Riassunto Metallurglia - primo parziale

FASI A DIVERSE COMPOSIZIONE DELLA LEGA Fe-C

ACCIAIO a tenore di C molto basso (o ferro puro, C<0,008%)

Nel caso di un acciaio a tenore di C molto basso (o ferro puro, C<0,008%) si osserva una trasformazione, considerando il diagramma semplificato, da grani omogenei di γ (austenite) a grani omogenei di α (ferrite). La nucleazione dei grani di ferrite avviene nelle zone di bordo grano, che rimangono le stesse prima e dopo la trasformazione, perché la struttura ferritica cresce all'interno del grano.

Grani omogenei di (austenite) -> grani omogenei di (ferrite)

ACCIAIO a tenore di carbonio 0,77 o acciaio eutettoidico

Per un acciaio a tenore di carbonio 0,77 o acciaio eutettoidico, si osserva la trasformazione dei grani di austenite in grani cristallini di perlite, ossia il costituente eutettico formato da lamelle di Fe3C e lamelle di ferro-α (non ferrite!). Anche in questo caso, la nucleazione della perlite ha inizio ai bordi grano. Al diminuire della temperatura da...

Grani austenitici -> perlite -> smiscelamento di carbonio dalle lamelle -> "ingrossamento delle lamelle di carburo di ferro

ACCIAIO ipoeutettoidico Un altro caso è quello dell'acciaio ipoeutettoidico. Come visibile in figura, si osserva che alla temperatura eutettoidica tutti i grani austenitici che non si sono trasformati in ferrite, secondo il meccanismo precedentemente descritto, si trasformano in grani di perlite. Nella curva di raffreddamento non si ha cambiamento di pendenza prima e dopo l'eutettoidica, poiché il sistema è caratterizzato dal solo stato di aggregazione solido. Abbassando la temperatura fino a quella ambiente,

Si osserva lo smiscelamento di carbonio dalle lamelle di ferro α e dai grani omogenei di ferrite: nel primo caso si ha una diminuzione dello spessore delle lamelle α e un ispessimento delle lamelle di Fe3C, nel secondo la reazione tra il C smiscelato dai grani e gli atomi di ferro sui bordi grano, a dare cementite terziaria ai BG.

Grani austenitici -> perlite -> smiscelamento di C dalle lamelle di ferro e dai "grani omogenei di ferrite -> ispessimento delle lamelle di Fe3C + cementite terziaria ai BG.

ACCIAIO ipereutettoidico

Se si considera il caso di un acciaio ipereutettoidico, si nota la formazione di cementite secondaria partendo dall'austenite, secondo uno smiscelamento che porta alla formazione di placchette di cementite II ai bordi grano. Questa trasformazione è seguita dalla quella dell'austenite, quella non ancora trasformata in cementite, in perlite. Si osserva quindi la presenza di Fe3C, ma avente due origini diverse: l'austenite iniziale e

l'austenite residua. Con l'abbassamento della temperatura, avviene lo smiscelamento di C dalle lamelle di ferro α. Questo carbonio forma carburi che vanno ad ingrossare le lamelle di Fe3C nella perlite. I granidi cementite secondaria rimangono identici prima e dopo la termostazione.

Austenite -> Cementite secondaria ai BG + Austenite rimasta -> perlite => smiscelamento di C dalle lamelle di ferro α -> ispessimento delle lamelle di carburo di ferro

GHISA ipereutettica L'ultimo caso analizzato è quello di una ghisa ipereutettica, nella quale si osserva inizialmente la formazione di placchette di cementite primaria nella fase liquida. Quando si giunge alla temperatura eutettica, avviene la trasformazione del liquido in ledeburite. Abbassando la temperatura fino a quella eutettoidica avviene lo smiscelamento di carbonio da parte dei globuli di Fe- che produce un ispessimento della matrice Fe3C. Alla temperatura eutettoidica avviene il passaggio ledeburite.

→ ledeburite trasformata. Le placchette di cementite rimangono identiche a come erano alla temperatura eutettica. Con il raggiungimento della temperatura ambiente, si osserva smiscelamento di carbonio da parte delle lamelle di ferro α, il quale ispessisce le lamelle di Fe3C della ledeburite trasformata.

GHISA ipoeutettica Nel caso di una ghisa ipoeutettica, si osserva la formazione di grani omogenei austenitici dall'incontro con la linea di liquidus fino alla temperatura eutettica. A tale temperatura (1147°C) tutto il liquido e solo il liquido che non si è trasformato in austenite si trasforma in ledeburite, costituente strutturale globulare. Alla fine della trasformazione sono presenti due costituenti strutturali: l'austenite e la ledeburite. Anche in questo caso, prima di giungere alla temperatura eutettoidica, avviene lo smiscelamento di C da parte della fase-γ; sia quella dei grani austenitici sia dei globuli della ledeburite. Questo fenomeno porta

Rispettivamente alla formazione di cementite secondaria, ossia di placchette ai bordi grano austenitici, e all'ingrossamento della matrice di Fe3C. Sono quindi presenti tre costituenti strutturali poco prima della temperatura eutettoidica: l'austenite, la ledeburite e la cementite secondaria. Alla temperatura eutettoidica, tutta la ledeburite si trasforma in ledeburite trasformata e, contemporaneamente, l'austenite presente sin dalla prima solidificazione si trasforma in perlite. Per questa tipologia di ghise a TEU avvengono quindi due trasformazioni di costituenti strutturali. Abbassando nuovamente la temperatura fino a quella ambiente le lamelle di ferro-α perlitico smiscelano C, e così anche le lamelle di ferro-α di ledeburite trasformata. Le prime ispessiscono le lamelle perlitiche di Fe3C mentre le seconde ispessiscono le lamelle ledeburitiche di Fe3C.

GHISA a tenore di carbonio 4,30, o ghisa eutettica. Superando la percentuale di 2,11% di carbonio nel ferro,

Si entra nel campo delle ghise. Una ghisa a tenore di carbonio 4,30, o ghisa eutettica, ad un infinitesimo di grado prima della TEU, è completamente allo stato liquido. In corrispondenza della TEU avviene la trasformazione eutettica e tutto il liquido si trasforma in un costituente microstrutturale eutettico che in questo caso non è lamellare ma globulare. Questo è formato da una matrice di fase-γ e da globuli dispersi di Fe3C. Prende il nome di ledeburite. La ledeburite è composta da una matrice di Fe3C al cui interno sono dispersi globuli di Fe-. Al diminuire della temperatura, la fase-γ smiscela carbonio: i grani di rimpiccioliscono e si andrà ad ispessire la matrice di carburo di ferro. Alla temperatura eutettoidica si ha una nuova trasformazione e la ledeburite si trasforma in un nuovo costituente strutturale: ledeburite trasformata. La ledeburite trasformata è composta da una matrice di Fe3C al cui interno sono dispersi globuli costituiti

dalamelle alternate di Fe-α e Fe3C (perlite). Abbassando la temperatura fino a quella ambiente si osserva lo smiscelamento di C da parte delle lamelle di ferro-α, che va ad ingrossare le lamelle di Fe3C.

IL DIAGRAMMA FERRO CARBONIO

FASI E COMPONENTI MICROSTRUTTURALI

Si presti attenzione a non identificare il ferro α con la ferrite e il ferro γ con l’austenite; la ferrite e l’austenite sono dei costituenti microstrutturali, osservabili al microscopio; le varie forme allotropiche del ferro rappresentano delle fasi all’equilibrio e possono anche far parte di costituenti microstrutturali come perlite e ledeburite.

INTERVALLO DI TEMPERATURA FASI ALL’EQUILIBRIO COSTITUENTI MICROSTRUTTURALI

fino a 912 ºC Fe- Ferrite

912 – 1394 ºC Fe- Austenite CFC

1394 – 1538 ºC Fe- Ferrite

oltre 1538 ºC liquido

fino a 1148 ºC Fe C Cementite primaria (carburo formato dal liquido)

da 1148 a 727 ºC Fe C Cementite

carbonio in Fe- = 0,022% in peso a 727 ºC!

Nel Fe- ccc, il carbonio è molto poco solubile; la solubilità massima è 0,022% in peso a 727 ºC. La limitata solubilità viene spiegata sulla base della forma e della dimensione delle posizioni interstiziali del reticolo ccc, che rendono difficile l'accomodamento degli atomi di carbonio.

Massima solubilità del carbonio in Fe- = 2,14% in peso a 1147 ºC

La solubilità massima del carbonio nel Fe- è pari a 2,14% in peso e si ottiene a 1147 ºC. La maggiore solubilità