Tecnologie industriali

NOMENCLATURA

Mandatory=obbligatoria

EN GJ S 500: 500 è la Rm neanche da specificare

LEGHE LEGGERE E ULTRALEGGERE

2 leghe leggere: hanno come elemento di base l'alluminio e una certa percentuale di elementi alliganti quali zinco, rame, silicio, nichel, magnesio, titanio e manganese.

L'alluminio (Al) è molto diffuso in natura sotto forma di ossido (bauxite Al2O3).

Leghe ultraleggere: hanno come elemento base il magnesio legato con alluminio, zinco, manganese, silicio e nichel. Il magnesio è il metallo a uso ingegneristico più leggero che sia disponibile.

Si dividono in:

Leghe per fonderia

Leghe per deformazione plastica

DENOMINAZIONE Al

Normativa americana

Indicazione AA + 4 cifre: primo numero elementi in lega principali, tra () ho i nomi commerciali, gli altri numerini sono i quantitativi specifici degli altri elementi in lega

1xxx assenza di rilevanti elementi di lega

2xxx alluminio-rame (Avional-Duralluminio)

3xxx alluminio-manganese (Aluman)

4xxx

alluminio-silicio5xxx alluminio-magnesio (Peraluman)6xxx alluminio-silicio-magnesio (Anticorodal), usate per deformazioni plastiche7xxx alluminio-zinco (Ergal)8xxx leghe miste (spesso contenenti Li)2-7 leghe dure perché ad alta resistenza infatti utilizzate in campo aeronautico

28. LA SOLIDIFICAZIONE DEI METALLI E I TRATTAMENTI TERMICI

LA SOLIDIFICAZIONE DEI METALLI PURI

Parliamo di leghe (dx) e non di metalli puri (sx) perché questi ultimi hanno un punto di solidificazione o di fusione ben definito e la loro solidificazione avviene a temperatura costante. Nelle leghe non c’è una precisa temperatura di solidificazione ma un intervallo. Altra differenza è la variazione di volume: quando solidifichiamo avviene una contrazione volumetrica quindi aumenta densità, quando riscaldiamo abbiamo un aumento del volume. Caratteristiche da capire in fase di progettazione

NUCLEAZIONE E ACCRESCIMENTO

Quando il mio liquido si raffredda fino alla temperatura di solidificazione,

Si cominciano a formare delle piccole isolette solide (a) che poi si accrescono man mano (b) finché non entrano a contatto (c) e si uniscono definendo delle zone chiuse che prendono il nome di grani cristallini (d). I grani cristallini sono il frutto dell'accrescimento del singolo nucleo di solidificazione. Le linee sono i bordi grano. I quadratini mi rappresentano il reticolo cristallino che è la struttura spaziale ordinata nella quale si aggregano gli atomi allo stato solido, l'unità più piccola che si ripete si chiama cella. Durante la fase di accrescimento i miei reticoli si dispongono secondo orientamenti preferenziali diversi, in modo da avere configurazioni a livello energetico basso - le mie strutture di bordo grano saranno zone di disequilibrio energetico quindi punti fragili del mio materiale.

Velocità di raffreddamento: se raffreddiamo molto velocemente si generano tanti germi solidi quindi prima di arrivare a toccarsi, possono crescere.

poco e avremo tanti bordo grano quindi una struttura energeticamente poco stabile però anche più resistente perché più il grano è piccolo, più la resistenza è elevata; al contrario con basse velocità di raffreddamento avremo grani più grandi.

Avere tanto bordo grano, ho tanti ostacoli allo scorrimento quindi meno duttile, più duro e più resistente

Metallo a grano grosso: basso numero di grossi grani (d ~ 200 µm)

Metallo a grano fine: alto numero di piccoli grani (d ~ 10 µm )

In un pezzo meccanico, avremo zone con grani piccoli e altri più grandi, tutti i processi però non dovrebbero avere queste disomogeinità per non creare zone di tensione

LA STRUTTURA CRISTALLOGRAFICA DEI METALLI

Da considerare i primi due nelle leghe ferro(solvente)-carbonio (soluto). La disposizione dipende principalmente dalla temperatura alla quale ci troviamo: a basse temperature CCC, se saliamo FCC

SOLUZIONI

Ho la fase solida che è unica, in mezzo ho la coesistenza delle due fasi. Il vertice in alto a sinistra è la temperatura di solidificazione del Ni metallo puro (elemento alto fondente), il vertice in basso a destra è la temperatura di solidificazione di Cu puro (elemento alto fondente). Se prendo lo stato 50 e 50, la lega è allo stato liquido, quando tocca la linea verde comincia a solidificare entro un certo intervallo finché non tocca e oltrepassa la linea rossa che rimane solida. Al variare della composizione chimica della mia lega, varia l'intervallo di temperatura, più rame (elemento basso fondente) ci metto dentro, più la temperatura media di solidificazione si abbassa. Quando tocco la linea verde si cominciano a formare i grani che saranno molto ricchi dell'elemento alto fondente, man mano che abbasso la temperatura si generano delle pelli più ricche dell'elemento basso fondente. Avrei un grano fortemente disomogeneo.

ma alla fine come media ottengo una composizione pari quella a nominale (50 e 50) perché nei diagrammi di fase contemplo dei raffreddamenti infinitamente lenti quindi do tempo al materiale di apparare questa disomogeneità. Questa è la ragione per cui ho un intervallo di temperatura cioè per le diverse temperature di nucleazione dei miei componenti.

La 2LEGGE DELLA LEVA permette di determinare la composizione chimica delle varie fasi in un diagramma di fase Fe-C. Pur rimanendo allo stato solido, il ferro cambia il reticolo quindi dà luogo a fasi diverse che prendono il nome di forme allotropiche. 1536 gradi è la temperatura di fusione del ferro puro.

Ciò che cambia da delta a alfa è la capacità di ricevere carbonio al loro interno. Nella forma FCC il carbonio si riesce a inserire in grandi quantità perché non abbiamo più l'atomone di ferro, ma il carbonio ha più spazio per inserirsi.

2FORME DI AGGREGAZIONE

ALLO STATO SOLIDO tutte soluzioni interstiziali, cambia la formaallotropica del Fe

Il ferro commercialmente puro contiene lo 0.008% di C, gli acciai fino al 2.11% e le ghise fino al 6.67%.

- Ferrite α: soluzione solida di C in ferro α (C fino a 0.02% a 727 °C).

- Ferrite δ : soluzione solida di C in ferro δ (C fino a 0.09% a 1495 °C)

- Austenite: soluzione solida di C in ferro γ (C fino a 2.11% a 1148 °C)

- Cementite: Composto interstiziale Fe3C (carburo) contenente il 6.67% di C. Ogni atomo di C si "trascina" dietro 3 di atomi di ferro. È una fase secondaria perché c'è carbonio in eccesso, è un reticolo ortorombico ed è leggermente meno di equilibrio

DIAGRAMMA FERRO-CARBONIO

non si va oltre il 6.67 anche perché dopo abbiamo materiali che non ci interessano più industrialmente, non sono lavorabili.

Diagramma da leggere con una composizione fissata 0 carbonio, Fe puro) prima temperatura di ferro

puro sono i 912 dove avviene il primo cambio reticolo, poi 1394 dove cambia di nuovo reticolo, fino a 1538 che è la temperatura di fusione del Fe puro, da lì in su abbiamo liquido

La linea verde sono i 727 gradi AC1 temperatura di massima solubilità del C in Fealfa. Analogo per linea rossa.

Ferrite alfa è il triangolino sottilissimo in basso a sx con vertice a 727 gradi corrispondente al quantitativo mex del C che compete in questa fase (0,022), se aumento o diminuisco la temperatura, ci sta sempre meno carbonio

Quando arrivo a 912, smette di esistere la ferrite alfa perché c'è il cambio reticolo, entriamo nella regione di esistenza austenite che è quella che ci interessa industrialmente perché occupa molto spazio nel diagramma sia per composizione che per temperatura, fino al punto di 1394 dove poi si entra in un altro piccolo triangolino dove c'è la ferrite delta. Il vertice è in 0,09% e 1495, se aumento o diminuisco la temperatura,

ci sta meno carbonio. Il vertice a dx dell'austenite ho il 2.11%. Curva azzurra chiamata Ac3 è un intervallo di temperatura, se buttiamo in soluzione C la temperatura alla quale avviene il cambio reticolo diminuisce, nel triangolino corrispondente coesistono le fasi alfa e gamma. Il vertice in basso corrisponde a 727 che è la temperatura minima di esistenza dell'austenite che corrisponde alla max solubilità di carbonio in Fealfa. Nel triangolino piccolissimo rosso avremmo la coesistenza di austenite e ferrite delta, quello al di sopra coesistono due fasi di cui una liquida e ferrite delta. L'effetto del carbonio in riferimento alla linea marrone, diminusce la curva di solidficazione fino al 4.3% punto singolare PUNTO EUTETTICO perché non abbiamo un intervallo di temperatura ma il passaggio diretto da liquido a solido, molto comodo per i processi fusorei ghise più adatte a tali processi. Immagino di entrare con una percentuale di carbonio 0.4