solo la perlite stabile. Tra le due curve cono presenti sia perlite che austenite in concentrazioni diverse. TTT=Time, Temperature, Transformation. 219Cr e Mn hanno effetto opposto sull'aspaziatura delle lamelle perlitiche. Si ottiene per riscaldamento di acciai perlitici obainitici e mantenimento a circa 700°C per 20 ore. Gli sferoidi di cementite sono dispersi in una matrice ferritica. Più duttile e meno fragile della microstruttura lamellare: le dislocazioni possono muoversi tra gli sferoidi. 220Le lamelle di ferrite e cementite sono più fini se la temperatura è più bassa, lontana dall'eutettoide. Si distingue tra perlite grossolana e fine. I bordi grano tra ferrite e cementite impartiscono durezza e sono ostacoli forti al moto delle dislocazioni. Si noti che sotto una certa temperatura, la nucleazione diventa più difficile e l'accrescimento più lento. La bainite e la martensite sono due microstrutture di non equilibrio. Si ottengono.
perveloce sottoraffreddamento dell'austenite Entrambe le trasformazioni avvengono ad unatemperatura a cui l'autodiffusione del ferro è insignificante. 221La bainite è un fine aggregato di fase ferritica e cementite, entrambe con morfologia aciculare. Si genera dall'austenite in condizioni di non equilibrio, sia per mantenimentoisotermo che per raffreddamento continuo. Bainite superiore 400°C-550°C, velocità di αdiffusione del C<perlite aghetti di fase inplacchette di Fe C.3Bainite inferiore 250°C-400°C velocità didiffusione del C<bainite superiore, aghetti di αfase più fini in placchette di Fe C inclinate di360° rispetto agli aghiαLa fase della bainite è più dura di quella della perlite. Ènecessario un SEM ad alta risoluzione per distinguere gli aghettidi bainite e non confonderla con altre fasi. La bainite superioreassomiglia alla perlite, mentre quella inferiore
assomiglia allamartensite222Anche se più resistente allo snervamento la bainite è più duttile della perliteÈ diversa dalle trasformazioni viste finora perché:o Avviene istantaneamenteo Non prevede diffusione del carbonioLa martensite si ottiene per rapido raffreddamentodell’austenite: la trasformazione in ferrite richiedetempo, perché il carbonio diffonda. La martensite hala stessa composizione chimica dell’austenite,cambia la cella da cubica a tetragonale a corpo centrato.Martensite: ferrite sovrassatura di carbonio con cella deformata dalla sua presenzaCon certe leghe si può ottenere una trasformazione martensitica anche per applicazionedi uno sforzo SIM: stress induced martensitic transformation 223Avvicinando due celle di austenite si vede come lacella martensitica sia già individuabile nell’austenite.Durante il raffreddamento avviene la distorsione dellacella. La distorsione è funzione della
concentrazione di carbonio →Si noti che non tutti i siti ottaedrici sono occupati, la distorsione non è omogenea. Importante: la trasformazione martensitica è sempre accompagnata da un aumento di volume del 4.3% (bassa contrazione dello spigolo che contiene il carbonio). La distorsione di Bain è solo una dilatazione, mentre nella trasformazione martensitica agisce anche una deformazione angolare simile a quella che si osserva nel twinning. Ci sono dei piani che rimangono invariati (come nell'austenite) che separano la fase parente da quella originale. α'. La deformazione angolare è necessaria ad accomodare la nuova fase. Gli sforzi di taglio nella struttura determinano la forma aciculare della martensite. →Gli aghetti sono più piccoli di quelli della bainite, maggior durezza. I movimenti atomici richiesti sono molto piccoli (una frazione della costante reticolare). %C<0.6 martensite, %C>1 martensite a Aghi e placchette.(martensite) placchette (plate orientati a 60° tra loro
(martensite)224226 Se la temperatura finale di
raffreddamento è tra la Ms e laMf, rimane dell’austenite residua
tra le placchette di martensite
Negli acciai rapidi l’austenite
residua o ritenuta (retained
austenite) è del 30%
L’austenite residua è metastabile
e dovrebbe trasformarsi in bainite
inferiore. A temperatura ambiente
è una trasformazione così lenta
che non si osserva 227228
Importante! Si noti che le curve dei diagrammi TTT variano anche a seconda delle
dimensioni iniziali della grana austenitica, e della composizione dell’acciaio
acciaio ipoeutettoidico acciaio eutettoidico acciaio ipereutettoidico
UB=upper bainite LB=lower bainite CP=coarse pearlite FP=fine pearlite
Negli acciai le curve di inizio e fine trasformazione
per perlite e bainite non si distinguono. In altre
leghe però possono essere separate
Esempio: TTT acciaio 1050 229
Esempio: TTT acciaio 1335: È
termine del raffreddamento T3, la struttura è costituita da martensite. In generale, l'aggiunta di leganti all'acciaio può ritardare sia l'inizio che la fine della trasformazione. Nel caso dell'acciaio 1035 ipoeutettoidico, la trasformazione in martensite è particolarmente difficile a causa della bassa durezza dell'acciaio. Nel diagramma CCT (Curva di Trasformazione Continua), si possono osservare diverse possibilità di trasformazione dell'austenite. Queste includono: 1. L'austenite si trasforma completamente in perlite. 2. L'austenite si trasforma completamente in perlite. 3. L'austenite si trasforma in parte in perlite e poi in martensite. 4. Tutta l'austenite si trasforma in martensite. È importante notare che le curve di inizio e fine trasformazione da austenite a perlite sono spostate verso tempi maggiori e temperature minori rispetto alle corrispondenti curve per trattamento isotermo. Al contrario, le rette di inizio e fine trasformazione in martensite rimangono invariate. Al termine del raffreddamento a temperatura T1, la struttura dell'acciaio è costituita da ferrite e perlite. Al termine del raffreddamento a temperatura T2, la struttura è costituita da ferrite, perlite, bainite e martensite. Infine, al termine del raffreddamento a temperatura T3, la struttura è costituita interamente da martensite.Al termine del raffreddamento T1, la struttura è costituita da ferrite, bainite e martensite.
Al termine del raffreddamento T1, la struttura è costituita da martensite.
Al termine del raffreddamento T1, la struttura è costituita da cementite e perlite.
Al termine del raffreddamento T2, la struttura è costituita da cementite, perlite, bainite e martensite.
Curve di raffreddamento usate in tipici trattamenti termici:
- Ricottura convenzionale
- Ricottura (dà microstruttura più omogenea)
- Normalizzazione
- Tempra lenta (misto di perlite fine e media)
- Tempra a velocità media (misto di martensite e perlite nodulare)
- Tempra veloce (martensite)
- Curva di raffreddamento critica
- Bainite
Riscaldando la perlite a temperature superiori
a 727°C e mantenendo a quella temperatura, dopo un tempo di incubazione (tra 0 e 1) si osserva trasformazione della perlite in austenite. Se la temperatura di sovrariscaldamento aumenta, aumenta la velocità di nucleazione (tanti piccoli nuclei).
Tra 1 e 2 i nuclei si accrescono per dissoluzione della ferrite e della cementite in austenite. La dissoluzione della ferrite avviene più velocemente, per cui in 2 si ha solo austenite e cementite.
Tra 2 e 3 si dissolve anche la cementite e rimane l'austenite.
Tra 3 e 4 si osserva omogeneizzazione. → austenite
La trasformazione perlite è di tipo diffusivo e prevede che il carbonio diffonda per distanze considerevoli. La nucleazione dell'austenite avviene all'interfaccia delle lamelle di cementite e ferrite o sugli sferoidi di cementite.
L'acciaio ipoeutettoidico è bifasico: perlite e ferrite. Alla temperatura A1 si trasforma in austenite allo 0.8% di C e ferrite proeutettoide. Tra A1 e A3 la
ferrite si dissolve nell'austenite
La ferrite proeutettoide ostacola l'accrescimento della grana di austenite
L'accrescimento è ritardato anche dall'eventuale presenza di carburi poco solubili come il TiC, NbC, VC, ZrC. Mn, Si e P favoriscono il potenziale di accrescimento dell'austenite.
L'acciaio ipereutettoidico è anche bifasico: perlite e cementite. Alla temperatura A1 si trasforma in austenite allo 0.8% di C e cementite proeutettoidica. Tra A1 e Acm la cementite si dissolve nell'austenite. La cementite proeutettoide ostacola l'accrescimento della grana di austenite.
Trattamento di distensione: 2 ore a 250°C, riscaldamento sotto il punto critico per rilassare gli sforzi residui
234700 fortemente danneggiate, 145 completamente distrutte, 5 spezzate in 2
La frattura può essere:
- Duttile: Se è caratterizzata dalla presenza di deformazione plastica, con presenza di slip sui piani nelle direzioni di massimo scorrimento.
Grandi deformazioni
Fragile: Se è caratterizzata da una piccola o nulla deformazione plastica. Avviene con modalità catastrofica.
Piccole deformazioni
La frattura duttile è desiderabile per le applicazioni tecnologiche; L'ampia deformazione prima della rottura, nel caso della frattura duttile, permette di intuire l'insorgenza della frattura molto prima della rottura. La frattura fragile avviene con propagazione quasi istantanea e quindi è pericolosa.
Coppa e cono (Duttile)
Frattura fragile
Non si osserva strizione del materiale.
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