Domande esame Metallurgia

T

=1,16 =A-1 =?,7?

R MOS

MBBO AO

.Q.16.AT

=300+ -H+15O.1,7= 5M?.

tij

b N

1erm.Vs =l Mo

7:2,25 V

T fo .2,13

:0.2?

=B,31 .

R TOBO 1727

70

30 300.1,2+

150.2,25 t

1,31.1+

B+ .

= B.1.15- Mßr

18) dato un diagramma durezza-distanza dall’estremo temprato, disegnare sullo stesso diagramma le

curve jominy per l’acciaio C40 e 34NiCrMo16

GŚ

6 o t

iğmmstliremene

..

39

25 17

o

5

9

35 50

1 An

15

5 10 20 25 75

B n

19) dato un diagramma energia assorbita-temperatura di prova, disegnare sullo stesso diagramma le

curve di transizione per un acciaio a reticolo CCC e per un acciaio a reticolo CFC

20) descrivere la prova jominy e dire cos’è la temprabilità

La prova Jominy consiste nel prelevare un campione di materiale di forma cilindrica dall’acciaio di

cui si vuole misurare la temprabilità. Il provino è dotato di una superficie battuta in corrispondenza

di una delle 2 estremità. Il campione viene introdotto in un’apposita camicia in materiale ceramico,

posizionato in un forno a muffola ed austenitizzato alla temperatura desiderata per 30minuti. Dopo

l’estrazione dal forno, il provino viene inserito in un supporto forato che consente di investire

l’estremità libera con un getto d’acqua alla temperatura di 20°C piu o meno 5°C. Al termine del test

il provino viene lavorato di rettifica lungo una generatrice del cilindro, da cui viene asportato uno

spessore di materiale di 0,4/0,5mm; si eseguono prove di durezza allontanandosi progressivamente

dall’estremità temprata.

Se la curva Jominy ha un andamento orizzontale, si ottiene una microstruttura pressoché omogenea

lungo tutta la sezione del componente cilindrico. Se la prova Jominy evidenzia una brusca

variazione della durezza, la resistenza del componente cilindrico risulta discreta in superficie, ma

molto inferiore a cuore.

La temprabilità è una proprietà dipendente dalla natura e dalle caratteristiche composizionali

dell’acciaio. Essa aumenta:

1) al crescere del quantitativo degli elementi di lega

2) al crescere della dimensione media del grano cristallino

La temprabilità è indipendente dalla geometria del pezzo e dal mezzo di raffreddamento

considerato; è un importante parametro atto a definire il comportamento in esercizio dei

pezzo meccanici.

Un pezzo è completamente temprato quando si ottiene il 100% di martensite a cuore

LEGAME METALLICO

Il legame chimico che permette agli atomi di ferro di aggregarsi tra loro è detto legame

metallico. Il legame metallico si sviluppa quando gli elettroni di valenza raggiungono

livelli energetici superiori ad una data soglia, detta livello dei Fermi. Gli elettroni si

separano dagli atomi originari e generano una nuova con carica negativa che criccò a

tutti i cationi ferro; i cationi ferro vanno ad occupare posizioni d’equilibrio nello spazio e

sono circondati da una nuvola elettronica formata da tutti gli elettroni di valenza.

DIFETTI DEI RETICOLI

DIFETTI DI PUNTO: vacanza, atomi sostituzionali, atomi interstiziali

DIFETTI DI LINEA: dislocazioni

DIFETTI DI SUPERFICIE: bordi di grano

DIFETTI DI VOLUME: cavità, cricche, inclusioni

DIAGRAMMA DI STATO Fe-C

Esso riporta, al variare della temperatura e del tenore di C, le fasi della lega in condizioni di equilibrio

termodinamico. Presenta 3 orizzontali (V=0); la trasformazione peritettica a 1495°C, la trasformazione

eutettica a 1148°C e la trasformazione eutettoidica a 727°C.

I campi monofasici del diagramma di stato Fe-C sono 4:

1) la fase alfa (in verde chiaro), di limitatissima ampiezza, in basso a sinistra sul diagramma, da 912°C

a temperatura ambiente, con massima solubilità in C (0,02%) a 727°C.

2) la fase gamma (in giallo), di estensione rilevante sul diagramma, tra le temperature di 1394°C e

912°C, con massima solubilità in C (2,11%) a 727°C.

3) la fase delta (in marrone chiaro), di limitatissima ampiezza, in alto a sinistra sul diagramma, tra la

temperatura di fusione a 1538°C e 1394°C, con massima solubilità in C (0,09%) a 1495°C.

4) la fase Fe3C(in rosso), sulla verticale di sinistra del diagramma, con composizione costante in C

pari al 6,69%, dalla temperatura di fusione fino a temperatura ambiente.

Per convenzione le leghe Fe-C si suddividono in acciai e ghise: acciai se il tenore di C è inferiore al

2,11%, ghise se superiore.

ACCIAI EUTTETTOIDICI, IPOEUTETTOIDICI E ACCIAI IPEREUTETTOIDICI

Il raffreddamento delle leghe Fe-C può essere studiato suddividendo gli acciai in 2 famiglie:

1) acciai ipoeutettoidici se C<0,77%

2) acciai ipereutettoidici se C>0,77%

Essendo l’acciaio con C=0,77% la lega eutettoidica che fa da demarcazione tra le 2.

I PUNTI CRITICI DEL DIAGRAMMA DI STATO Fe-C

Con riferimento alla trasformazione della fase gamma allo stato solido, si definiscono i seguenti

punti critici al variare del tenore di C della lega:

punto critico A3:

1) luogo dei punti del diagramma Fe-C in cui la fase gamma in cristalli omogenei

(austenite) si trasforma in fase alfa in cristalli omogenei (austenite si trasforma in ferrite)

punto critico A1:

2) luogo dei punti del diagramma Fe-C in cui la fase gamma in cristalli omogenei

(austenite) si trasforma in cristalli lamellari a lamelle alternate di fase alfa e di fase Fe3C (austenite si

trasforma in perlite)

punto critico Acm:

3) luogo dei punti del diagramma Fe-C in cui la fase gamma in cristalli

omogenei (austenite) si trasforma in fase Fe3C in placchette a bordo grano (austenite si trasforma in

cementite)

COSA SONO LE CURVE DI TRASFORMAZIONE DEGLI ACCIAI

Per risolvere il problema delle trasformazioni allo stato solido in condizioni di non-equilibrio esistono

2 tipologie di diagrammi: le curve di trasformazione isoterma e le curve di trasformazione

anisoterma dell’austenite. Si tratta di grafici che, partendo dalla struttura austenitica stabile ad alta

temperatura, permettono di determinare le trasformazioni dell’acciaio, in relazione alla legge di

raffreddamento imposta

LE ESPERIENZE DI BAIN. CURVE TTT E CURVE CCT PER ACCIAIO EUTETTOIDICO

Le curve di trasformazione nascono in base all’evidenza sperimentale, l’austenite può dare origine:

1) a strutture quali ferrite, perlite e cementite, analoghe a quelle viste sul diagramma di stato Fe-C

2) a nuove strutture quali bainite e martensite, non presenti sul diagramma di stato Fe-C

LE TRASFORMAZIONI PER NUCLEAZIONE ED ACCRESCIMENTO

Se è favorita la fase di nucleazione, cioè se si formano tanti nuclei della nuova struttura, allora

l’accrescimento è limitato e la struttura finale che si ottiene dall’austenite ha grani molto fini.

Viceversa se la fase di nucleazione è sfavorita, cioè se si formano pochi nuclei nella nuova struttura,

allora l’accrescimento è agevolato e la struttura finale che si ottiene dall’austenite ha grani

grossolani.

LA PERLITE

La perlite si forma dall’austenite nel momento in cui la fase gamma si deve trasformare in fase alfa

e in fase Fe3C. Affinché si possa avere la trasformazione perlitica è necessaria la migrazione degli

atomi di C in modo tale da ottenere un addensamento di C in alcune zone ed un conseguente

impoverimento di C in altre zone.

BAINITE

La bainite è un aggregato finissimo di fase alfa e di fase Fe3C che si forma a temperature comprese

tra 250°C e 550°C in relazione alla composizione chimica dell’acciaio. La trasformazione

dell’austenite in bainite avviene per nucleazione ed accrescimento ed è governata dalla diffusione

del C. Nella bainite superiore la trasformazione si ha nell’intervallo 400°C-550°C. La bainite

superiore è una sorta di perlite degenerata in cui la minore mobilita del C impedisce che si formino

lamelle continue e di grosso spessore.

La bainite inferiore si ottiene per nucleazione ed accrescimento dall’austenite a temperatura in cui la

mobilita del C è limitata (250°C-400°C). Questo porta alla formazione di fasci di aghetti di fase alfa,

più fini rispetto al caso precedente con placchette di carburo di ferro inclinate di 60° rispetto all’asse

degli aghi di fase alfa.

LA MARTENSITE E LE TRASFORMAZIONI ISTANTANEE DELL’AUSTENITE

La martensite si ottiene per trasformazione istantanea o quasi istantanea del reticolo dell’austenite,

senza che si abbiano fenomeni diffusivi del C. La martensite di forma durante la trasformazione del

reticolo CFC della fase gamma in quello CCC della fase alfa qualora il C non abbia la possibilità di

fuoriusci ere dal reticolo stesso a causa del rapido raffreddamento imposto. La distorsione del

reticolo della martensite deriva dalla presenza degli atomi di C che sono rimasti intrappolati nella

cella perchè sono inibiti i fenomeni diffusivi.

RICOTTURA ISOTERMICA

È un’alternativa più economica della ricottura completa. L’acciaio viene inizialmente riscaldato e

mantenuto alla corretta temperatura di austenitizzazione, quindi si esegue un raffreddamento

abbastanza rapido onde evitare che si inneschi qualsiasi trasformazione dell’austenite. Giunti alla

temperatura di stazionamento isotermico, il sistema rimane termostatato per un tempo sufficiente

per permette all’austenite di subire la trasformazione strutturale.

RICOTTURA GLOBULARE O DI COALESCENZA

Alternativa alla ricottura completa, prevede un mantenimento a cavallo del punto critico Ac1 e può

essere svolto secondo differenti modalità.

1) nel caso di acciai ipoeutettoidici a medio tenore di C è possibile effettuale un prolungato

mantenimento dell’acciaio ad una temperatura poco inferiore al punto critico Ac1 e poi raffreddare

lentamente in forno; in alternativa si puo riscaldare leggermente al di sopra del punto critico Ac1, per

poi ridurre gradualmente la temperatura fin al di sotto del medesimo punto critico e quindi

raffreddare lentamente in forno

2) nel caso di acciai ipereutettoidici o ipoeutettoidici con alto tenore di C si esegue la ricottura di

pendolamento attorno al punto critico Ac1: si riscalda l’acciaio appena al di sopra del punto critico

Ac1, mantenendolo a quella temperatura per una /due ore, poi lo si raffredda appena al di sotto del

punto Ac1, rimanendovi per una/due ore; si ripete la sequenza per 2/3 volte. Il raffreddamento finale

viene effettuato in forno.

IL RINVENIMENTO

Il trattamento di rinvenimento deve essere iniziato subito a valle della fase di tempra allo scopo di

limitare il rischio che si formino cricche da autotensioni: per tali motivi l’ideale è operare su pezzi che

non si siano completamente raffreddati. Il rinvenimento è costituito da un lento riscaldam