9° Leghe metalliche slides

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.

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 %.

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

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)

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%

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.

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.).

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.

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.

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.

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.

)()(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.

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).

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.

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.

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.

ACCIAI INOSSIDABILI (STAINLESS STEELS, INOX)

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).

INOX MARTENSITICI

%C 0,2-1,2%

%Cr 13-18%

Elementi aggiuntivi: S,P (lavorabilit);

Inox austenitici C

Acciai austero-ferritici (duplex)

Cr = 18-28%; Ni= 4-6% e Mo 1,5-3%

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

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.

produzione acciaio liquido

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

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

COLATA CONTINUA

LAMINAZIONE A CALDO ED A FREDDO.

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.

PRODUZIONE ACCIAI INOSSIDABILI

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.

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.

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.

ACCIAI INOX RISOLFORATI

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

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

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

Indurimento per precipitazione: Leghe SERIE 2000/6000/7000

Invecchiamento artificiale leghe di alluminio alto-resistenziali

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 .

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

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

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 .

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.

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

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

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

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)


Scelta e prelievo del campione


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.


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.


MICROSCOPIO OTTICO


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;

LEGA 6061 BARRA LAMINATA A FREDDO

PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE

DEGLI ACCIAI

Ferrite:

grani poligonali di

forma tondeggiante;

aspetto chiaro;

non sembra attaccata

ad ingrandimenti non

troppo elevati.


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.


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.


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.


DEGLI ACCIAI

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.


DEGLI ACCIAI

ACCIAIO INOX FERRITICO AISI 430

Sezione trasversale Sezione longitudinale

Sez.trasv. Sez.long.

8 mm, AISI 430FR (attacco Kallings 2)

Sez.trasv. Sez.long.

AISI 416 (attacco Kallings 2)

AISI 440 C - Matrice martensitica con presenza di carburi

primari e secondari

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