9° leghe metalliche slides
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GLI ELEMENTI NEGLI ACCIAI
Negli acciai, normalmente, oltre al carbonio sono presenti tre
categorie di elementi:
1. Impurezze
2. Aggiunte standard
3. Elementi di lega.
IMPUREZZE.
ZOLFO E FOSFORO. Lo zolfo comporta linsorgere della cosdetta
fragilit a caldo, il fosforo pu comportare fragilit a freddo.
IDROGENO. Lidrogeno sempre e comunque dannoso.
OSSIGENO. E quasi sempre presente sotto forma di ossidi. Poco
dannoso.
AZOTO. Aumenta la resistenza del materiale, diminuendone tenacit e
duttilit; in certi casi viene perci aggiunto di proposito. Lazoto
causa del fenomeno dellinvecchiamento per deformazione, e
quindi deve essere controllato nei materiali che devono subire
deformazione a freddo.
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AGGIUNTE STANDARD.
MANGANESE.
Si trova in tutti gli acciai, con pochissime eccezioni. Il motivo per cui viene
aggiunto la sua capacit di formare solfuri. Tipici tenori 0.3 0.5 % (non
considerato elemento di lega per tenori inferiori all1 %).
MICROALLIGANTI.
Lo scopo principale dei microalliganti (Nb, Ti, Ta) sostanzialmente quello
di limitare laccrescimento del grano. (formazione carburi e nitruri fini stabili
ad alta T). I pi frequenti sono Nb e Ti.
SILICIO E ALLUMINIO.
Servono essenzialmente ad eliminare lossigeno libero (sono utilizzati negli
acciai calmati): Hanno unelevata affinit con lossigeno e formano ossidi
molto fini e altofondenti. Per questi scopi il Si ha tenori allincirca dello 0.3
% e lAl dello 0.06 %.
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ELEMENTI DI LEGA
Laggiunta di elementi di lega agli acciai hanno come fine quello di
incrementarne i limiti resistenziali (sS e sR maggiori) senza
decrementare troppo la tenacit. Questo risultato strettamente legato
ai trattamenti termici prima visti: la presenza degli elementi di lega
permette di realizzare trattamenti termici che altrimenti non sarebbe
possibile realizzare e comunque fanno s che i risultati siano molto pi
soddisfacenti, in particolare per pezzi di elevato spessore. In linea di
massima, quindi, gli elementi di lega migliorano la trattabilit del pezzo.
Gli elementi di lega possono poi ordinarsi in base allAFFINITA PER IL
CARBONIO, ovvero alla loro tendenza a FORMARE CARBURI.
N Co Al Si Fe Mn Cr Mo V Ta Nb Ti
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Primo gruppo: acciai designati in base alle loro caratteristiche meccaniche
(sottogruppo I.1), ed in base allimpiego (sottogruppo I.2). Per questi
acciai non garantita la composizione chimica, ma solo le caratteristiche
meccaniche o propriet particolari che ne determinano limpiego.
Sottogruppo 1.1 Fe 410 Pb acciaio con R = 410 MPa contenente Pb in
bassi tenori;
Sottogruppo 1.2 Fe P 03 acciaio in lamiera sottile per imbutitura, grado di
qualit 03.
Secondo gruppo: acciai designati in base alla loro composizione chimica. Messi in
opera dopo un opportuno trattamento termico che ne esalta alcune caratteristiche.
Due sottogruppi: acciai non legati (II.1) e acciai debolmente legati e acciai legati
(II. 2).
Acciai non legati (II.1) C 40 S acciaio non legato da trattamento termico con
tenore medio di carbonio 0,4 % e con tenore minimo garantito di zolfo.
sottogruppo II.2 :
Acciai debolmente legati (II.2): tenore di ogni elemento di lega < 5 %
18 Ni Cr 16 tenore medio di carbonio 0,18 %, tenore di nichel di circa il 4 % e con
tenore di cromo inferiore e imprecisato.
Acciai legati (II.2): X 10 CrNi 18 8 acciaio legato, con tenore medio di carbonio
0,1 %, tenore di cromo di circa il 18 % e tenore di nichel di circa l8 %.
CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI AL CARBONIO (UNI EU 27/77)
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15
%%
5
%%%
6
%%
CuNiVMoCrMnCCeq
Acciai da Costruzione per uso generale
Impiego in costruzioni civili e a livello di produzione globale sono sicuramente la
categoria di acciai pi importante (80 % produzione totale. Messi in opera senza
trattamenti termici (o, al pi, dopo normalizzazione) e poco costosi. Viene di
norma richiesto limite di snervamento specifico.
Bassa concentrazione di carbonio, solitamente inferiore a 0,15 % a causa di una
caratteristica particolarmente importante per tali acciai: la saldabilit. Durante la saldatura si raggiungono elevate temperature, tali da portare il
materiale in campo austenitico. E fondamentale allora che si limiti la formazione
di martensite durante il raffreddamento, fase troppo fragile per le applicazioni
richieste (WELD DECAY). La formazione di martensite determinata
principalmente dalla chimica del materiale. Si utilizza allora un parametro, detto
carbonio equivalente, il controllo del quale garantisce la saldabilit in
sicurezza del metallo.
< 0,45%
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ACCIAI MICROLEGATI
Una particolare tipologia di tali acciai che sta assumendo recentemente
grande importanza quella degli acciai microlegati, i quali contengono
elementi come Ti, V e Nb che permettono un controllo delle dimensioni
dei grani, promovendo pertanto un tipo di rafforzamento basato su ridotte
dimensioni dei grani.
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Acciai da bonifica
Bonifica = tempra + rinvenimento (550C650C).
Gli acciai da bonifica ( Es: C40) hanno il migliore compromesso tra resistenza
meccanica e tenacit; valori indicativi: sS = 500 1000 MPa e sR = 600 1500 MPa.
Si possono aggiungere certi elementi di lega:
Carbonio: 0,25-0,6 %. Temprabilit e durezza della martensite.
Manganese: sempre presente aumenta la resistenza del materiale (per soluzione
solida), controlla lo zolfo e aumenta la temprabilit dellacciaio.
Cromo (1% 2%): migliora la temprabilit (sposta a destra le curve di Bain).
Molibdeno (0.1 % 0.5 %): riduce il pericolo di fragilit da rinvenimento.
Nichel (0.5 % 4 %): aumenta temprabilit e tenacit, dunque sarebbe bene
aggiungerlo in ogni tipo di acciaio; purtroppo costa molto.
Struttura sorbitica: Fe-a (aciculare) + cementite (sferica).
Gli acciai al carbonio si temprano in acqua o acqua agitata. Gli acciai al C + Cr si
raffreddano in olio, riducendo cos gradienti termici e possibilit di frattura.
Acciai da costruzione e vengono impiegati in tutti i particolari altamente sollecitati
(alberi a gomito, assi, strutture ad alta resistenza etc.).
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Acciai autotempranti
Sono acciai che prendono tempra in aria. Poich laria un mezzo
raffreddante a bassa drasticit (bassa velocit di raffredamento), dobbiamo
spostare a destra le curve TTT per permettere la tempra: questi acciai hanno
in genere quantit elevate di elementi di lega. Un esempio :
34 Ni Cr Mo 16
Il vantaggio di raffreddare in aria, quello di poter temprare pezzi con forma
complicata senza provocare fratture (nei pezzi di forma complicata i
gradienti termici creano tensioni che nei punti angolosi raggiungono livelli
molto alti).
Il riscaldamento di rinvenimento viene fatto in base alle esigenze, seguendo
il solito grafico.
Tali acciai sono caratterizzati da un costo elevato, che ne limita limpiego in
campi ristretti.
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Acciai per molle Elevato carico di snervamento, prossimo al carico di rottura. Non ci si
preoccupa quindi della tenacit.
1. Acciai non legati con lo 0.4 0.8 % di carbonio.
Lacciaio al C viene sottoposto ad un trattamento di patentamento (ricottura
isoterma a 500C).
Successivamente si deforma plasticamente il pezzo in modo da incrudirlo.
Lefficacia del trattamento dipende dallo spessore del pezzo; su un pezzo ad
elevato spessore pu crearsi disparit di temperatura tra cuore e superficie: pi
alto lo spessore pi la perlite grossolana (almeno nel cuore).
Ma lo spessore interviene anche in fase di incrudimento: tanto maggiore lo
spessore, tanto meno lincrudimento arriva al cuore del pezzo. In base allo
spessore sS pu variare dai 3000 MPa ai 1500 MPa. Questo tipo di acciai viene utilizzato anche per realizzare fili ad alta resistenza
(come ad esempio i cavi di una funivia, ecc.)
2. Acciai debolmente legati.
Vengono usati quando lo spessore molto elevato. Tempra e rinvenimento
relativamente basse. Elementi di lega:
Silicio (1.2%2.2%): alza sS a danno della tenacit.
Nichel, Cromo: hanno lo stesso ruolo che negli acciai da bonifica.
Vanadio: aumenta la resistenza.
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Acciai per cuscinetti a rotolamento
Questi materiali devono avere una buona resistenza ad usura da rotolamento,
buona resistenza a fatica e buona tenacit. Il motivo dovuto alla presenza dei
carichi concentrati variabili, che causano rottura per fatica; si possono creare
microcricche superficiali, la cui propagazione porta ad unusura di
delaminazione, ed al distacco di scaglie di materiale; se poi il materiale non
tenace le microcricche si propagano rapidamente portando alla rottura per
fatica. Queste caratteristiche vengono ottenute fornendo unottima qualit al
materiale, ovvero riducendo al minimo le impurezze.
Acciaio tipico di questa famiglia: 100 Cr 6.
Questi materiali sono spesso ottenuti per rifusione sottovuoto: in generale si fa,
come trattamento termico, una tempra con rinvenimento alle basse temperature
per privilegiare la durezza (150200C). Lelevato tenore di cromo impedisce la
lavorabilit dei pezzi; anche con una ricottura completa, la lavorabilit pu
risultare insoddisfacente. In tali casi usuale sottoporre il pezzo anche a
ricottura di sferoidizzazione, che spinge al massimo la lavorabilit.
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Acciai per utensili
Elevato tenore di elementi di lega formatori di carburi per conferire grande durezza
al materiale. Due categorie:
1. acciai per le lavorazioni a freddo (cesoie, punzoni, lime, utensili manuali.
Alta durezza e resistenza allusura fino a150C. Acciai ad alto C con eventuali
modeste aggiunte di Cr, Mn e V. Raggiungono il massimo grado di durezza possibile
(intorno ai 66HRC) degli acciai ma se la temperatura di lavoro dellutensile sale la
durezza diminuisce per il rinvenimento della martensite.
2. Acciai per le lavorazioni a caldo (acciai rapidi) . Elevati tenori di W, Cr e V (in percentuali del 18% W-4% Cr-1% V) con lo 0.8% di C e questi materiali
dopo la tempra martensitica subiscono un rinvenimento a circa 600-650C che
provoca un indurimento di invecchiamento. La struttura che si viene cos a creare
ha elevata resistenza e durezza anche fino ai 500-550C raggiungibili dagli utensili
durante le lavorazioni meccaniche (punte di trapano, utensili da tornio, frese etc.).
A volte in questi acciai viene aggiunto il Co (acciai super-rapidi) per evitare la
formazione di austenite residua durante la tempra che ne comprometterebbe la
durezza.
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)()(33 grafiteCFeCFe a
GHISE
Tenore di carbonio superiore a 2,14 %; in pratica, percentuali di carbonio
comprese fra il 3 ed il 4,5 %.
Temperature di fusione comprese fra 1150 e 1300 C e basso ritiro che
conferiscono una BUONA COLABILITA.
La cementite un composto metastabile sotto 860 C, e sotto certe
circostanze pu dissociarsi a dare origine a ferrite-a e grafite, secondo la
reazione:
La tendenza a formare grafite regolata dalla presenza di elementi di lega
(grafitizzanti o meno), e dalla velocit di raffreddamento. La formazione di
grafite promossa dalla presenza di silicio (elemento grafitizzante) in
concentrazioni maggiori di circa 1 % e da basse velocit di raffreddamento.
Quattro categorie principali:
Ghise bianche
Ghise grigie
Ghise nodulari
Ghise malleabili.
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Le ghise bianche
Per ghise con basso contenuto di silicio e elevate velocit di raffreddamento, la
maggior parte del carbonio si trova sotto forma di cementite invece che di
grafite. La superficie di frattura di queste leghe ha un aspetto bianco, e pertanto
sono state chiamate ghise bianche. Materiale estremamente duro e non
lavorabile alle macchine utensili.
Il suo utilizzo limitato ad applicazioni
che necessitano di superfici
particolarmente resistenti allusura, e
senza richiesta di duttilit (ad esempio
come cilindri di laminazione).
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Le ghise grigie
Contenuto di carbonio fra il 2,5 e il 4 % e silicio fra l1 e il 3 %. Nella maggior
parte delle ghise il carbonio si trova in forma fiocchi (simili ai corn-flakes),
che sono generalmente circondati da una matrice di ferrite-a o di perlite. La
superficie di frattura assume un aspetto grigio. Sono le ghise pi impiegate.
Poco resistente e fragile per sforzi di
trazione, conseguenza della sua
microstruttura.
Presentano un alta capacit di
smorzamento vibrazionale.
Elevata resistenza allusura.
Alta fluidit allo temperatura di
colata, che permette la realizzazione
di pezzi di forma complicata.
basso prezzo.
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Le ghise sferoidali (o duttili)
Aggiungendo piccole quantit di magnesio (Mg) o cerio(Ce) alla composizione
di una ghisa grigia prima della colata, si formano noduli o particelle sferoidali
di grafite. La fase che costituisce la matrice in cui sono immerse le particelle
di grafite perlite oppure ferrite, a seconda del trattamento termico.
Le ghise sferoidali sono pi resistenti e
duttili delle ghise grigie e hanno
caratteristiche meccaniche pi simili a
quelle degli acciai. Per esempio, le
ghise sferoidali a matrice ferritico
hanno una resistenza a trazione
compresa fra 380 e 480 MPa, e un
allungamento percentuale compreso fra
10 e 20 %. Le applicazioni tipiche per
questi materiali includono valvole,
pompe, alberi a gomito, cambi e altre
componenti per automobili.
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Le ghise MALLEABILI Ottenute dalle ghise bianche per riscaldamento a temperature dellordine di
800900C per un prolungato periodo di tempo e in unatmosfera neutra (in
modo da prevenire la formazione di ossidi) per indurre decomposizione
della cementite in grafite. La grafite risulta disposta in forme a rosetta,
circondate da una matrice perlitica o ferritico, a seconda della velocit di
raffreddamento finale.
Microstruttura simile a quella di una
ghisa sferoidale, e questo spiega la
relativa elevata resistenza e la buona
duttilit o malleabilit di questa ghisa.
Le applicazioni principali includono
bielle, ingranaggi di trasmissione,
supporti del differenziale, per lindustria
automobilistica, e ancora flange,
raccordi per tubi, e parti di valvole per
lindustria pesante, come ad esempio
quella ferroviaria o marina.
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ACCIAI INOSSIDABILI (STAINLESS STEELS, INOX)
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INOX FERRITICI %C < 0,1%
%Cr 13-26%
Elementi aggiuntivi: S,P (lavorabilit); Mo (corrosione)
ELI (Extra Low Interstitials): tenori assai bassi di C e N e con aggiunte di Mo,
capaci per questo di resistenze a corrosione paragonabili agli inox austenitici.
(AISI 444, noto anche come lega 18-2 (18 %Cr, 2% Mo).
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INOX MARTENSITICI
%C 0,2-1,2%
%Cr 13-18%
Elementi aggiuntivi: S,P (lavorabilit);
- Inox austenitici C
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Acciai austero-ferritici (duplex)
Cr = 18-28%; Ni= 4-6% e Mo 1,5-3%
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Acciai inox indurenti per precipitazione
(PH, Precipitation Hardening)
A seconda della composizione e del tipo di trattamento termico, si possono avere
acciai PH con struttura: Martensitica, Austenitica, Semi-austenitica (struttura 5-20%
ferrite, una frazione martensitica e il resto austenite).
Ai fini delle diverse strutture possibili essenziale il bilanciamento tra cromo
(alfageno) e Ni (gammageno).
Pi diffusi a matrice martensitica, di maggiore resistenza meccanica. Per questi acciai si
usano di norma le sigle stabilite dai produttori. I PH prodotti dalla ANCO e indicati dalla
sigla 17-4 PH (1.4542)
X5CrNiCuNb16.4) ; Per questo acciaio viene inserito il rame, con tenori intorno al 3,5%.
In altri acciai si possono trovare niobio e spesso titanio. Il trattamento termico a cui
questi acciai vengono assoggettati dipendono dalla struttura di base.
I PH martensitici si rinvengono intorno a 450 C, con formazione di particelle coerenti
(intermetallici titanio-nichel oppure rame-nichel).
I PH austenitici, di cui il 17-10 quello pi rappresentativo, viene indurito con aggiunte di
fosforo oppure, con aggiunte di Ti o Nb. In questo caso si invecchia a temperature un
po pi alte (intorno a 600 C) con formazione di Ni3Ti e Ni3Al.
COMPOSIZIONE CHIMICA INDICATIVA 17-4 PH
C S Nb Cu Mn Cr Ni Mo Si
0.02 0.025 5xC 3.20 0.70 15.5 4.5 0.20 0.35
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Lavorabilit (truciabilit) alle macchine utensili degli inox.
Le lavorazioni per asportazione di truciolo prevedono luso di utensili con spigolo taglient che,
premuto contro il pezzo, esercitano pressioni specifiche tali da rompere la struttura del materiale.
Tre principali modalit di formazione del truciolo:
1 truciolo continuo che scorre senza interruzioni e spesso provoca problemi
di intralcio (materiali duttili);
2 truciolo continuo con formazione tagliente di riporto con incollamento del
materiale incrudito sul tagliente dellutensile. Il riporto periodicamente si distacca e
si riforma, modificando la gometria dellutensile, comportando surriscaldamenti
locali e cattiva finitura superficiale del pezzo;
3 formazione di truciolo discontinuo che si allontana dalla zona di lavoro;
tipico dei materiali fragili e dei materiali a lavorabilit migliorata.
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produzione acciaio liquido
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ALTOFORNO Flusso in controcorrente con CO e CO2 dalla
combustione di aria preriscaldata. Il COKE
brucia con formazione di CO2:
C + O2 CO2 (fornisce il 56% del calore)
Lanidride carbonica reagisce con leccesso di
carbone:
CO2 + C 2CO 170 kJ (24% del calore)
Nella parte alta del forno la carica viene
essiccata e preriscaldata; poi, man mano che
scende allinterno del forno, laumento di
temperatura fa s che il gas eserciti la sua
azione riducente secondo le reazioni:
3 Fe2O3+ CO 2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4+ CO 3 FeO + CO2
FeO+ CO Fe + CO2
PRODUZIONE 1500 TONNELLATE GHISA/g
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Principali reazioni nellaffinazione :
2(FeO)+1/2O2(g) = (Fe2O3)
(Fe2O3) = 2(FeO)+[O]
[Fe] + [O] = (FeO)
[C] + [O] = CO(g)
[Mn] + [O] = (MnO)
[Mn] + (FeO) = (MnO) + [Fe]
[Si] + 2[O] = (SiO2)
2[P] + 5 [O] = (P2O5)
[S] + (CaO) = (CaS) + [O]
[S] + (MnO) = (MnS) + [O]
[S] + (MgO) = (MgS) + [O]
Le parentesi () si riferiscono ad
elementi/composti disciolti nella scoria, le
parentesi [] agli elementi disciolti nel bagno
metallico. Tutte le reazioni di ossidazione
sono esotermiche. L' incremento della
temperatura nel convertitore favorisce la
fusione dei rottami di ferro (introdotti
insieme alla ghisa) e mantiene la scoria
fusa.
CONVERTITORE
AFFINAZIONE GHISA-ACCIAIO
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COLATA CONTINUA
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LAMINAZIONE A CALDO ED A FREDDO.
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IL CICLO A FORNO ELETTRICO (EAF)
Al ciclo integrale, si affianca un
secondo ciclo di produzione
dell'acciaio che si basa sull'acciaieria
elettrica e vede fondamentalmente
nel rottame la propria materia prima.
L'acciaieria elettrica si articola
intorno a tre elementi impiantistici
principali: il forno elettrico, il forno
siviera, i dispositivi di solidificazione
che possono essere la macchina di
colata continua cos come la fossa di
colata.
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PRODUZIONE ACCIAI INOSSIDABILI
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Processi produttivi degli acciai inossidabili. Elaborazione di acciai provenienti da cicli produttivi di base che partono
rispettivamente da minerali ferrosi o da rottami. Nel ciclo da minerale, si
parte dallaltoforno per la produzione della ghisa, si esegue una
defosforazione e si opera con un convertitore con lancia di ossigeno per
produrre lacciaio convenzionale, aggiungendo in questo caso leghe ferro-
cromo e minerale di cromo. Si ottiene un acciaio di composizione
prossima a quella voluta ad eccezione del carbonio ancora a tenori
relativamente elevati. Di qui, due principali processi di elaborazione dellacciaio fuso:
1. VOD (Vacuum Oxigen Decarburization) : ossidazione sotto vuoto dellacciaio fuso, con insufflaggio di ossigeno. Lallontanamento continuo
dellossido di carbonio permette di scendere a tenori di carbonio
dellordine di 0,015 % ed inferiori, senza avere parallelamente ossidazione
del cromo.
2. AOD (Argon Oxigen Decarburization): variante di funzionamento di un convertitore. Si insuffla una miscela di ossigeno e argon allo scopo di
diluire lossido di carbonio che si sviluppa nella massa liquida. E
possibile decarburare lacciaio fino a tenori molto bassi, senza ossidare
sostanzialmente il cromo.
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Gli inox sono tendenzialmente poco lavorabili alle macchine utensili
rispetto agli acciai al carbonio, gli austenitici ancor meno dei
ferritici e martensitici, per le seguenti ragioni:
a) I carichi di rottura degli inox, anche allo stato addolcito, sono sensibilmente superiori
di quelli degli acciai al carbonio nelle medesime condizioni;
b) Il rapporto tra carico di rottura e carico di snervamento pi elevato negli inox che
non negli acciai al carbonio nelle analoghe condizioni di ricottura;
c) La tendenza allincrudimento per deformazione plastica a freddo maggiore per gli
inox e questo comporta una maggior sollecitazione sul tagliente dellutensile;
d) Gli acciai martensitici ad alto carbonio (AISI 440 A/B/C) contengono unalta frazione
di carburi di cromo (assai duri) che provocano rapida usura degli utensili;
e) La conducibilit termica degli inox, in special modo per gli austenitici, minore
rispetto agli acciai al carbonio e questo comporta maggiori surriscaldamenti
dellutensile;
f) Il coefficiente di dilatazione termica degli austenitici superiore a quello degli acciai al
carbonio e c maggior tendenza del pezzo a forzare sullutensile;
g) Il truciolo prodotto risulta sovente continuo e di difficile spezzettamento.
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Per particolari caratteristiche di purezza:
VIM = Vacuum Induction Remelting, con forno a induzione sotto vuoto;
VAR = Vacuum Arc Remelting, rifusione con forno ad arco sotto vuoto;
EBM = Electron Beam Melting, con forno a fascio elettronico;
EBR = Electron Beam Remelting, processo di rifusione a fascio elettronico;
ESR = Electro Slag Remelting,
ESR: processo di rifusione di lingotti di inox ottenuti in modo convenzionale,
qualora si desiderino materiali a bassa densit di inclusioni non metalliche e
di segregazioni. Il procedimento consiste nel rifondere il lingotto, utilizzato
come elettrodo di un normale procedimento ad arco sommerso. La fusione
avviene sotto protezione di una scoria basso fondente ed elettroconduttrice.
Le gocce di acciaio fuso si affinano disponendosi nella sottostante
lingottiera, cos da riformare goccia a goccia il nuovo lingotto.
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ACCIAI INOX RISOLFORATI
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Tab. 3 - DESIGNAZIONE CONVENZIONALE DELLALLUMINIO E
DELLE LEGHE DI ALLUMINIO
Principale elemento di lega Classe secondo la
Alluminium Association
Al ( 99,00 %)
1 xxx
Rame
Manganese
Silicio
Magnesio
Magnesio e Silicio
Zinco
Altri elementi
Serie non usuale
2 xxx
3 xxx
4 xxx
5 xxx
6 xxx
7 xxx
8 xxx
9 xxx
Leghe di alluminio: designazione
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Tab. 4
SIGLE DEGLI STATI METALLURGICI
DELLALLUMINIO E DELLE LEGHE DI ALLUMINIO
Sigla Strato metallurgico
F Grezzo di lavorazione
O Ricotto, ricristallizzato
H xy (z) Incrudito
H 1y (z) Incrudito
H 2y (z) Incrudito e parzialmente ricotto
H 3y (z) Incrudito e stabilizzato
H x 9 (z)
8 (z)
6 (z)
4 (z)
2 (z)
Extra-incrudimento
Massimo incrudimento
di incrudimento
semi-incrudimento
di incrudimento
H xy (z) Grado di controllo della laminazione o combinazione
di propriet meccaniche
W (xxh) Temprato e invecchiato naturalmente (seguito dal
tempo di invecchiamento)
Tx (yy) Trattato termicamente
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Tab. 5
SIGLE DEGLI STATI METALLURGICI
DELLALLUMINIO E DELLE LEGHE DI ALLUMINIO
TRATTATO TERMICAMENTE
Sigla
Stato metallurgico
T1 (yy)
T2 (yy)
T3 (yy)
T4 (yy)
T5 (yy)
T6 (yy)
T7 (yy)
T8 (yy)
T9 (yy)
T10 (yy)
Ricotto e invecchiato naturalmente
Ricotto, incrudito e invecchiato naturalmente
Temprato, incrudito e invecchiato naturalmente
Temprato e invecchiato naturalmente
Ricotto e invecchiato artificialmente
Temprato e invecchiato artificialmente
Temprato e stabilizzato per il controllo della
crescita del grano
Temprato, incrudito e invecchiato artificialmente
Temprato, invecchiato artificialmente e incrudito
Ricotto, incrudito e invecchiato artificialmente
Tx (yy)
Variazioni introdotte nelle condizioni usuali di
lavorazione
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Indurimento per precipitazione: Leghe SERIE 2000/6000/7000
-
Invecchiamento artificiale leghe di alluminio alto-resistenziali
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Variazione della temperatura di invecchiamento artificiale
-
RAME. Per evitare l'infragilimento da H nel rame deossigenato, si aggiunge P.
stando attenti ai tenori residui.
As migliora R a T elevate
Te migliora la lavorabilit
2% Be trattabile termicamente
OTTONI Mediamente contengono dal 10 al 45% Zn e con varie addizioni
originano una vasta gamma di leghe.
Ottoni Monofasici a fino al 37% Zn (in leghe binarie) + 1% Sn Lega Ammiragliato
+ 2% Al Ottone all'Alluminio
+ 1-2% Pb miglioramento lavorabilit
RAME E SUE LEGHE
-
OTTONI a ROSSI.
Sono gli ottoni a pi basso tenore di zinco ( dal 5 al 20 % ) , risultano
facilmente lavorabili a freddo ( la lavorabilit decresce al crescere del
tenore di Zn ) , hanno colore variabile dal rosso al giallo e una
resistenza alla corrosione migliore degli altri ottoni essendo
praticamente immuni ai problemi di dezincificazione e di season
cracking , risultano per pi costosi a causa dellalto contenuto di rame
.
Materiale Composizion
e
Stato R kg / mm2 Rs kg / mm2 A %
Dorato 95 Cu 5 Zn Ricotto 24 7.6 45
Duro 38.5 34.5 5
Commerciale 90 Cu 10 Zn Ricotto 26 8.3 45
Duro 42 37 5
Rosso 85 Cu 15 Zn Ricotto 28.5 9.7 46
Duro 48 39 5
Basso 80 Cu 20 Zn Ricotto 31.5 10.5 48
Duro 51 40 7
-
OTTONI a GIALLI.
Sono leghe contenenti dal 20 al 36 % di Zn ; accoppiano buone caratteristiche
meccaniche a una ottima duttilit prestandosi per lavorazioni plastiche a
freddo e con piccole aggiunte di piombo anche a quelle per asportazione di
truciolo alle macchine utensili .
Questi ottoni sono per soggetti a season cracking e dezincificazione ;
problemi che vengono ridotti con piccole aggiunte di Sn ( 1 % ) o di Al ( 2 % )
. Materiale Composizione Stato R kg / mm2 Rs kg / mm2 A %
Cartridge 70 Cu 30 Zn Ricotto 34 11.5 57
Duro 52.5 43.5 8
Giallo 65 Cu 35 Zn Ricotto 34 11.5 57
Duro 51 41.5 8
Al piombo 65 Cu 34 Zn 1
Pb
Ricotto 34 11.5 54
Duro 51 41.5 7
Ammiragliato 71 Cu 28 Zn 1
Sn
Ricotto 36.5 11.5 65
Duro 67 ----- 4
-
Materiale Composizione Stato R kg / mm2 Rs kg / mm2 A %
Muntz 60 Cu 40 Zn Ricotto 37 14.5 45
Semiduro 48.5 34.5 10
Free-cutting 61.5 Cu 35.5 Zn
3 Pb
Ricotto 34 12.5 53
Semiduro 40 31 25
Navale 60 Cu 39 Zn 1
Sn
Ricotto 40 18.6 45
Semiduro 55.2 39 20
OTTONI a. Contengono dal 35 al 40 % di Zn e hanno di conseguenza una struttura a
temperatura ambiente di tipo bifasico . Sono lavorabili a caldo quando , al di sopra
dei 460 C e mostrano una suscettibilit maggiore degli ottoni a alla dezincificazione
Fra i pi usati il Muntz ( 60 Cu 40 Zn ) che accoppia elevata resistenza e
lavorabilit a caldo e , il Navale ( 60 Cu 39 Zn 1 Sn ) ottimo per la resistenza a
corrosione in ambiente marino .
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BRONZI
BRONZI AL FOSFORO.
Contengono dall1 al 12 % di stagno e mostrano caratteristiche meccaniche e
durezza superiori a quelle del rame accoppiate unottima resistenza alla corrosione in
ambiente marino ; presentano inoltre una migliore resistenza allusura e quindi alla
corrosione erosione e una maggiore opposizione al biofouling .
Caratteristiche meccaniche :
Materiale Composiz. Stato R kg / mm2 Rs kg / mm2 A %
C50500 98.7 Cu 1.3
Sn
Ricotto 27.6 7.6 47
Duro 42 41.4 5
C51000 94.8 Cu 5
Sn 0.2 P
Ricotto 34 14 58
Duro 56 51.5 10
C52100 92 Cu 8 Sn Ricotto 40 --- 65
Duro 64 49.5 10
C52400 90 Cu 10
Sn
Ricotto 45.5 --- 68
Duro 69 --- 13
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BRONZI AL SILICIO.
In queste leghe commerciali il tenore di silicio varia dall1.5 al 3 % e in
genere aggiunto un terzo elemento di lega come ferro , manganese , zinco
o stagno in quantit fra lo 0.25 e l1.25 % . I bronzi al silicio mostrano
caratteristiche meccaniche e resistenza alla corrosione buone e crescenti al
crescere degli elementi di lega mentre la lavorabilit decresce allaumentare
degli alligati. Essendo , per i tenori di silicio usati , presente una sola fase su
questi bronzi non sono possibili trattamenti termici di rafforzamento che pu
essere ottenuto solo per deformazione plastica a freddo . Fra i molti usi di
questi materiali segnaliamo quelli in apparecchiature chimiche resistenti alla
corrosione , in scambiatori e parti di valvole o pompe
Materiale Composiz. Stato R kg / mm2 Rs kg / mm2 A %
C65100 98.5 Cu
1.5 Si
Ricotto 27.5 10.5 50
Duro 48.5 38 12
C65500 97 Cu 3 Si Ricotto 40 15 60
Duro 63.5 38 22
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BRONZI ALLALLUMINIO. Sono leghe rame alluminio apprezzate ed usate per le loro ottime caratteristiche
meccaniche , di resistenza allusura e allossidazione a caldo e di resistenza alla
corrosione . Questultima in particolare dovuta alla formazione superficiale di un
sottile strato protettivo di allumina che se anche asportato si riforma quasi
istantaneamente .
I cuproallumini commerciali possono esibire microstrutture diverse variando il
tenore di alluminio e dosando altri opportuni elementi di lega possibile ottenere
molti tipi di cuproallumini che per semplicit classificheremo come :
Cuproallumini binari monofasici
Cuproallumini binari bifasici
Cuproallumini complessi monofasici
Cuproallumini complessi polifasici
Gli usi dei cuproallumini sono molti e in molti campi ; per quanto riguarda
quelli tipici dellindustria chimica possiamo ricordare gli impieghi per serbatoi o
apparecchiature in contatto con soluzioni acide o saline , per tubi e piastre di
scambiatori o condensatori , per evaporatori , parti di pompe o valvole e tubature
in genere anche in ambiente marino .
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TITANIO E SUE LEGHE INDUSTRIALI
Il Titanio esibisce unottima resistenza a creep ed alla corrosione in ambiente
ossidante, in corrispondenza
Di buoni livelli resistenziali e con peso specifico molto inferiore a quello
dellacciaio (circa 4,5 g/cm3).
Le nuove tecniche di produzione ne hanno diminuito il costo, rendendolo pi
competitivo.
Il Titanio puro polimorfo ed esibisce 2 strutture cristallografiche:
1. TITANIO a , reticolo esagonale compatto, stabile fino a 880 C;
2. TITANIO , reticolo cubico corpo centrato, stabile per T> 880 C
Il Titanio a T>500 C tende ad assorbire ossigeno e azoto e idrogeno e reagisce
con il
Carbonio. E quindi necessario predisporre adeguata protezione. Ottima
resistenza a corrosione e notevoli applicazioni nellindustria chimica. Ottime
RESISTENZE SPECIFICHE e applicazioni nellindustria aerospaziale.
Le leghe industriali utilizzano elementi di lega che possono alzare o abbassare
la temperatura di trasformazione polimorfica --- a e dare un contributo di
rafforzamento per soluzione solida.
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Elementi stabilizzanti la fase a Al, O, N
Elementi stabilizzanti la fase V, Mn, Cr, Fe, Nb, Ta
In base alla struttura stabile a temperatura ambiente, si distinguono in:
LEGHE a Struttura titanio puro. Impiegate allo stato ricotto, hanno eccellenti propriet meccaniche dalle basse temperature fino a 550 C.
Sono duttili e facilmente saldabili.
LEGHE - struttura cubico corpo centrato. Poco usate.
LEGHE a + a struttura bifasica. Possono indurirsi per tempra e
invecchiamento
Tipo struttura %Al %V %Altri R Rs0.2 Impieghi
a 5 - Sn=2,5 900 850 App. industria chimica
a + Mn =8 900 800 Aeronautica
T -250-350 C
a + 6 4 950 850 Aeronautica
T -250-350 C
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MAGNESIO E SUE LEGHE
Il magnesio il pi leggero tra i metalli da costruzione di interesse industriale
(peso specifico
1,74 g/cm3, cio 2/3 di quello dellalluminio). Le caratteristiche meccaniche sono
comunque mediocri e si sono sviluppate quindi opportune leghe. Ha una
struttura esagonale compatta ed quindi poco deformabile a temperatura
ambiente, tanto che si producono componenti per lo pi per fusione seguita
dopo raffreddamento da lavorazione a caldo. Si sono messe a punto
principalmente leghe MAGNESIO-ALLUMINIO, MAGNESIO-ZINCO,
MAGNESIO-Al-Zn.
Sigla UNI %Al %Mn %Zn stato R R0,2 A% Applicazioni
MgAl8,5ZnMn 8,25 0,25 0,65 getto 137 78 2 getti leggeri
TA 235 118 3
MgZn5,5Zr 5,5 +Zr0,7% estruso 294 216 5 buone res,
meccaniche
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SUPERLEGHE PER ALTE TEMPERATURE
Le superleghe offrono eccezionali combinazioni di propriet. In linea di massima possono classificarsi
sulla base dei principali elementi leganti:
1. Leghe a base NICHEL (INCONEL, NIMONIC, HASTELLOY ecc.)
2. Leghe a base cobalto (STELLITI)
3. Leghe a base metalli refrattari (cromo, vanadio, molibdeno, niobio).
Per una lega resistente ad alta temperatura si pu pensare come prima cosa di impiegare un metallo
base con elevato punto di fusione, in lega con elementi in grado di fornire un rafforzamento per
dispersione stabile ad altissima temperatura (precipitati per invecchiamento artificiale o immissione
di particelle dure e stabili per metallurgia delle polveri PM).
LEGHE BASE NICHEL. Queste leghe sono molto impiegate per palettature di turbine a gas e in molte applicazioni dellindustria
chimica e petrolchimica. Hanno grande resistenza in ambienti corrosivi (ad eccezione di quelli
contenenti zolfo) fino a temp. Di 1200-1300 C e ottima resistenza a CREEP. Le LEGHE INCONEL
contengono cromo intorno al 15 % e alcuni tipi Ti e Al (INCONEL 700) per precipitazione indurente
e maggiore resistenza a creep.
%Cr %C %Fe %Al %Ti %Altri
INCONEL 600 15,8 0,04 7,2 - - - X-750 15,0 0,04 6,7 0,8 2,5 Nb=0,85
NIMONIC 115 15,5 0,15 1,0 5,0 4,0 -
HASTELLOY C-22 22,0 0,010 3 W=3,0 ; Mo=13 ; Co=3
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Esercitazione di metallografia
Osservazione e studio dei costituenti strutturali e della microstruttura dei
materiali metallici.
Finalit principali:
Valutazione degli effetti sulla microstruttura di trattamenti termici, termochimici, termomeccanici e di deformazioni plastiche a caldo o a freddo;
Individuazione di difetti quali microvuoti, inclusioni non metalliche (ossidi,
solfuri) o cricche;
studio della correlazione fra microstruttura e caratteristiche meccaniche.
Possiamo dividere lindagine metallografica in due branche principali:
la Macrografia, cio losservazione a basso ingrandimento (1x-10x);
la Micrografia, ovvero losservazione ad ingradimenti pi elevati (da 50x a
1000x, per quanto riguarda il microscopio ottico)
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Esercitazione di metallografia
Scelta e prelievo del campione
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Esercitazione di metallografia
Inglobamento
Si utilizzano solitamente resine acriliche termoindurenti che scaldate a
temperature dellordine dei 150 C e portate in pressione danno origine ad una
reazione di polimerizzazione.
In questo modo si riesce a creare una matrice plastica che ingloba il campione e lo
rende pi maneggevole per le successive operazioni di lucidatura e attacco chimico,
specie se di piccole dimensioni.
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Esercitazione di metallografia
Levigatura e Lucidatura
Si utilizzano carte abrasive al carburo di silicio.
Si parte da carte di granulometria elevata in modo da sgrossare il campione,
successivamente si utilizzano carte sempre pi fini, in modo da diminuire sempre
pi le dimensioni dei solchi lasciati dalle carte.
La fase finale consiste nella lucidatura a specchio della superficie interessata
tramite lutilizzo di un panno su cui depositata della pasta formata da cristalli di
diamante di dimensioni micrometriche.
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Esercitazione di metallografia
MICROSCOPIO OTTICO
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Esercitazione di metallografia
Attacco Metallografico e Osservazione al Microscopio Ottico
Lattacco metallografico
utilizza reagenti chimici
capaci di aggredire in modo
differenziato le diverse
strutture del metallo:
bordi di grano;
fasi diverse;
superfici di separazione fra
fasi diverse;
inclusioni;
precipitati;
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LEGA 6061 BARRA LAMINATA A FREDDO
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PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
Ferrite:
grani poligonali di
forma tondeggiante;
aspetto chiaro;
non sembra attaccata
ad ingrandimenti non
troppo elevati.
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PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
Austenite:
grani poligonali
maggiormente squadrati
rispetto a quelli della
ferrite;
presenza di piani
geminati;
evidenziabile in acciai
inox austenitici, non
una fase stabile a
temperatura ambiente.
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PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI Perlite:
si presenta in noduli
non omogenei formate da
laminette alternate di
ferrite e cementite;
Negli acciai
difficilmente
distinguibile anche con
lausilio del MO, pi
evidente nelle ghise;
Negli acciai ipo- i
noduli di perlite sono
circondati da grani di
ferrite; in quelli iper- da
placche di cementite.
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PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
Martensite:
presenta aspetti
differenti a seconda delle
tipologie di acciai e di
raffreddamento;
In generale si presenta
in forme aciculari: cio
ad aghetti e a placchette.
-
Martensite
Rinvenuta (Sorbite):
E la struttura tipica
degli acciai bonificati;
costituita da ferrite
aciculare e carburi
dispersi;
le dimensioni dei
carburi sono troppo
piccole per essere risolte
al MO.
PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
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Ferrite-Perlite:
struttura tipica degli
acciai ipoeutettoidici
normalizzati;
costituita da noduli di
perlite immersi in una
matrice ferritica;
il MO non in grado
di risolvere la struttura
delle lamelle di perlite,
che appaiono quindi
come grani
uniformemente scuri.
PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
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ACCIAIO INOX FERRITICO AISI 430
Sezione trasversale Sezione longitudinale
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Sez.trasv. Sez.long.
8 mm, AISI 430FR (attacco Kallings 2)
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Sez.trasv. Sez.long.
AISI 416 (attacco Kallings 2)
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AISI 440 C - Matrice martensitica con presenza di carburi
primari e secondari