Riassunto esame Metallurgia, prof. Spigarelli

Metallurgia

Reticoli Cristallini

Reticolo → disposizione spaziale di atomi secondo una configurazione periodica e in modo che atomi equivalenti siano identici.

Cella Unitaria → suddivisione di un reticolo che mantiene le caratteristiche dell’intero.

Reticoli di Bravais:

• Cubico a face centrate Es. Fe-γ
• Cubico a corpo centrato Es. Fe-α, Fe-δ
• Tetragonale a corpo centrato o esagonale

Fattore di impacchettamento atomico → APF = (N° atomi/cella) · (Volume atomo) / Volume cella

Difetti reticolari:

• Difetti di punto

  :
  • Vacanza, cioè è assente un atomo
  • Atomo autointerstiziale, cioè atomiche non occupa la normale posizione
  • Atomo sostituzionale, cioè atomo di un altro tipo che si insinua al posto di altri atomi o tra i loro interstizi

• Difetti di linea

  :
  • Dislocazione, cioè quando mancano parti di piani di atomi; permette la deformazione

• Difetti di superficie

  :
  • bordo di grano, cioè i bordi che si vengono a creare durante l’accrescimento dei grani nella fase di solidificazione; Tali bordi sono sconnessi → sono piccoli i grani e il materiale è isotropo, cioè mantiene le caratteristiche meccaniche uguali in ogni direzione.

Prove di durezza

Metamale a contatto con la punta di una macchina → esercitando una certa forza lascia un’impronta che può essere variabile in base al tipo di prova;

• Scala Brinell (HB) ⇒ punta sferica
• Scala Vickers (HV) ⇒ punta piramidale
• Scala Rockwell (HRB, HRC) ⇒ punta a cono di diamante

Prova Charpy (di resilienza)

Urto di un maglio di cui è nota l'energia cinetica con un provino standard; serve per valutare la resistenza di un materiale all'impatto, taglio a V o a U. Resilienza = quantità di energia necessaria alla frattura Durezza = resistenza alla scalfitura Tenacità = capacità di un materiale di assorbire energia fino a rottura

Prova Jominy

Cilindro normato con testa + larga → austenitizzato e posto in modo che il getto d'acqua colpisca solo la superficie inferiore → lo taglio a metà lungo la dimensione maggiore e vedo che è + duro in prossimità del getto d'acqua. Temprabilità → proprietà dell'acciaio ad assumere una struttura completamente martensitica → dipende dalla velocità di tempra. Elevato valore, curve CCT tutte a destra; Basso valore, curve CCT tutte a sinistra.

Trattamenti termici industriali

• Riscaldamento a T > A3
  • Ricottura
  • Normalizzazione
  • Tempra martensitica
  • Tempra bainitica
• Riscaldamento a TALI
  • Rinvenimento
• Risultati speciali
  • Tempra superficiale

Ricottura

Ricottura completa → riscaldamento a T = A3 + 50° → mantenimento a T = A3 + 50° per avere tutta austenite → raffreddamento a forno spento

Troppo costoso e mi impedisce di usare il forno

Ricottura isotema → riscaldo e mantengo a T = A3 + 50° → raffreddo in un secondo forno a T < A3 costante → completo il raffreddamento all'aria

Scopo: annullare i precedenti trattamenti termici addolcire il materiale x rendemlo + lavorabile

T di rinvenimento:

• 100° - 250°C → Distensione → Avviene in olio x evitare cricche
• 250° - 450°C → Addolcimento → Decomposizione martensite in fase iniziale e scomparsa austenite residua
• 450° - 700°C → Fascia ideale x miglior compromesso durezza-tenacità! Si crea sorbite (= ferrite)

Malattia di Krupp:

Di solito x gli acciai al cromo, il rinvenimento a 500/600°C causa un improvviso infragilimento a seguito dell'eccessivo mantenimento a questa T → Posso senno ripristinare la tenacità ripetendo il rinvenimento a T > 500/600°C e raffreddando velocemente, oppure metto il molibdeno oltre al cromo nella lega

Tempra superficiale

T. superficiale

• Riscaldamento a T d3 solo della superficie del pezzo (qualche mm) x avere solo austenite con delle spire e sfrutto l'effetto joule
• Raffreddo con un mezzo temprante idoneo in modo da avere solo martensite
• Rinvengo a 200/300°C x avere superficie durissima

Scopo: avere un materiale tenace e che allo stesso tempo resista all'usura superficiale

Trattamenti chimica industriali

• Cementazione
• Nitrurazione

Scopo: elevata durezza superficiale ma elevata tenacità al cuore

Cementazione

• Austenitizzazione del materiale in ambiente ricco di CO₂ o CH₄ → L’austenite che è CFC facilita l’ingresso di C nella sua struttura + spaziosi: partendo da un acciaio ipoeutettoidico (~0,2% C) tipicamente si arriva ad avere una superficie eutettoidica (~0,8% C), cioè nucleo 0,2% C e superficie 0,8% C → buona tempra

ACCIAI → leghe ferro-carbonio

ELEMENTI DI AGGIUNTA AL CARBONIO:

• NICHEL → sposta le curve CCT a destra; molto costoso e quindi di solito presente in poche quantità tranne che negli inox austenitici.
• MANGANESE → sposta le curve CCT a destra + usato x desolforazione
• CROMO → sposta le curve CCT a destra ha genera malatta di Krupp quindi metto anche molibdeno; se Cr > 12 % → acciaio inox perché deve legarsi all'ossigeno x creare superficie che non si corrode.

ELEMENTI DA EVITARE:

• OSSIGENO → forma ossidi, dannosi perché durissimi!!
  • aggiungo alluminio allora x formare un ossido galleggiante che si unisce alla scoria così tolgo l'ossigeno (acciai calmati)
• IDROGENO → crea fragilità;
• ZOLFO → pericoloso x le saldature;

CLASSIFICAZIONE ACCIAI

GRUPPO I

• Acciai che non vanno trattati;
  • Nome assegnato in base all'uso + valore;
  • Caratteristica peculiare (es. R3);
  • Contengono poco carbonio;
  • Costituiscono la stragrande maggioranza degli acciai utilizzati!

GRUPPO II

• Acciai da trattare;
  • Nome: simbolo X (a volte), tenore di C, sige di altri elementi e infine numeri che riconducono alle loro percentuali;
  • Acciai di migliore qualità;
  • % di elementi aggiunti piuttosto alta, a differenza di quelli del I gruppo!

• 2 SOTTOGRUPPI:
  • 2.1 Acciai non legati → Solo carbonio
  • 2.2 Acciai legati → Bassolegati (niente sopra 4%)
    • Autolegati (tanti aggiunti)

L’isteresi ha un ruolo fondamentale → le curve del diagramma di Snit di ritrifredd. si spostano verso dx e verso offset, se riscald.;

inoltre, martensite qui è cubica e non tetragonale → lavorazione è facile ma poco resistente quindi divengo a 500°C.

A₃ non è in alto rispetto a A₃raffr. Quindi scelgo il pezzo X un po’ di tempo e gli elementi inclusi nel materiale formano precipitati (sto invecchiando la martensite) ottengo una ris. meccanica migliore di quanto la posso avere in un normale acciaio ferro-carbonio; tra gli elementi posso avere molibdeno e cobalto.

9° sottogruppo: Acciai da utensili

Ho bisogno di un acciaio molto duro e che non si usuri xke devono essere usati migliaia di volte → lavorano durante i processi di formatura; la formatura avviene con diverse tecniche:

• Fondenza: rendo liquido il materiale (che deve essere fatto solidificare in uno stampo da usare moltissime volte) ↳lo stampo è fatto con acciaio da utensili;
• Stampaggio: scaldo il materiale senza fonderlo e con uno stampo gli faccio prendere la forma che mi interessa →lo stampo è fatto con acciaio da utensili.

Quindi non sono ammesse deformazioni e non si richiedono tratt. superficiali! Cosa contiene? 0,25 < C < 2 % (x elemento e x carburi);

Caratteristiche: insensibilità di addolcimento al rinvenimento e elevata durezza!!

Acciai rapidi

Acciai che servono x utensil che operano ad alte velocità di taglio.

Si distinguono in:

• Super rapidi → fino a 40 mm/min, ferreutetodici con cobalto e tungsteno;
• Rapidi → fino a 30 mm/min, afco e contengono tungsteno;
• Semi rapidi → contengono ancora meno tungsteno;

Caratteristiche: sopportano bene il calore senza addolcirsi; crescita della durezza al rinvenimento (grazie al W).