Schema, Metallurgia

C.C.C.

Ferro + C Ferrite

γ C.F.C. Austenite

Ferro + C

δ δ

C.C.C.

Ferro + C Ferrite

α δ

Ferrite: 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 A  al di sopra della quale si forma fase (spesso coincide con eutettoidica);

1 γ

− temperatura A  al di sopra della quale esiste solo fase (varia al variare della % di C).

3

Intervallo T A - A è detto intervallo critico degli acciai.

3 1

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

3 1

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, Fe C [carburo di ferro], %C = 6,67%.

3

Austenitizzazione: ottenimento struttura austenitica  riscaldamento acciaio a 50 °C sopra la sua A 3

per un tempo sufficientemente lungo da fargli assumere tale struttura (tempo necessario affinché le

impurezze 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

α

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. è istantanea, mentre realizzazione perlite necessita tempo lungo 

nelle condizioni previste dal diagramma di stato (raff. lento) la trasformazione è registrata a 723 °C.

Se 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 intrappolati nel reticolo, deformandolo (da

cubico a tetragonale)  si ottiene formazione nuova fase, la martensite. α

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 su

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 e esce in M (curva 2, fig.2).

s f

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 A , poi raffreddamento lento in forno. Scopo: diminuzione

3

della durezza del materiale e delle disomogeneità. Raffreddamento indipendente dalle dimensioni

del pezzo. Normalizzazione



Riscaldamento a 50 °C sopra A (permanenza sufficiente a ottenere austenitizzazione completa) con

3

successivo raffreddamento in aria calma. Raffreddamento dipendente dalle dimensioni del pezzo.

Confronto tra i due trattamenti:

1. entrambi portano ad una struttura ferritico-perlitica;

2. nella normalizzazione raffreddamento molto più veloce;

3. nella normalizzazione struttura più fine dato il poco tempo per l’accrescimento dei

grani (raffreddamento troppo veloce), mentre nella ricottura struttura più omogenea;

4. costi ricottura molto più elevati.

Bonifica: sequenza dei trattamenti termici di tempra e rinvenimento

Tempra



Processo: austenitizzazione dell’acciaio (riscaldarlo per 1 h, 50 °C sopra A ) poi gettato nel

3

materiale temprante per raffreddarlo in modo drastico (così da evitare la trasformazione

dell’austenite in perlite) ottenendo così martensite.

Gli acciai vengono temprati per impartire loro le proprietà meccaniche e la durezza richieste.

Le curve di Bain aiutano a valutare la temprabilità dell’acciaio  la temprabilità è maggiore tanto

più il “naso” della curva è verso destra  più esso è a destra tanto più le curve di trasformazione non

intersecano il naso stesso  non si forma perlite si forma solo martensite.

Due gruppi di elementi di lega: γ

1. elementi alfogeni  se presenti in lega restringono il campo  fra essi Cromo e

Molibdeno; γ

2. elementi gammageni  se presenti in lega allargano il campo  fra essi Nichel.

Il Cromo non si trova mai libero, sempre combinato (Cr + C, carburi molto duri), aumenta

notevolmente la durezza della lega.

Il Nichel è il tenacizzante per eccellenza essendo un affinante del grano (ne limita la crescita).

Il Molibdeno è utile perché riduce la malattia di Krupp intervenendo sulle dimensioni dei carburi.

Gli acciai si dividono in: legati, ossia che contengono elementi di lega;

non legati, contenenti solo carbonio.

Tutti gli elementi di lega (Ni, Cr, Mo) spostano le curve di Bain verso destra, ovvero aumentano

tutti la temprabilità, tuttavia per ragioni differenti: γ

− gli alfogeni (nonostante restringano il campo ) perché rallentano la formazione

della cementite (e dunque della perlite)  dato che il C presente nel Fe si lega prima con essi

formando carburi (avendo fra loro un’elevatissima affinità) e non col Fe stesso (con il quale

formerebbe la Fe C);

3 γ

− i gammageni, ovviamente, perché allargano il campo .

Acciai austenitici o autotempranti: acciai con grandissime quantità di elementi di lega che si

temprano (assumono struttura martensitica) da soli all’aria.

Il carbonio:

− ha effetto austenitizzante (gammageno) dato che aumenta la temprabilità  sposta il naso

delle curve verso destra;

− aumenta la durezza dell’acciaio  più carbonio c’è  maggiore distorsione del reticolo 

maggiore durezza della martensite.

Dunque per la tempra è importante specificare la percentuale di carbonio presente nell’acciaio: se

percentuale troppo bassa  naso troppo a sinistra  impossibile temperatura.

Denominazione acciai  Cxx, con xx quantità di C presente; es. C40  0,4% di C.

Gli acciai da tempra contengono uno 0,3% minimo di quantitativo di carbonio  condizione ottimale

è lo 0,4% di carbonio (compromesso tenacità - durezza).

Gli acciai da costruzione devono avere % di C minore dello 0,8%, sebbene non si vada mai oltre lo

0,6%, poiché si otterrebbe martensite troppo fragile (questo poiché durante la tempra aumenta di

volume anche il cuore dell’acciaio la cui solidificazione però si ferma dopo di quella della

superficie, provocando tensioni e microcricche sulla stessa).

Acciai di piena tempra non utilizzati per componenti meccanici elevata durezza scarsa tenacità.

Materiali tempranti: l’acqua è un mezzo temprante più drastico dell’olio, in quanto sottrae calore

più lentamente all’altezza del naso (in cui invece è richiesta la massima velocità di sottrazione di

calore) e più velocemente nell’intervallo M -M . Questo perché l’acqua rispetto all’olio ha maggiore

s f

tensione di vapore  provoca maggiore quantità di vapore  maggiore isolamento e minore

sottrazione di calore nel primo stadio.

Rinvenimento



Trattamento termico eseguito dopo la tempra; consiste in un riscaldamento del pezzo ad una

temperatura inferiore ad A . Il suo scopo è quello di rendere la martensite meno dura e più tenace.

1

Ci sono diverse possibili temperature di rinvenimento:

200 °C Riduzione (o eliminazione) tensioni interne, aumento dimensioni grani (invisibile).

200-400 °C Formazione perlite globulare  aumento tenacità del materiale.

450-550 °C A tali temperature non si rinviene  il materiale subisce fragilizzazione (caduta della

duttilità) a seguito del cosiddetto infragilimento da rinvenimento o malattia di

Krupp. Per evitarlo rendere più rapido possibile il passaggio in questo intervallo di

temperatura.

650 °C Si ottiene perlite globulare con globuli abbastanza risolti, detta sorbite  miglior

compromesso tra tenacità e durezza utilizzata per acciai da costruzione.

Globulare meglio che lamellare  le lamelle vanno evitate negli acciai perché propagano eventuali

fratture; inoltre è più tenace e più fine (se ipoteticamente potessimo ottenerne dall’austenite).

Sorbite: struttura di rinvenimento della martensite formata da ferrite e cementite globulare; è ideale

per la costruzione di componenti.

Tempra superficiale



Scopo: rendere la superficie del pezzo più dura e resistente all’usura (struttura martenstica).

Prima di temprare il pezzo si effettua una bonifica a 600 °C, per due ragioni:

− si necessita di un cuore abbastanza duro per sostenere la superficie molto dura  perciò è

indicata la sorbite, piuttosto che la perlite lamellare, poco dura e tenace;

− dato che il riscaldamento superficiale è veloce, non c’è il tempo per omogeneizzare la

struttura, quindi si necessita di una struttura già omogenea (anche per controllare austenite

residua).

Ottenuta la sorbite, la riscaldo (portandola in campo austenitico) utilizzando i forni ad induzione

(dei quali sfrutto l’effetto Joule) poi la raffreddo rapidamente in acqua.

Alla fine del trattamento ottengo un acciaio con struttura martensitica in superficie e sorbitica nel

cuore. Profondit&agr