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Fondamenti sui materiali
Tecnologia Meccanica
1
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Tecnologia Meccanica
2. Proprietà dei materiali
•
Fonti
Kalpakjian S., Schmid S.R., Manufacturing Engineering & Technology, Sixth
Edition, Pearson
Cap.3 “Physical Properties of Materials”
Fondamenti sui materiali
2
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Proprietà dei materiali
Proprietà dei materiali si dividono in:
• Proprietà Chimico strutturali
• Proprietà Fisiche
• Proprietà Meccaniche
• Proprietà Tecnologiche
Proprietà Chimico-strutturali: riguardano la composizione chimica dei metalli e la loro
struttura interna, dalle quali derivano tutte le proprietà meccaniche e tecnologiche
Proprietà Fisiche: come densità, punto di fusione, calore specifico, conducibilità termica,
dilatazione termica, proprietà elettriche e magnetiche, e resistenza all'ossidazione e
corrosione.
Proprietà Meccaniche: riguardano le capacità dei materiali di resistere alle sollecitazioni
dovute all’azione di forze applicate dall’esterno, che tendono a modificare la forma e le
dimensioni.
Proprietà Tecnologiche: riguardano l’attitudine dei materiali a subire diversi tipi di
lavorazioni meccaniche
Fondamenti sui materiali
3
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Tecnologia Meccanica
Esempi di confronto delle proprietà tra diversi materiali:
Densità
Fondamenti sui materiali
4
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Tecnologia Meccanica
Esempi di confronto delle proprietà tra diversi materiali:
Rigidezza
Fondamenti sui materiali
5
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Esempi di confronto delle proprietà tra diversi materiali:
Resistenza a frattura
Fondamenti sui materiali
6
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Tecnologia Meccanica
Struttura in cui il tipo di materiale influenza le prestazioni
Combinazioni di
proprietà
meccaniche e fisiche,
quali i rapporti
resistenza-peso e
rigidezza-peso dei
materiali, sono
molto importanti, es.
Come dovrebbe essere
Non sufficientemente rigido
Non sufficientemente
resistente
per aeromobili e
strutture aerospaziali.
Non sufficientemente tenace
Troppo denso
Fondamenti sui materiali
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Proprietà fisiche dei materiali
Densità: massa per unità di volume, peso specifico se in rapporto con la massa
volumica dell’acqua.
Punto di fusione: energia richiesta per separare gli atomi; range nel caso di
leghe, ha grosse ripercussione sui range di lavorabilità dei materiali e sui range
di utilizzo degli utensili.
Calore specifico: energia necessaria all’aumento di temperatura di un unità di
massa di 1 grado; incide direttamente sull’aumento di temperatura del pezzo
durante la lavorazione.
Conducibilità termica: quantità di calore, che in 1 s riesce a passare
perpendicolarmente da una faccia a quella opposta del pezzo considerato;
importante nel raffreddamento, negli utensili da taglio, negli stampi.
Espansione termica: per effetto del riscaldamento, il movimento delle
molecole al suo interno, aumenta – ha effetti significativi, espansione o
contrazione relativa di materiali diversi negli assemblaggi. L'espansione
termica e conducibilità termica hanno ruolo significativo nel causare stress
termici (gradienti termici o anisotropia di espansione).
Fondamenti sui materiali
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Proprietà fisiche dei materiali
Conduttività elettrica: conduttanza elettrica specifica di conduttore
(dielettrici, conduttori, superconduttori, semiconduttori), l’influenza del tipo di
legame atomico sulla conduttività elettrica del materiale è la stessa della
conducibilità termica.
Proprietà ottiche: tra le varie altre proprietà, il colore e l'opacità sono
particolarmente importanti nei polimeri e vetro.
Proprietà magnetiche:
•
•
•
Ferromagnetismo: è un fenomeno caratterizzato da alta permeabilità e
magnetizzazione permanente che sono dovuti all'allineamento di atomi di ferro,
nickel, e cobalto in domini.
Effetto piezoelettrico: esibito dagli smart materials, doppio effetto (1) se sottoposto
a corrente elettrica, subiscono una variazione reversibile di forma (4%), e (2) se
deformati da una forza esterna emettono piccola corrente elettrica. (cristalli di
quarzo, ceramici, polimeri)
Magnetostrizione: fenomeno di espansione o contrazione di un materiale quando
soggetto ad una campo magnetico (Ni, leghe Fe-Ni)
Fondamenti sui materiali
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Proprietà fisiche dei materiali
Resistenza alla corrosione: resistenza al deterioramento dei metalli e
ceramiche, o al degrado nei polimeri. La corrosione conduce al
deterioramento superficiale e riduce anche la resistenza e l'integrità
strutturale. La resistenza alla corrosione dipende dalla composizione del
materiale e dall'ambiente. Metalli non ferrosi, acciai inossidabili, e materiali
non metallici hanno buona resistenza alla corrosione. Acciai e ghise hanno
scarsa resistenza.
•
•
•
•
•
Corrosione localizzata - Pitting.
Corrosione intergranulare e interstiziale: lungo i bordi di grano di metalli e
all'interfaccia di giunti
Corrosione galvanica: quando due metalli dissimili formano una cella galvanica.
Corrosione sotto stress: in ambiente corrosivo su un pezzo che dopo lavorazione
presenta stress residui.
Lisciviazione selettiva: per materiali suscettibili ad attacco chimico da parte di
lubrificanti e refrigeranti;
Fondamenti sui materiali
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Proprietà fisiche dei materiali
Densità
Fondamenti sui materiali
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Proprietà meccaniche dei materiali
Descrivono il comportamento del materiale assoggettato a forze statiche,
dinamiche, periodiche, concentrate o di attrito:
•
•
•
•
•
•
Comportamento sforzi-deformazioni (elastico, plastico, viscoelastico) e resistenza
statica (snervamento e rottura)
Comportamento sforzi-deformazioni e resistenza statica alla temperatura
Resistenza all’indentazione, alla scalfitura e all’abrasione (durezza)
Resistenza agli urti (resilienza)
Resistenza a frattura (tenacità a frattura)
Resistenza a fatica
Fondamenti sui materiali
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Proprietà meccaniche dei materiali
Fondamenti sui materiali
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Proprietà meccaniche dei materiali
Forze
Forze statiche: resistenza alle deformazioni. In base alla direzione di
applicazione, queste forze possono indurre a sollecitazioni di: compressione,
trazione, flessione, torsione e taglio
Forze dinamiche: vengono applicate per periodi brevissimi. La resistenza dei
materiali alle forze dinamiche, dette anche urti, viene definita Resilienza
Forze periodiche: sono quelle che agiscono in modo discontinuo, con
frequenza che può essere costante o irregolare. Il comportamento del
materiale a queste sollecitazioni, viene definito come resistenza a fatica
Forze concentrate: quelle forze che vengono applicate in zone ristrette
dell’oggetto. La resistenza che i materiali oppongono a questo tipo di forze
applicate in zone ristrette o puntiformi, è detta durezza
Forze di attrito: sono quelle che si manifestano tra due superfici a contatto in
movimento reciproco. Il comportamento del materiale a queste sollecitazioni,
viene definito come resistenza all’usura.
Fondamenti sui materiali
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Fallimento e frattura dei materiali
in produzione e in servizio
La frattura è fondamentale nel comportamento del materiale, influenza
direttamente la selezione di un materiale, i metodi di fabbricazione, e la vita
utile dei componenti.
Il fallimento del materiale è indesiderabile, ma alcuni prodotti sono progettati
in modo tale che sia essenziale per la loro funzione (lattine, spine di sicurezza
sugli alberi, carta perforata per packaging).
Fondamenti sui materiali
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Fallimento e frattura dei materiali
in produzione e in servizio
Maggiori tipi di fallimento:
•
•
Frattura, attraverso cracking interno o esterno;
sotto-classificata in due categorie generali:
duttile e fragile
Buckling: instabilità
Fondamenti sui materiali
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Frattura dei materiali
Frattura duttile
Frattura duttile è caratterizzata da deformazione plastica, che
precede il fallimento
Materiali altamente duttili (es. oro) formano necking fino ad un
punto prima di arrivare a rottura;
Maggior parte dei metalli e leghe forma necking fino ad un'area
Frattura duttile avviene lungo piani in cui sollecitazione a taglio
massima.
•
•
torsione, fratture duttili lungo piano perpendicolare all'asse di
rotazione;
taglio, frattura duttile lungo piani di scorrimento all'interno dei
grani.
Superficie di frattura duttile ha aspetto fibroso con fossette
Frattura viene iniziata con formazione di piccoli vuoti intorno ad
inclusioni o vuoti preesistenti che coalescono e crescono fino a
rottura.
Fondamenti sui materiali
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Frattura dei materiali
Frattura duttile
Evoluzione sino a frattura:
Strizione
σ
Nucleazione
vuoti
Crescita dei vuoti
e coalescenza
Sforzi di
Taglio
Frattura
Particelle che
sono servite da
agente
nucleante
Fondamenti sui materiali
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Frattura dei materiali
Frattura duttile
Effetto delle inclusioni:
•
•
•
•
Le inclusioni sono siti di nucleazione per i vuoti
Inclusioni: impurità di vario tipo e di particelle di seconde fasi (es. ossidi carburi,
solfuri) – se si allineano durante la deformazione plastica mechanical fibering
L'influenza dipende da forma, durezza, distribuzione e frazione volumetrica - ↑
frazione volumetrica inclusioni ↓ duHlità.
Vuoti e porosità possono generarsi durante le lavorazioni (fonderia, trafilatura) e
due fattori influenzano la loro formazione:
→ 1. La forza di legame all'interfaccia inclusione-matrice
→ 2. Durezza delle inclusioni
Fondamenti sui materiali
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Frattura dei materiali
Frattura duttile
Influenza della Temperatura di transizione.
•
•
•
Molti metalli subiscono cambiamento di duttilità e tenacità
un range di temperatura detta di transizione.
Principalmente per strutture CCC e alcune EC
Ttransizione dipende da: composizione, microstruttura,
finitura superficiale, forma del campione, e tasso di
deformazione.
in
granulometria,
Strain aging:
•
•
•
•
Atomi di carbonio negli acciai si segregano sulle dislocazioni, fissandole, e
aumentando la resistenza al loro movimento → ↑ resistenza e ↓ du-lità.
A Tamb fenomeno richiede giorni
A Talta può verificarsi in poche ore (accelerated strain aging)
Es. fragilità blu, (range di T blu-calore → acciaio+ pellicola di ossido bluastra)
provoca ↓ della duHlità e tenacità e ↑ resistenza di acciai al carbonio e acciai legaK
Fondamenti sui materiali
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Frattura dei materiali
Frattura fragile
Frattura fragile si verifica con poca o nessuna deformazione
plastica
In tensione, frattura avviene lungo il piano cristallografico
(piano di clivaggio) su cui la tensione è massima:
•
•
•
a trazione, superficie di frattura ha un aspetto granulare luminoso
(riflessione sui piani di clivaggio) cricca si propaga tra i grani (gesso,
ghisa grigia, cemento).
a compressione, superficie di frattura segue un percorso a 45°
rispetto alla direzione si sollecitazione.
a torsione, falliscono secondo un piano ad un angolo di 45°
rispetto all'asse di torsione.
metalli CFC di solito non presentano frattura fragile
metalli CCC e alcuni EC si rompono per clivaggio
↓ T e ↑ tasso di deformazione promuovono la fraMura fragile
Fondamenti sui materiali
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Frattura dei materiali
Frattura fragile
Influenza dei Difetti:
•
•
•
Presenza di difetti, come graffi, difetti, e cracks
preesistenti esterni o interni.
In tensione, la geometria a punta dei difetti è
sottoposta a tensioni elevate propagano rapidamente il
crack (guasto catastrofico).
Difetti spiegano perché materiali fragili sono deboli a
trazione rispetto a compressione
Nei metalli policristallini, percorsi di frattura osservati
sono transgranulari (transcristallina o intragranulare);
la cricca si propaga attraverso il grano.
Transgranulare
Intergranulare
Frattura intergranulare, la fessura si propaga lungo i
bordi grano (es. bordi dei grani sono morbidi,
contiene una fase fragile, o sono stati indeboliti da
liquido o infragilimento da solido-metallo)
Fondamenti sui materiali
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Frattura dei materiali
Frattura fragile
Frattura da fatica:
• Frattura di tipo fragile: piccoli cracks interni o
•
•
esterni si sviluppano a partire da imperfezioni o
difetti preesistenti, si propagano e portano alla
rottura improvvisa.
Superficie di frattura: caratterizzata dal linee di
spiaggia, serie di striature - ogni linea di spiaggia
è composta da diverse striature.
La resistenza a fatica può essere migliorata:
→ Inducendo tensioni residue di compressione
sulla superficie (pallinatura o rullatura);
→ Cementazione (indurimento superficiale)
→ Ottima finitura superficiale fine;
→ Selezione di materiali appropriati e con
ridotte inclusioni, vuoti, e impurità.
Fondamenti sui materiali
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Frattura dei materiali
Frattura fragile
Frattura per stress-corrosion cracking:
•
•
•
•
Frattura fragile che può avvenire in materiali duttili.
Pezzi senza difetti possono sviluppare cracks nel tempo o dopo fabbricazione
Propagazione della frattura può essere intergranulare o transgranulare.
Suscettibilità a tenso-corrosione dipende da:
→ Materiale: Ottone e acciai inossidabili austenitici sono tra i metalli sono altamente
sensibili
→ Presenza e entità di stress residui,
→ Ambiente: mezzi corrosivi come acqua salata o altre sostanze chimiche
•
Per evitare la tenso-corrosione bisogna eliminare stress residui (es. ricottura).
Infragilimento da idrogeno:
•
•
Presenza di idrogeno può ridurre la duttilità e causare grave infragilimento (rottura
prematura) - grave per acciai ad alta resistenza.
Possibili fonti di idrogeno sorgono durante la fusione del metallo, decapaggio e elettrolisi
galvanica, presenza vapore acqueo nell'atmosfera, elettrodi umidi e flussi in saldatura.
Fondamenti sui materiali
24
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Tecnologia Meccanica
Stress residui
Deformazione plasKca non uniforme → tensioni residue.
•
Es. Curvatura di una barra metallica –
→ prima produce distribuzione di stress elastico lineare
→ all'aumentare della sollecitazione esterna fibre esterne
raggiungono snervamento (deformazione permanente).
→ Rimuovendo il momento c'è scarico e recupero elastico pattern sollecitazione residua interna - tensioni residue in
equilibrio statico.
GradienK termici → tensioni residue
•
Es. in raffreddamento dopo colata o stampaggio - espansioni
e contrazioni locali producono deformazione non uniforme.
L'equilibrio tensioni residue interne può essere disturbato
dalla rimozione di uno strato di materiale → deformazione
del pezzo.
Tensioni residue di trazione superficiali sono indesiderate
(abbassano resistenza a fatica e a rottura)
Tensioni residue di compressione in superficie sono
auspicabili (aumentano resistenza a fatica)
Fondamenti sui materiali
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Proprietà tecnologiche dei materiali
Duttilità/Malleabilità: attitudine di un materiale ad essere lavorato a freddo per
deformazione plastica. Duttilità e malleabilità si riferiscono rispettivamente
all’attitudine del materiale ad essere ridotto in fili mediante trazione e in lamine
mediante compressione.
Imbutibilità: attitudine di un materiale a essere deformato a freddo attraverso uno
stampaggio profondo, senza fratture o rotture
Estrudibilità: attitudine di un materiale che, tramite il processo di estrusione,
tende ad acquisire determinate forme, quando viene spinto attraverso una matrice
sagomata
Piegabilità: attitudine dei materiali a subire notevoli deformazioni tramite
piegatura, senza che essi manifestino cricche o cedimenti.
Fusibilità: attitudine di un materiale a prendere una forma ben precisa, mediante
fusione
Saldabilità: attitudine di un materiale a unirsi per fusione con un altro materiale
Truciolabilità: attitudine del materiale a subire lavorazioni, lasciandosi tagliare per
asportazione di truciolo alle macchine utensili
Fondamenti sui materiali
26
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3. Leghe metalliche: struttura e trattamenti
•
Fonti
Kalpakjian S., Schmid S.R., Manufacturing Engineering & Technology, Sixth
Edition, Pearson
Cap.4 “Metal alloys: their structure and strengthening by heat treatment”
Fondamenti sui materiali
27
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Leghe metalliche
Proprietà e comportamento di metalli e leghe in produzione e le prestazioni
finali dipendono da: composizione, struttura, e cronologia di lavorazioni e
trattamenti termici a cui sono stati sottoposti.
Resistenza, durezza, duttilità, tenacità, e resistenza ad usura sono fortemente
influenzati da elementi di lega e processi di trattamento termico.
Es. trattamento termico,
modifica microstrutture
e produce un varietà di
proprietà meccaniche
(formabilità, lavorabilità)
Fondamenti sui materiali
28
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Struttura delle leghe metalliche
Metalli puri hanno proprietà limitate, che possono essere migliorate da
elementi di lega (applicazioni ingegneristiche).
Formazione di leghe consiste in tre forme base:
•
Soluzioni solide: soluto (elemento minore) + solvente (elemento maggiore)
mantengono in solidificazione struttura cristallina del solvente; due tipi:
→ Sostituzionali: soluto e solvente con dimensioni atomi comparabili (15%), struttura
cristallina simile (Es. leghe Ni-Cu);
→ Interstiziali: soluto dimensioni minori del solvente (59%), solvente deve avere più di
un elettrone di valenza. (Es. acciai).
•
Composti intermetallici: atomi di soluto in mezzo agli atomi di solvente; composti
hanno solubilità solida – buona resistenza alte T, corrosione, bassa densità. (Es.
alluminuri Ti3Al, Ni3Al e Fe3Al
Fondamenti sui materiali
29
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Struttura delle leghe metalliche
•
Sistemi a due fasi: fase = porzione distinta e omogenea; ogni fase ha le sue
caratteristiche e proprietà. → Seconda fase ostacola movimento dislocazioni
(↑resistenza, ↓ duHlità rispeMo soluzioni solide).
→ Es. (a) Pb+Cu allo stato fuso: una fase piombo in soluzione solida nel rame + fase di
piombo dispersa; (b) due serie di grani, ognuno con la sua propria composizione e
proprietà
Fondamenti sui materiali
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Solidificazione
Metalli puri
Metalli puri: punto di fusione e congelamento, e solidificazione avviene a
Tcostante
•
metallo fuso nel punto di congelamento (A) - energia del calore latente di
solidificazione è ceduta a Tcostante (A-B), solidificazione è completa e metallo solido
continua raffreddamento a Tamb.
Fondamenti sui materiali
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Solidificazione
Leghe metalliche
Leghe metalliche: solidificano in un intervallo di temperature - inizia quanto T
metallo fuso scende sotto liquidus e si completa quando T raggiunge solidus.
Nel range di solidificazione lega è allo stato pastoso - la sua composizione e lo
stato sono descritti dal diagramma di fase.
Fondamenti sui materiali
32
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Diagrammi di fase
Diagramma di fase (di equilibrio o costituzionale): mette in relazione
temperatura, composizione e fasi di una lega in equilibrio.
Equilibrio = stato del sistema non varia nel tempo.
Costituzionale = relazione tra struttura, composizione e struttura fisica della
lega.
Tipi di diagrammi di fase:
•
•
•
(1) soluzioni solide complete;
(2) eutettici, come ghisa;
(3) euttettoidi, come gli acciai.
Fondamenti sui materiali
33
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Diagrammi di fase
Binario Cu-Ni
Lega rame-nichel
diagramma di fase
binario, perché ci sono
due elementi
50% Cu-50% Ni, comincia
a solidificare T=1313°C,
ed è completa a
T=1249°C.
Tra liquidus e solidus,
T=1288°C, due fasi:
•
•
una solida 42% Cu-58%
Ni,
una liquida del 58% Cu42% Ni.
Fondamenti sui materiali
34
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Diagrammi di fase
Binario Cu-Ni
Lega solidificata è soluzione solida Cu (soluto)
completamente disciolto nel Ni (solvente) –
→ ogni grano ha la stessa composizione,
→ raggi atomici Cu=0.128 nm e Ni=0.125 nm,
→ entrambi CFC.
Le proprietà meccaniche dipendono dalla loro
composizione
•
Esiste una percentuale ottimale di Ni che dà
maggiore resistenza e durezza alla lega.
Fondamenti sui materiali
35
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Diagrammi di fase
Binario Pb-Sn
Lega piombo-stagno: le singole fasi α e β sono soluzioni solide.
Eutettico (easily melted): il punto a più bassa T al quale la lega è ancora
completamente liquida (183°C).
•
Importante per applicazioni
come saldobrasatura, basse
temperature sono desiderabili
per evitare danni termici
durante l'unione
Fondamenti sui materiali
36
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Tecnologia Meccanica
Diagramma ferro-carbonio
Acciai e ghise sono rappresentati dal sistema binario ferro-carbonio.
Commercialmente:
•
•
•
ferro puro contiene fino a 0.008% C,
acciai fino a 2,11% C,
ghise fino a 6,67% C (<4,5% C)
Diagramma di fase ferro-carbonio
è significativo per applicazioni
di ingegneria è fino al 6,67% C,
perché Fe3C è una fase stabile.
Ferro puro fonde a T=1538 °C,
raffreddando forma:
→ 1. ferrite delta
→ 2. austenite
→ 3. ferrite alpha.
Fondamenti sui materiali
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Diagramma ferro-carbonio
Ferrite
•
•
•
Ferrite α, soluzione solida di ferro CCC; solubilità solida massima 0,022% C a 727
°C.
Ferrite δ, forma stabile solo ad altissime temperature e non ha significato in
ingegneria.
Ferrite è morbida e duttile; magnetica per Tamb< T <768°C (temp. di Curie). - Alte
% di Cr, Mn, Ni, Mo, W e Si possono essere contenuti in soluzione solida nel Fe.
Austenite
•
•
In range di T ferro CCC subisce trasformazione polimorfica in CFC - ferro γ o
austenite, solubilità solida massima di 2,11% di C a 1148°C (maggiori posizioni
interstiziali)
Austenite è più densa ed è duttile a T elevate (buona formabilità) - Alte % di Ni
e Mn possono essere contenuti in ferro CFC.
Cementite
•
•
Cementite è 100% carburo di ferro (Fe3C), con un tenore di carbonio di 6,67%.
Cementite è composto intermetallico molto duro e fragile - può includere altri
elementi di lega, come Cr, Mo e Mn.
Martensite
•
•
Austenite velocemente raffreddata CFC si trasforma (per scorrimento) in TCC,
pochi sistemi di scorrimento e C interstiziale - estremamente duro e fragile,
manca tenacità (uso limitato).
Trasformazione di fase causa differenze di densità - austenite-martensite
densità decresce (volume aumenta 4%).
Fondamenti sui materiali
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Diagramma ferro-carbonio
Sviluppo di microstrutture negli acciai
Punto eutettico di ferro (0.77% C) raffreddando
molto lentamente (equilibrio) da 1100°C austenite.
•
•
Austenite si trasforma in ferrite α (CCC) + cementite C in ferrite 0.022% eccesso forma cementite Reazione eutettoidica
Acciaio eutettoidico = perlite, (strati alternati di
ferrite e cementite). Proprietà meccaniche
intermedie.
Sotto eutettico (< 0.77% C), si forma perlite (ferrite
eutettoidica e cementite) + ferrite proeutettoidica
(T>723°C-regione α+γ).
Sopra eutettico (> 0.77% C), si forma perlite (ferrite
e cementite eutettoidica) + cementite
proeutettoidica (T> 723°C - regione α+Fe3C).
Fondamenti sui materiali
perlite
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Ghise
Ghise (2.11%< C <4.5%, Si< 3,5%) classificate
in base alla morfologia di solidificazione
dall'eutettico (T=1154°C):
→ Ghisa grigia
→ Ghisa sferoidale
→ Ghisa bianca
→ Ferro malleabile;
→ Ghisa a grafite compatta.
Ghise sono classificati anche per struttura:
ferritico, perlitica, bonificato, temprata.
Ghisa grigia. grafite in flakes, frattura segue i flakes, ↓ duHlità debole a
trazione, resistente a compressione, smorza vibrazioni (per attrito interno).
Tre tipi di ghisa grigia:
→ ferritico: lamelle di grafite in una matrice alfa-ferrite
→ perlitica: grafite in una matrice di perlite (più resistente)
→ martensitica: grafite in una matrice martensitica (molto dura)
Fondamenti sui materiali
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Tecnologia Meccanica
Ghise
Ghisa sferoidale: grafite in noduli di forma sferoidale;
materiale duttile e resistente agli urti. I flakes di grafite si
modificano in noduli aggiungendo Mg e/o Ce. Può essere
ferritico o perlitico.
Ghisa bianca: molto dura, resistente all'usura, e fragile presenza di grandi % di ferro carburo (no grafite). Ottenuta:
Ghisa sferoidale
mediante raffreddamento rapido ghisa grigia o regolando la
composizione (C e Si % basse). Frattura bianco cristallina.
Ferro malleabile: ottenuto per ricottura (800-900°C) ghisa
bianca in un atmosfera di monossido di carbonio e biossido di
carbonio. Grafite in cluster o rosette in matrice di ferrite o
perlite; duttile, resistenza agli urti.
Ghisa a grafite compatta: grafite in flakes piccoli, sottili e
Ferro malleabile
interconnessi, con superficie ondulata e estremità arrotondate.
Proprietà intermedie tra ghisa grigia e sferoidale.
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Trattamenti termici
Leghe ferrose
Trattamento termico = riscaldamento + raffreddamento a velocità controllata.
Effetti trattamento dipendono da: lega, composizione, microstruttura, tasso di
deformazione a freddo, e velocità di riscaldamento e raffreddamento del
trattamento termico.
Trattamenti che cambiano struttura del grano: recupero, ricristallizzazione, e la
crescita del grano.
Principali trattamenti che cambiano la struttura del sistema ferro-carbonio:
•
•
•
Ricottura
Tempra
Rinvenimento
Fondamenti sui materiali
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Tecnologia Meccanica
Trattamenti termici
Leghe ferrose
Ricottura: trattamento per il ripristino delle proprietà di un materiale lavorato
a freddo o termicamente traMato per ↑ duHlità (formabilità) e ↓ durezza,
per modificare la microstruMura, ↓ tensioni residue. Consta di:
→ I. riscaldamento del pezzo ad una specifica T in un forno (atmosfera inerte o
controllata);
→ 2. mantenimento a tale T per un periodo di tempo,
→ 3. raffreddamento del pezzo, in aria o in forno.
•
•
•
Ricottura completa: ricottura di leghe ferrose - acciaio riscaldato sopra T di
completa austenitizzazione + raffreddamento lento (10°C/h) in forno → struMura
finale perlite grossolana (lamelle spesse e distanziate) - duttile, grani uniformi.
Ricottura subcritica: riscaldo a T< Teutettoide, mantenimento e raffreddamento.
Usata ripristinare duttilità ed eliminare tensioni residue- strutture perlite globulare
fine.
Normalizzazione: riscaldato a T> Taustenitizzazione + raffreddamento in aria ferma ↑resistenza e durezza, ↓ duHlità della ricoMura completa - struttura perlite fine
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Trattamenti termici
Leghe ferrose
Tempra: brusco raffreddamento in acqua o olio dopo riscaldamento sopra la
temperatura di austenizzazione.
•
Elevata velocità di raffreddamento inibisce l'azione diffusiva di ripristino
dell'equilibrio - trasferisce a temperatura ambiente uno stato termodinamicamente
stabile a temperatura maggiore.
Rinvenimento: trattamento termico che segue la tempra (ridurre durezza,
fragilità).
•
Si riscalda a T < Taustenitizzazione sufficiente a ripristinare la diffusività, un
mantenimento per un certo tempo a questa temperatura ed infine un
raffreddamento in un mezzo appropriato fino a temperatura ambiente.
Fondamenti sui materiali
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