Schema, Metallurgia

Diagrammi ferro-carbonio

Forma allotropica e struttura

Ferrite α: C.C.C. Ferro + C
Austenite γ: C.F.C. Ferro + C
Ferrite δ: δC.C.C. Ferro + C

Ferrite α δ: soluzione solida interstiziale di Fe (o) con C.
γ Austenite: soluzione solida interstiziale di Fe con C stabile solo sopra i 723 °C; a seconda della modalità di raffreddamento, si trasforma in perlite, bainite o martensite (importante nella tempra).

Temperature caratteristiche degli acciai

γ− temperatura A₁: al di sopra della quale si forma fase (spesso coincide con eutettoidica);
γ− temperatura A₃: al di sopra della quale esiste solo fase (varia al variare della % di C).
Intervallo T A₃ - A₁ è detto intervallo critico degli acciai.

Nella composizione eutettoidica, con %C = 0,8%, A₃ e A₁ coincidono  intervallo critico = 0.

Tipi di acciai

• Ipoeutettoidici  contenuto di C < 0,8%  raffreddandosi danno perlite + ferrite;
• Ipereutettoidici  contenuto di C > 0,8%  raffreddandosi danno perlite + cementite.

Cementite: composto interstiziale, Fe₃C [carburo di ferro], %C = 6,67%.

Austenitizzazione

Ottenimento struttura austenitica  riscaldamento acciaio a 50 °C sopra la sua A₃ per un tempo sufficientemente lungo da fargli assumere tale struttura (tempo necessario affinché le impurità si distribuiscano)  non troppo, circa 1 ora, per evitare eccessivo accrescimento grani che causerebbe struttura fragile e grossolana. Infine raffreddamento molto lento.

Raffreddando l’austenite, alla T di 723 °C si ha passaggio istantaneo da reticolo C.F.C. a C.C.C. gli atomi di C devono diffondere all’esterno del reticolo (dato che C.C.C. contiene percentuale molto più bassa di C rispetto C.F.C.)  diffondendo reagisce con Fe  si forma cementite  continuo ripetersi del processo  si forma la perlite: miscuglio meccanico di lamelle alternate di ferrite e cementite.

Trasformazione C.F.C. - C.C.C.

La trasformazione è istantanea, mentre la realizzazione della perlite necessita tempo lungo  nelle condizioni previste dal diagramma di stato (raff. lento) la trasformazione è registrata a 723 °C. Se il raffreddamento avviene più bruscamente, la trasformazione è registrata a T sempre più basse (mentre la diffusione del C e dunque la formazione della perlite necessita sempre dello stesso tempo)  allora un certo numero di atomi di C rimane intrappolato nel reticolo, deformandolo (da cubico a tetragonale)  si ottiene formazione nuova fase, la martensite.

Martensite

Soluzione solida interstiziale forzata di C nel ferro  molto dura, struttura tetragonale; fase metastabile che si ottiene dal raffreddamento rapido dell’austenite (più tempo impiega la sua formazione più la si ottiene tenace).

Esperimento di Bain

Austenizzati dei campioni di piccola massa a 780 °C, poi gettati in una vasca di sale a 600 °C dove vengono lasciati soggiornare per tempi diversi, al termine dei quali vengono gettati in acqua. Si osserva la microstruttura che si ottiene ad ogni intervallo di tempo: ultimi buttati struttura perlitica, da un certo n° in poi aumento durezza, da un altro n° in poi raggiunta max durezza costante.

Curve di Bain: si trovano nel diagramma temperatura-tempo e contengono informazioni sul raffreddamento lega ferro-carbonio. Curva di sx, di inizio trasformazione, quella di dx, di fine. L’austenite si trasforma in perlite se entra nella curva di sx ed esce a dx (curva 1, fig.2); in martensite se entra in M_s e esce in M_f (curva 2, fig.2).

Austenite metastabile: austenite in via di trasformazione.

Trattamenti termici

Tenacità: capacità di un materiale di assorbire energia (si piega ma non si spezza). L’omogeneità e la finezza aumentano la tenacità. Nella scelta degli acciai si guarda l’omogeneità poi la finezza.

Ricottura

Riscaldamento acciaio a 50 °C sopra A₃, poi raffreddamento lento in forno. Scopo: diminuzione della durezza del materiale e delle disomogeneità. Raffreddamento indipendente dalle dimensioni del pezzo.

Normalizzazione

Riscaldamento a 50 °C sopra A₃ (permanenza sufficiente a ottenere austenitizzazione completa) con successivo raffreddamento in aria calma.