Scuola di Ingegneria Industriale e dell’Informazione Insegnamento di Chimica Generale 083424 - CCS CHI e MAT Metalli e delle loro Leghe (cap. 12) Prof. Attilio Citterio Dipartimento CMIC “Giulio Natta” http://iscamap.chem.polimi.it/citterio/it/education/general_info/h 2 Tipi di Materiali Metalli e Leghe Ceramici, Vetri, e Vetro-ceramici Polimeri (plastiche), Termoplastici e Termoindurenti Semiconduttori Materiali Compositi Bio-materiali 300,000 Materiali lapidei Beni artistici Compositi – C-epossi 200,000 Resistenza (psi) • • • • • • • • – Kevlarepossi Ceramici –SiC 100,000 –Si3N4 Polimeri – PEEK – Nylon – Polietilene Attilio Citterio –ZrO2 –Al2O3 – Boropoliimide – Cpoliimide – Vetropoliesteri Metalli e Leghe – Leghe Carb. – Acciaio alta resistenza – Lega acciaio – Lega Cu-Be – Lega Nickel – Lega Titanio – Ottone Zn-Cu – Lega Al – Lega Zinco – Piombo 3 Proprietà dei Metalli Opachi Densi Lucenti Forti Spesso alti punti di fusione Malleabili Buoni conduttori di calore Duttili Buoni conduttori di elettricità DUREZZA Rame Nichel Ferro Magnesio Zinco Alluminio Piombo Stagno Cobalto Bismuto FRAGILITÀ Ferro bianco Ferro grigio Acciaio Bismuto Manganese Bronzi Alluminio Ottone Acciaio strut. Zinco Monel Stagno Rame DUTTILITÀ Oro Argento Platino Ferro Nichel Rame Alluminio Tungsteno Zinco Stagno Piombo MALLEABILITÀ Oro Argento Alluminio Rame Stagno Piombo Zinco Ferro RES. CORROSIONE Oro Platino Argento Mercurio Rame Piombo Stagno Nichel Ferro Zinco Magnesio Alluminio *Metalli/leghe elencati in ordine decrescente della proprietà Attilio Citterio 4 Proprietà Fisiche dei Metalli Queste proprietà sono legate alla struttura atomica e alla densità del materiale. Le principali sono: (1) Coefficiente di Espansione Lineare (2) Conducibilità Termica ed Elettrica (3) Suscettività Magnetica (4) Riflettività (5) Densità specifica (6) Punto di Fusione (7) Punto di ebollizione Attilio Citterio 5 Proprietà Fisiche dei Metalli(2) Tutte le proprietà dei metalli derivano dalla struttura cristallina metallica e dai legami metallici. Alta densità legata all’efficiente impaccamento dei centri atomici nel reticolo cristallino Buona conducibilità elettrica e termica legata alla mobilità degli elettroni di valenza nel reticolo cristallino Opacità e lucentezza legate all’abilità degli elettroni di valenza di assorbire e riemettere la luce Punto di fusione Variabile in funzione della tipologia di legame metallico (Hg è liquido a R.T. ma W ha p.f. 3000°C). La fusione si instaura quando i legami metallici sono sopraffatti dal calore applicato. Attilio Citterio 6 Metalli Metalli leggeri IA IIA Metalli pesanti IIIB IVB VB VIB VIIB Gas inerti Non Metalli VIII IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA VII 2 1 He H 1,007 5 4 3 Li 11 Be 19 K 37 Fragili 12 20 21 38 39 56 57 Ca Sc Rb Sr 55 Y Cs Ba La 87 Fr 88 Ra B Alto fondenti Na Mg 22 23 Ti 40 24 42 41 Zr 72 26 43 Nb Mo 73 Hf 25 27 Cr Mn Fe 74 Ta 44 29 30 46 76 77 47 78 Re Os Ir Si 31 48 79 32 8 9 N 15 O 16 P F 17 S 34 33 10 49 80 50 18 35 In 81 Pt Au Hg Sn 82 Tl 52 51 53 Sb Te 84 83 Ne Cl Zn Ga Ge As Se Br Tc Ru Rh Pd Ag Cd 75 W 28 45 14 Al Co Ni Cu 7 C 13 Duttili V 6 Ar 36 Kr 54 I Xe 85 86 Pb Bi Po At Rn 89 Ac Nobili 58 59 Ce Pr 90 91 60 61 62 63 Basso fondenti 64 65 66 67 68 69 70 71 Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 92 Th Pa U 93 94 95 96 97 98 Np Pu Am Cm Bk Cf Attilio Citterio 99 100 101 102 103 Es Fm Md No Lw 7 Struttura Atomica dei Metalli Concetto di “Nube” di elettroni Gli ioni metallici sono tenuti assieme dalla loro mutua attrazione agli elettroni di legame. “Legame Metallico” Eccellente conducibilità elettrica e termica METALLO Energia Soprattutto antileganti Energia Banda Salto di Banda Banda Salto di Banda Soprattutto leganti 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 … 20… ∞ N Origine: la sovrapposizione di Orbitali Atomici nel solido forma bande elet. separate da salti Attilio Citterio DE <<kT ~ 0.025 eV Banda 8 Struttura Cristallina dei Metalli I metalli esistono in uno dei 14 reticoli cristallini a temperatura ambiente. Esempi: Cubico a corpo-centrato (BCC): per es. Cr Cubico a facce-centrate (FCC): per es. Ag, Au, Pd, Co, Cu, Ni Esagonale a impaccamento compatto (HCP): per es. Ti cella unitaria Li Be Na Mg K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Al Attilio Citterio Ge Sn Pb Oro (Au) – Reticolo FCC Attilio Citterio 9 Ferro (Fe), Vanadio (V), Cromo (Cr) – Reticoli BCC Attilio Citterio 10 11 Struttura dei Metalli • Le proprietà fisiche variano lungo direzioni differenti del cristallo ma non si notano normalmente in pezzi di metallo o altri solidi abbastanza grandi per l’uso pratico. • La maggior parte dei solidi sono infatti policristallini (essendo costituiti da un grande numero di singoli cristalli, detti “grani”). • Ciascun grano è orientato più o meno casualmente rispetto a quelli intorno, per cui la variazione nelle proprietà con la direzione del cristallo si media. Attilio Citterio 12 Formazione dei Grani Da uno stato fuso: La crescita dei grani parte dai nuclei di cristallizzazione, e i cristalli crescono l’uno verso l’altro. Quando due o più cristalli collidono, la loro crescita si ferma. Alla fine, l’intero spazio è riempito da cristalli. Ciascun cristallo cresciuto è detto “grano”. I grani vengono a contatto tra loro ai “bordi di grano”. Attilio Citterio Grano Bordo di grano 13 Dimensione del Grano • In generale, minore è la dimensione del grano di metallo, migliori sono le sue proprietà fisiche. • Controllo della Dimensione del Grano Numero di nuclei di cristallizzazione • Più rapidamente si passa dallo stato liquido allo stato solido, più piccoli e più fini saranno i grani. Velocità di cristallizzazione • Se i cristalli si formano più velocemente di quanto fanno i nuclei di cristallizzazione, i grani saranno grossi. • Un lento raffreddamento forma grossi grani. Attilio Citterio 14 Forma del Grano • La forma dei grani può essere influenzata dalla forma del recipiente in cui il metallo solidifica. Recipiente quadrato Attilio Citterio 15 Proprietà Meccaniche 1) Resistenza 1) 2) 3) 8) Fragilità. Resistenza alla trazione Resistenza al taglio Resistenza alla compressione 2) Elasticità. 1) 2) 3) Limite elastico Punto di snervamento Carico di snervamento 3) Modulo di Elasticità 9) Resistenza alla Corrosione 10) Resistenza all’Abrasione 11) Fatica 12) Fatica alla Corrosione 13) Lavorabilità 14) Durezza 4) Duttilità 5) Malleabilità 6) Plasticità 7) Robustezza Attilio Citterio 16 Proprietà Meccaniche dei Metalli Anch’esse un risultato della struttura cristallina metallica e dei legami metallici. Buona duttilità e malleabilità, rispetto ai materiali polimeri e a quelli ceramici abilità dei centri atomici a scorrere uno sull’altro in nuove posizioni all’interno dello stesso reticolo cristallino lungo i piani cristallografici • Duttilità = abilità del metallo ad essere ridotto in fili • Malleabilità = abilità del metallo ad essere ridotto in strati sottili Attilio Citterio 17 Imperfezioni del Reticolo Esistono molti tipi di imperfezioni a vari livelli atomici: Difetti Puntiformi Difetti di Linea (Dislocazioni) Impurezza sostituzionale vacanza Bordi di Grano Difetti Macroscopici auto interstiziale Impurezza interstiziale Questi tipi di difetti sono controllati dalla dimensione degli atomi estranei. L’introduzione di difetti puntiformi altera le dimensioni del reticolo e varia la composizione del metallo costituente ma non cambia la struttura cristallina complessiva dell’atomo costituente. Attilio Citterio 18 Difetti di Linea (Dislocazioni) Nella struttura originaria esiste un piano extra o una linea di atomi. Le dislocazioni agiscono come aree di concentrazione di tensioni e permettono ai piani atomici di “scivolare” l’uno sull’altro. Essi forniscono ai metalli un meccanismo di deformazione a livelli di tensione assai inferiori a quelli predetti dalla teoria. Attilio Citterio 19 Movimenti della Dislocazione Piega Illustrazioni schematiche per lo scivolamento di un cristallo a seguito del movimento di una dislocazione (a) e analogia di spostamento della piega di un tappeto (b) Attilio Citterio 20 Dislocazioni di Taglio/a Vite Sforzo di taglio Dislocazione di taglio Dislocazione a vite Illustrazioni schematiche della creazione di un salto per movimento di dislocazione di taglio (a) o a vite (b) Attilio Citterio 21 Movimenti della Dislocazione • In qualunque modo si impediscono i movimenti delle dislocazioni, il materiale diventa più resistente allo strappo, rendendolo più resistente. • La presenza di altri difetti quali i difetti puntiformi e di linea aiuta a immobilizzare il movimento di queste dislocazioni sotto sforzo. Attilio Citterio Dislocazione a vite 22 Bordi di Grano e Difetti Macroscopici • I bordi di grano sono difetti che hanno energia superiore a quella dei grani e sono più attivi verso i reagenti chimici. • Aiutano a fermare le dislocazioni. • Difetti Macroscopici Buchi, bolle, imperfezioni di superficie, fessure, e impurezze macroscopiche Attilio Citterio Leghe e Principi di Metallurgia. La metallurgia è lo studio dei metalli e delle leghe. 24 Leghe • I metalli puri sono tendenzialmente molli e molti tendono a corrodersi rapidamente. • Per ottimizzare le proprietà, la maggior parte dei metalli comunemente usati sono miscele di due o più elementi metallici (metallo + metallo o metallo + nonmetallo). • Una miscela solida di un metallo con uno o più altri metalli o con uno o più nonmetalli è detta una LEGA. Caratteristiche di una lega: a) N° dei componenti; sistema binario, sistema ternario b) N° delle fasi; sistema omogeneo (una-fase), sistema eterogeneo (fasi distinte) Attilio Citterio 25 Leghe • Se due metalli non sono completamente miscibili allo stato liquido, essi non possono formare alcun tipo di lega. Per es.: Rame + Piombo, Zinco + Piombo • Se una combinazione di due metalli è completamente miscibile allo stato liquido, i due metalli sono in grado di formare una lega. Quando si raffredda la combinazione, si può avere una delle seguenti tre possibilità: 1) una soluzione solida, 2) formazione di un composto intermetallico, o 3) formazione di un eutettico. Attilio Citterio 26 Regole di Hume-Rothery per le Leghe 1. I parametri di reticolo dei due metalli devono essere simili. Stesso tipo di reticolo cristallino (FCC, .. ecc.) 2. La dimensione relativa degli atomi non deve superare il 15-20%. (>15% fasi multiple) 3. Grandi differenze nello stato di valenza precludono la solubilità. 4. L’affinità chimica degli atomi deve esser simile. Un alto grado di affinità chimica forma un composto intermetallico per solidificazione Reticolo FCC Attilio Citterio Curve di Raffreddamento e Diagrammi di Fase 28 Fase e Lega • Una fase è uno stato della materia che è «in qualche modo» distinto dalla materia che lo circonda (diversa composizione chimica). Sistemi con più di una fase sono eterogenei Esempi: • Una miscela di ghiaccio e acqua = 2 fasi • Una miscela di CaO(s), CaCO3(s) e CO2(g) = 3 fasi • La distinzione tra leghe a fase singola e multipla è importante per la forza, la corrosione, la biocompatibilità, e le altre proprietà delle leghe. Attilio Citterio Curve di Raffreddamento: Andamento nel tempo (t) della Temperatura (T) per Sottrazione di Calore Metalli Puri 29 Leghe T T 1 2 6 3 4 5 Solidificazione o intervallo di fusione L L L→S L L Punti di fusione o punto di solidificazione L L L→S L→S L→S L→S L→S S S S S S S t Metallo A Metallo B Attilio Citterio t Leghe A + B 30 Curve di Raffreddamento e Diagramma di Fase 100% 100% Determinazione di un diagramma di fase per analisi termica. A, Si determinano sperimentalmente le curve di raffreddamento di sei leghe di composizioni varie. B, In aggiunta, si graficano le temperature di fusione e le temperature del liquidus e del solidus in funzione della composizione e si ottiene il diagramma di fase. Fonte: Richman M: An Introduction to the Science of Metals, MA, Blasdell, 1967, p. 213) Attilio Citterio 31 Diagramma di Fase Le fasi di una famiglia di leghe di composizione metallica generale sono definite dal diagramma (di Fase) Temperatura-Composizione per quella famiglia di leghe. Temperatura (°C) • bcc fcc hcp Cu Zinco (% molare) Attilio Citterio Zn Classificazione di Sistemi di Leghe 1. Soluzioni Solide 2. Composti Intermetallici 3. Leghe Eutettiche ………………… 33 Soluzioni Solide • Due metalli sono completamente miscibili allo stato liquido, e rimangono completamente dispersi per solidificazione. • LS • Un sistema ad una sola fase (soluzione solida sostituzionale) • Ha sempre un intervallo di possibili composizioni Per es. la fase solida nel sistema rame-oro (Cu-Au) ha un ampio intervallo di composizioni tra 100% Cu e 100% Au. T 2 3 4 5 L L L L L→S L→S L→S L→S S S S S t Attilio Citterio 34 Diagramma di Fase di una Soluzione Solida Tutte le composizioni sopra la linea liquidus sono liquide, e quelle sotto la linea solidus sono solide. Il solido ha solo una fase. Ogni elemento metallico in una lega è un componente separato. Si tratta di sistemi isomorfi che contengono metalli completamente solubili. Attilio Citterio Lega 2 LIQUIDO Temperatura La miscela solido e liquido esiste nell’area tra le due linee. Lega 1 liquidus solidus SOLIDO Metallo A (100%) composizione % Metallo B (100%) Diagramma di Lega Binaria 35 Composti Intermetallici • La fase relativa ha una composizione chimica fissa o uno stretto intervallo di composizioni. Per es. in una lega amalgama, 73.2% Ag e 26.8% Sn Ag3Sn (una fase) Gli atomi di argento e stagno occupano posizioni definite nel reticolo spaziale. Attilio Citterio Diagramma di Fase di un Composto Intermetallico 900 36 L+a 800 600 a 500 B C b 400 L+g a+b TEMPERATURA (°C) 700 300 D b+g 200 100 A g + Sn E 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 COMPOSIZIONE (STAGNO, %) Lega Ag3Sn, 73.2% Ag e 26.8% Sn Attilio Citterio 37 Leghe Eutettiche e Relativo Diagramma di Fase • I metalli sono solubili allo stato liquido, ma si separano in due fasi allo stato solido. L S1 + S2 (= 2 soluzioni solide) Sistema argento-rame Attilio Citterio 1100 D 1000 Liquido A TEMPERATURA (°C) L (soluzione a-solido + soluzione bsolido) La temperatura inferiore a cui ogni composizione di lega è interamente liquida = “Temp. Eutettica” (779.4°C, E) La temperatura eutettica è inferiore alla temperatura di fusione sia dell’Ag che del Cu. Al punto eutettico, non c’è intervallo di solidificazione. (~ metallo puro) Alla composizione eutettica (72% Ag + 28% Cu), le due fasi spesso precipitano come strati molto fini di una fase sull’altra. 900 800 a 700 L+a L+b E G B b a+b 600 500 400 300 C 0 10 20 30 40 50 60 70 COMPOSIZIONE (RAME, %) Composizione Eutettica 80 90 100 38 Sistema Argento-Rame 1100 D 1000 fase ricca Ag Liquido A fase ricca Cu TEMPERATURA (°C) 900 800 a L+a L+b E G b B 700 a+b 600 b + eutettico a+ eutettico 500 400 300 C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 COMPOSIZIONE (RAME, %) Composizione Eutettica strati fini di fase a su fase b Attilio Citterio 39 Esempio Lega Piombo-Stagno Composizione eutettica Alto contenuto in Stagno b + eutettico Microstrutture di due leghe piombo-stagno. A. La lega ha la composizione eutettica 62% Sn-38% Pb. La struttura è composta da strati alternati (lamelle) di soluzione solida α (scura) che è ricca in Pb e di soluzione solida β che è ricca in Sn. × 1280. B, La lega ha un alto contenuto di stagno (73% Sn-25% Pb). Le grosse isole sono fase primaria β che solidifica prima. Esse sono circondate dall’eutettico che solidifica quando si raggiunge la temperatura eutettica. ×560. Attilio Citterio 40 Microstrutture Eutettiche Esiste un certo numero di differenti “morfologie” per le due fasi in una lega binaria eutettica. Di primaria importanza è la minimizzazione dell’area interfacciale tra le fasi. Anche la velocità di raffreddamento può avere un effetto importante. A fianco è una illustrazione schematica di varie microstrutture eutettiche: (a) lamellare, (b) a cilindro, (c) globulare, e (d) aciculare (o ad aghi). Attilio Citterio Come leggere un semplice diagramma di fase? (1) Composizione di Fasi Liquide e Solide a Varie T (2) Quantità di Fasi Liquide e Solide a Varie T Composizione di Fasi Liquide e Solide a Varie Temperature 42 Lega (80%A +20%B) 800 760 Liquido 680 TEMP. (°C) 600 Z x Y 560 C liquido + solido Soluz. 380 540 400 280 200 Quando laraffreddamento temperatura raggiunge i L’ulteriore a 680°C Se una lega di 80%A e 20%B è fusa ilraffreddata, solido il liquido forma un solido èdi80%A composizione e560°C, quindi essae rimane contiene 40%A; 540°C non 90%A efino 10%B e sotto un liquido di punto liquida a 760°C, a iquesto liquido e il 60%A solido 80%A.a composizione eè 40%B. ilc’è solido (97%A, 3%B) inizia precipitare. A B Solido Soluz. D 0 B 0% 20% A 100% 80% 40% 60% 60% 40% Composizione delle fasi Liquida e Solida a varie temperature per il sistema di lega AB 80% 20% 100% 0% COMPOSIZIONE Attilio Citterio Temperatura (°C) 80% A e 20% B Liquido Solido >760 80% A Nessuno 760 80% A 97% A 680 60% A 90% A 560 40% A 80% A <540 Nessuno 80% A Quantità di Fasi Liquide e Solide a Varie Temperature Le quantità relative delle due fasi nella regione liquido-solido si possono determinare a una data temperatura dalla regola della leva inversa. 60% A e 40% B • Liquido = XY/XZ • Solido = YZ/XZ A 760 Liquido 680 600 TEMP. (°C) A 560°C per composizione 800 43 Z x Y 560 C liquido + solido Soluz. 380 540 400 280 200 B Solido Soluz. D 0 B 0% 20% A 100% 80% 40% 60% 60% 40% 80% 20% COMPOSIZIONE Attilio Citterio 100% 0% 44 Esempio: Sistema Argento-Palladio 1600 1500 Liquido TEMPERATURA (°C) 1400 B 1300 *D * 1200 1100 1000 Solido 900 800 0 10 20 30 40 50 60 70 COMPOSIZIONE (Palladio, %) Attilio Citterio 80 90 100 Microstruttura delle Leghe Microstruttura Cast Microstruttura Wrought Ricristallizzazione e Crescita dei Grani 46 Microstruttura Cast • I grani sono comunemente visibili. • Dimensione dei grani velocità di raffreddamento (velocità alta grani piccoli) • Le leghe a grana fine (“equiassili” = uniformi in dimensione e forma) sono generalmente più desiderabili per applicazioni pratiche proprietà più uniformi. Attilio Citterio 47 Microstruttura Battuta • Lingotti di Metallo lavorazione caldo/freddo (laminazione, pressatura o trafilatura) producono severe deformazioni meccaniche nel metallo Per es. fili e bande odontoiatriche • I grani sono spezzati, rimescolati, e allungati per sviluppare una struttura fibrosa. • In generale, le proprietà meccaniche sono superiori a quelle della stessa lega cast. Attilio Citterio 48 Ricristallizzazione e Crescita dei Grani • La ricomparsa dei grani o della struttura cristallina quando scaldati o ricotti (normalmente più ovvia nella massa battuta). • Il grado di ricristallizzazione è correlato con: Composizione della lega e trattamento meccanico Temperatura e durata dell’operazione di riscaldamento Attilio Citterio 49 Microstruttura delle Leghe vista gross. microstruttura cristallo A. la microstruttura fibrosa e le righe indicano sforzi residui. B. Riscaldamenti minimi lasciano intatta la struttura fibrosa ma riducono gli sforzi. Il reticolo rimane distorto. C. La ricottura con più calore consente di alleviare la deformazione del reticolo. D e E. l’ulteriore riscaldamento causa una perdita della struttura fibrosa e la crescita dei grani, che aumentano di dimensione con l’accresciuta fornitura di calore. Attilio Citterio Proprietà delle Leghe 51 Struttura di Fase vs. Proprietà • La robustezza di un materiale che esiste in una struttura bifasica è normalmente superiore a quello di una struttura monofase. Attilio Citterio 52 Leghe a Soluzione Solida • Spesso possiedono maggiore resistenza e durezza e una duttilità inferiore a quelle dei due metalli puri. Gli atomi leganti sono assorbiti nella dislocazione, così prevenendo il movimento della dislocazione. • Possiedono intervalli di fusione e fondono sempre sotto il punto di fusione del metallo più alto-fondente. • Presentano maggiore resistenza alla corrosione delle leghe multi-fasi, e in certi casi maggiore del metallo puro (per es. Cr + Fe acciaio). Attilio Citterio 53 Leghe Eutettiche • Sono normalmente più dure e forti dei metalli di partenza e sono spesso molto fragili. • Posseggono un punto di fusione netto alla composizione eutettica. • Spesso hanno bassa resistenza alla corrosione L’azione galvanica fra le due fasi ad un livello microscopico può accelerare la corrosione. Attilio Citterio 54 Composti Intermetallici • Sono normalmente molto duri e fragili. • Le proprietà raramente assomigliano a quelle dei metalli costituenti. Per es. Ag2Hg3 nell’amalgama dentale ha proprietà completamente differenti da quelle dell’argento o mercurio puro. Attilio Citterio 55 Rafforzamento dei Metalli e delle Leghe • Principio: l’aumentata interazione delle dislocazioni fa aumentare la robustezza dei materiali. (1) Alterazioni della dimensione dei grani • Grani piccoli ridotta duttilità ma aumento della robustezza, tenacità e pulibilità. Si può raggiungere mediante: – Quenching (veloce raffreddamento) – Uso di agenti di nucleazione – Uso di raffinatori di grani per es. Ir facilita la nucleazione (senza sacrificare la duttilità) – Deformazione plastica (lavorazione a freddo) (2) Lavorazione a freddo • Indurimento per lavorazione o per sforzo: la laminazione e la pressatura deformano meccanicamente la lega • La forma del grano varia dall’equiassali a lungo e stretto. • Aumenta durezza e resa sotto sforzo ma anche la reattività chimica • Diminuisce la duttilità e la resistenza alla corrosione • L’effetto dannoso della lavorazione a freddo si può rimuovere con trattamenti termici, ricristallizzazione e crescita dei grani. Attilio Citterio 56 Rafforzamento dei Metalli e delle Leghe (3) Ricottura • Riscaldando la lega a temperature sufficientemente alte da alterare le dimensioni dei grani (1/3 - 1/2 della temperatura di fusione) – Ricristallizzazione e crescita dei grani – I grani si convertono da lunghi e stretti a equiassali (convertono il risultato della lavorazione a freddo) (4) Indurimento soluto • L’aggiunta di soluto o impurezze atomiche che interagiranno con le dislocazioni. Attilio Citterio 57 0.5% C 1540°C Ferro d bcc a0=2.39 Å 0.10% C 0.18% C Il Diagramma di Fase Ferro-Carburo di Ferro d+L g+d 1 2 4 5 6 7 Liquido L 1492°C 1401°C Ferro g fcc a0=3.63 Å 3 g g g+L g Fe3C +L 1130°C Austenite g 906°C 2%C 4.3 % C Austenite g + Ledebunite + Cementite Fe3C + Ledebunite g+a 0 Fe 723°C Cementite + Perlite 1 2 Acciai Attilio Citterio Cementite Fe3C 3 4 Ghise Fe3C 6.67% C Ferrite + Perlite 0.8 % C Ledeburite Eutettoide 0.025 % C Perlite Eutettoide Ferro a bcc a0=2.86 Å 5 6 7 % in peso C 58 Rafforzamento dei Metalli e delle Leghe (5) Precipitazione o indurimento con l’età Si basa sull’abilità di una lega di esser Quando scaldate a T < punto di fusione, avviene diffusione degli atomi estranei generando un reticolo molto forte che mostra proprietà meccaniche migliori. Temperatura convertita da una singola struttura di fase solida a una che mostra due fasi. Velocità e lunghezza dell’invecchia- mento (tempo e temperatura) si possono manipolare per creare materiali con la combinazione desiderata di proprietà. Le interazioni tra dislocazioni e precipitati producono maggiore resistenza e durezza ma duttilità moderata. Attilio Citterio liquidus Liquido + Solido solidus Struttura Bi-fasica Metallo C (100%) composizione % Metallo D (100%)
