TECNOLOGIA MECCANICA. Parte 4

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1 TECNOLOGIA MECCANICA Parte 4

2 Stru%ura dei materiali metallici Il legame metallico

3 Il legame metallico Stru%ura dei materiali metallici Il legame metallico Legame ad elettroni delocalizzati Stru%ura Cristallina dei metalli Alta conducibilità elettrica Alta conducibilità termica iversità degli Studi di Perugia 2

4 Lucidi di Tecnologia Meccanica Stru%ura dei materiali metallici Struttura dei materiali metallici Stru%ura Cristallina dei metalli La struttura dei metalli Cristallo Aggregato uniforme di celle Cella Gruppo di atomi sistemati nello spazio secondo un reticolo Reticolo schema geometrico di disposizione degli atomi all interno di una cella Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 3

5 Stru%ura dei materiali metallici Lucidi di Tecnologia Meccanica Struttura dei materiali metallici Tipologie di re6colo più comuni nei metalli Cubico a corpo centrato (BCC Body Centered Cubic) Tipologie di reticolo Cubico a facce centrate (FCC Face Centered Cubic) Esagonale compatto (HCP Hexagonal Close Packed) Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 4

6 Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia Stru%ura dei materiali metallici Lucidi di Tecnologia Meccanica Struttura dei materiali metallici La struttura macroscopica dei metalli Stru%ura a livello macroscopico Metalli monocristallini Un materiale metallico può essere costituito da un solo cristallo molto accresciuto Metalli policristallini Un materiale metallico può essere costituito da più cristalli, tutti caratterizzati da uno stesso reticolo, ma ciascuno con differente orientamento.

7 Lucidi di Tecnologia Meccanica Stru%ura dei materiali metallici Leghe metalliche Leghe metalliche Struttura dei materiali metallici Metallo puro: Lega metallica: Lega binaria: un solo tipo di atomo (elemento) presente almeno un elemento è un metallo due elementi almeno uno è un metallo Lega binaria = solvente + soluto Elemento presente in maggior quantità Elemento presente in minore quantità Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 6

8 Stru%ura dei materiali metallici Leghe binarie Struttura delle leghe binarie (I) Soluzioni solide Mantengono la struttura cristallina del solvente Leghe binarie Composti intermetallici Perdono la struttura cristallina del solvente Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 7

9 Stru%ura dei materiali metallici Lucidi di Tecnologia Meccanica Struttura dei materiali metallici Leghe binarie Soluzioni solide Mantengono la struttura cristallina del solvente Struttura delle leghe binarie (II) Soluzioni di sostituzione Alcuni atomi di soluto rimpiazzano gli atomi del solvente in alcuni punti del reticolo (solo per atomi simili esempio: ottone= rame+zinco) Sostituzione ordinata Sostituzione disordinata Soluzioni interstiziali Alcuni atomi del soluto si inseriscono negli interstizi del reticolo (atomi del soluto molto più piccoli esempio: acciaio: ferro + carbonio) Soluzione interstiziale Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 8

10 Stru%ura dei materiali metallici Leghe binarie La lega binaria, organizzata secondo una delle stru>ure elencate in precendenza, una fase solida macroscopicamente omogenea). Per via della Lucidi solubilita di Tecnologia limitata Meccanica del soluto, in genere nella lega Struttura coesistono dei materiali almeno metallici due fasi solide. Le diverse fasi Struttura solide possono formare delle grani leghe oppure binarie coesistere (IV) all interno di ciascun grano. Fase 1 Fase 2 Fase 1 Fase 2 Esempio Due fasi all interno di ciascun grano Esempio Una fase all interno di ciascun grano

11 Stru%ura dei materiali metallici Leghe FerroCarbonio (Diagramma di stato FeC)

12 Tra%amen6 termici degli acciai DIAGRAMMA FERRO CARBONIO IN BREVE Il ferro allo stato solido presenta tre forme allotropiche: ferro α: stru>ura cristallina cubica a corpo centrato (CCC o bcc) con costante di cella 2.86 Å, stabile fino a 912 C. ferro γ: stru>ura cristallina cubica a facce centrate (CFC o fcc) con costante di cella 3.65 Å, stabile tra 912 C e 1394 C. ferro δ: stru>ura cristallina cubica a corpo centrato (CCC o bcc) con costante di cella 2.93 Å, stabile tra 1394 C e 1538 C (temperatura di fusione). Queste tre forme allotropiche del ferro sono in grado, in misura diversa, di dar luogo a soluzioni solide con il carbonio, oltre che combinarsi con questo per formare la cemen@te.

13 Stru%ura dei materiali metallici ecnologia Meccanica Lucidi di Tecnologia Meccanica Leghe FerroCarbonio (Diagramma di stato FeC) Leghe ferro carbonioleghe ferro carbon Fasi solide del ferro quasi-puro Diagramma ferro-carbonio Ferrite Soluzione solida interstiziale di C in reticolo Fe (BCC) Instabile, esiste solo alle alte temperature. Austenite (Ferro ) Soluzione solida interstiziale di C in reticolo Fe (FCC) Solubilità di C di due ordini di grandezza superiore alla ferrite Più densa della ferrite, molto duttile ad elevate temperature Importante nei trattamenti termici (C max : 2.11%) Ferrite Soluzione solida interstiziale di C in reticolo Fe (BCC) Esiste anche a temperatura ambiente. Ha proprietà magnetiche. C in piccole quantità, ciononostante una sua piccola variazione altera di molto le proprietà del materiale. Abbastanza morbida e duttile (C max : 0.022%) Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 3

14 Lucidi di Tecnologia Meccanica Stru%ura dei materiali metallici Lucidi di Tecnologia Meccanica Leghe FerroCarbonio (Diagramma di stato FeC) Ferrite e Austenite Cementite Leghe ferro carboni Leghe ferro carbonio Lucidi di Tecnologia Meccanica Cementite (Fe 3 C) Composto intermetallico di C in Fe Esiste anche a temperatura ambiente. Duro e fragile. (C: 6.67%) Leghe ferro carbon Cementite Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 4 Cementite (Fe 3 C) Composto intermetallico di C in Fe Esiste anche a temperatura ambiente. Duro e fragile. (C: 6.67%)

15 Tra%amen6 termici degli acciai DIAGRAMMA FERRO CARBONIO IN BREVE Nel diagramma di stato ferrocarbonio vi sono tre trasformazioni (ovvero le cui condizioni alle quali avvengono non possono essere variate, nel nostro caso la temperatura e la composizione): Eute`ca, che avviene a 1147 C e 4,3% di carbonio schema@zzata nel seguente modo: Liquido austenite + cemen@te Perite`ca, che avviene 1495 C e 0,17% di carbonio schema@zzata nel seguente modo: Liquido + ferro δ austenite Eute>oidica, che avviene a 727 C e con 0,77% di carbonio schema@zzata nel seguente modo: Austenite ferrite α + cemen@te.

16 Stru%ura dei materiali metallici Lucidi di Tecnologia Meccanica Gli acciai Contenuto di carbonio < 2,11% Acciai (C < 2.11%) Acciai Leghe ferro carbonio Punto eutettoide (C = 0.77%) Raffreddamento lento: Austenite (una fase solida, FCC) Il ferro passa a BCC. Parte del carbonio va in soluzione solida con il ferro e forma Ferrite. La solubilità è limitata (0.022%) Il carbonio in eccesso si lega al ferro per formare Cementite (Fe 3 C) Ferrite e Cementite formano una miscela di fasi solide: perlite Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 6

17 Stru%ura dei materiali metallici ucidi di Tecnologia Meccanica Leghe ferro carbonio Gli acciai Contenuto di carbonio < 2,11% Perlite Matrice di ferrite (morbida e malleabile) Lamelle 1 di cementite (dura e fragile) 1 La forma dipende dalla velocità di raffreddamento: lamelle raffreddamento lento. acoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 7

18 Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 8 Stru%ura dei materiali metallici Lucidi di Tecnologia Meccanica Leghe ferro carbonio Proporzioni delle fasi solide negli acciai Gli acciai Contenuto di carbonio < 2,11% C<0.77% C=0.77% C>0.77% Perlite + Ferrite in eccesso Perlite Perlite + Cementite in eccesso

19 Lucidi di Tecnologia Meccanica Stru%ura Lucidi di Tecnologia dei materiali Meccanica metallici Ghise Ghise Le ghise Contenuto di C tra 2,11% e 4,5% Ghise Ghise (2.11% (2.11% < < C C < < 4.5%) 4.5%) Leghe ferro carbonio Leghe ferro carbonio Temperature di fusione Temperature di fusion più basse rispetto agli più basse rispetto agli acciai: preferibili nei acciai: preferibili nei processi di fusione processi di fusione Il carbonio può essere presente Il carbonio come può cementite, essere come presente grafite come (vedi cementite, figura), oppure come misto grafite (vedi figura) cementite+grafite. oppure misto cementite+grafite. Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 15 Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 15

20 Lucidi di Tecnologia Meccanica Stru%ura dei materiali metallici Le ghise Contenuto di C tra 2,11% e 4,5% Cementite Durissima Grafite o cementite? Cementite Ghisa bianca Difficilmente lavorabile alle macchine utensili Destinata a prodotti resistenti all abrasione Grafite Forma più comune Ghisa grigia Lucidi di Tecnologia Meccanica Facilmente lavorabile alle macchine utensili Lucidi di Tecnologia Meccanica Leghe ferro carbonio Grafite o cementite? Normalmente impiegata nella produzione di getti per organi meccanici Resistenza, durezza, fragilità: Scorrevolezza, lavorabilità: Ghisa bianca Durissima Difficilmente lavorabile alle macchine utensili Destinata a prodotti resistenti all abrasione Grafite Ghisa grigia Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia Grafite Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 16 Leghe ferro carb Forma più comune Facilmente lavorabile alle macchine utensili Normalmente impiegata nella produzione di getti per organi meccanici Grafitizzazione Resistenza, durezza, fragilità: Cementite Scorrevolezza, lavorabilità: Leghe ferro carbonio Il carbonio si trova normalmente allo stato di cementite (Fe Cementite 3 C). La cementite è metastabile, ovvero tende a decomporsi, ma il processo è troppo lento. La grafitizzazione può essere controllata: -operando sulla velocitàdi raffreddamento - usando agenti grafitizzanti (e.g. Silicio > 2%) Grafite

21 Stru%ura dei materiali metallici i di ghise Leghe ferro carbonio Tipi di ghise Ghisa grigia per gej Ghisa grigia per getti Principali tip Grafite a lamelle. La grafite è rigida e funge da accumulatore di tensione, essendo anche fragile costituisce il punto debole del materiale. Il materiale tende a rompersi con facilità lungo le lamelle. Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 18

22 Stru%ura dei materiali metallici pi di ghise Tipi di ghise Ghisa sferoidale Leghe ferro carbonio Principali tip Ghisa sferoidale (o nodulare) Ghisa grigia con grafite a noduli rotondeggianti. Migliori proprietà meccaniche rispetto alle lamelle. Si ottiene artificialmente introducendo altri elementi leganti (e.g. magnesio) che, nella grafitizzazione, favoriscono la formazione di noduli al posto delle lamelle. Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia a 19

23 Stru%ura dei materiali metallici Lucidi di Tecnologia Meccanica Tipi di ghise Ghisa malleabile Principali tipi di ghise Leghe ferro carbonio Ghise malleabili Ghise bianche sottoposte a trattamento termico (ricottura di malleabilizzazione) per migliorarne la deformabilità. Il trattamento termico grafitizza il carbonio. Ghise malleabili a cuore bianco Trattamento termico in atmosfera decarburante (ossido di ferro). L ossigeno estrae il carbonio dalla superficie e aggiunge ferro. Struttura disomogenea: - In superficie: ferrite - All interno: perlite, ferrite, grafite Ghise malleabili a cuore nero Trattamento termico in atmosfera neutra. La cementite si scinde originando flocculi di grafite in matrice ferritica. Ghise malleabili perlitiche Trattamento termico in atmosfera neutra. La cementite si scinde originando flocculi di grafite in matrice perlitica.

24 Stru%ura dei materiali metallici ali tipi di ghise Tipi di ghise Ghisa malleabile Leghe ferro carbonio Lucidi di Tecnologia Meccanica Principali t Esempio: ghisa malleabile a cuore nero i di Perugia 21

25 Lucidi di Tecnologia Meccanica Stru%ura dei materiali metallici Leghe ferro carbonio Elementi fondamentali ed impurità nelle ghise Elemen6 e impurità nelle ghise Elementi fondamentali (Ferro, carbonio, silicio, manganese) Silicio Effetto grafitizzante - dissocia la cementite: Manganese Impurità Fe 3 C 3Fe + C Effetto opposto al silicio, stabilizza la cementite (0,3% - 1%) Fosforo Zolfo Conferisce fluidità alla ghisa nei getti ornamentali (e.g. termosifoni), ma peggiora proprietà meccaniche e lavorabilità Peggiora proprietàmeccaniche e lavorabilità Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Perugia 22

26 Tra%amen6 termici degli acciai Il tra>amento termico indica una serie di operazioni mediante le quali un metallo o una lega vengono assogge>a@, al di so>o della temperatura di fusione ed eventualmente anche in ambien@ di natura chimica determinata, a uno o più cicli termici (riscaldamento, permanenza in temperatura, raffreddamento) con condizioni ben precise in termini di velocità e di temperature, nell intento di impar@re determinate proprietà. I tra>amen@ termici sono possibili perché i metalli in generale e gli acciai in par@colare si presentano so>o diverse forme a seconda delle temperature in cui si trovano e delle percentuali degli elemen@ in lega (C nel caso specifico dell acciaio.) Alla base dei tra>amen@ termici degli acciai ci sono quindi le diverse fasi presen@ nel diagramma ferrocarbonio

27 Tra%amen6 termici degli acciai TEMPRA DIRETTA Ciclo termico da: Riscaldamento alla temperatura di Mantenimento per un tempo adeguato alla dimensione del pezzo. In generale per acciai al carbonio il tempo va da 2 a 10 ore e si può s@mare con una proporzione 15 min ogni25 mm di spessore. Raffreddamento ad una velocità superiore alla velocità cri@ca di tempra Al termine del ciclo si ha una stru>ura martensi@ca non o>enibile a basse velocità di raffreddamento

28 Tra%amen6 termici degli acciai TEMPRA DIRETTA Durante la tempra dire>a si possono avere delle tensioni residue dovute a: Contrazione termica dell acciaio Differenza di temperatura tra cuore e superficie Aumento di volume che accompagna la trasformazione martensi@ca Queste tensioni possono causare deformazioni o anche ro>ure del pezzo (se la tempra non è eseguita con i corre` parametri di temperature e velocità di raffreddamento in funzione di dimensioni e tenore di carbonio). TEMPRA TERMALE O SCALARE Il ciclo termico di questo tra>amento è composto da: Riscaldamento alla temperatura di Austeni@zzazione Adeguata permanenza a temperatura Raffreddamento veloce (superiore alla velocità cri@ca di tempra) fino ad una temperatura prossima ad Ms (rilevabile dalle curve TTT o calcolabile empiricamente dalla formula di Carapella) Ms = %C33%Mn30%Cr16%Ni10(%Si+%Mo+%W)

29 Tra%amen6 termici degli acciai TEMPRA TERMALE O SCALARE Permanenza a tale temperatura fino a raggiungere l equilibrio termico nel pezzo senza superare la curva di inizio trasformazione Raffreddamento per consen@re la formazione della martensite Questo tra>amento causa minori tensioni della tempra dire>a e quindi minori deformazioni nel pezzo.

30 Tra%amen6 termici degli acciai TEMPRA ISOTERMICA O INTERMEDIA O BAINITICA Riscaldamento alla temperatura di Austeni@zzazione Adeguata permanenza a temperatura Raffreddamento veloce (superiore alla velocità cri@ca di tempra) fino ad una temperatura prossima ad Ms Permanenza a tale temperatura per un tempo tale da consen@re la trasformazione totale o parziale dell Austenite in Bainite. Raffreddamento tale da o>enere una stru>ura formata da sola Bainite (conversione totale) o Bainite e Martensite (conversione parziale)

31 Tra%amen6 termici degli acciai TEMPRA DI AUSTENITIZZAZIONE O SULUBILIZZAZIONE Questo tra>amento ha lo scopo di mantenere la stru>ura Austeni@ca fino a temperatura ambiente Riscaldamento alla temperatura di Austeni@zzazione Adeguata permanenza a temperatura Raffreddamento veloce (superiore alla velocità cri@ca di tempra) fino ad una temperatura ambiente ma che per di acciai u@lizza@ in questo tra>amento è superiore ad Ms

32 Tra%amen6 termici degli acciai RINVENIMENTO Come de>o in precedenza, pezzi sopra>u>o con tempra dire>a possono presentare delle tensioni residue che spesso è necessario eliminare. Il tra>amento di Rinvenimento consente di eliminare queste tensioni. Ciclo termico: Riscaldamento ad una temperatura inferiore alla temperatura di Il valore esa>o dipende di acciaio e dalle dimensioni Permanenza adeguata a questa temperatura. Anche in questo caso il tempo dipende di acciaio e dalle dimensioni Raffreddamento lento o rapido alla temperatura ambiente a seconda di acciaio. Il raffreddamento rapido si necessita per quelle leghe che mostrano il fenomeno di infragilimento da rinvenimento e sono quelle che contengono Si, Mn ed eleva@ contenu@ di Cr e di Ni. In ques@ acciai infa` si verifica la precipitazione di compos@ che causano infragilimento nell intervallo C. L infragilimento da rinvenimento si può evitare con i seguen@ metodi: Aggiungere piccole dosi di Mo in lega Eseguire il rinvenimento al di so>o della temperatura di precipitazione Il rinvenimento a basse temperature prende nome di rinvenimento di distensione

33 Tra%amen6 termici degli acciai BONIFICA (TF) La bonifica è data dalla combinazione di Tempra e Rinvenimento ad alta temperatura, viene eseguita su acciai par@colari de` da Bonifica. BONIFICA ISOTERMA Riscaldamento alla temperatura di Austeni@zzazione Adeguata permanenza a temperatura Raffreddamento veloce (superiore alla velocità cri@ca di tempra) fino ad una temperatura molto più elevata di Ms Permanenza a tale temperatura per un tempo tale da consen@re la trasformazione totale dell Austenite in Bainite. Raffreddamento Conferisce buona durezza e tenacità allo stesso tempo

34 Tra%amen6 termici degli acciai RICOTTURA COMPLETA (TC) La rico>ura si esegue con questo ciclo: Riscaldamento alla temperatura di Adeguata permanenza a temperatura Raffreddamento lento fino alla temperatura ambiente Se si parte da un acciaio eute>oide la stru>ura finale è composta da perlite lamellare uniforme Se si parte da un acciaio ipoeute>oide la stru>ura finale è composta da ferrite e perlite lamellare grossolana. Tale tra>amento favorisce la lavorabilità per deformazione plas@ca a freddo di acciai a basso tenore di C. Non facilita la lavorabilità alle macchine utensili a causa di un eccessivo addolcimento. Facilita invece la lavorabilità alle macchine utensili degli acciai da bonifica. La rico>ura è stre>amente necessaria per prodo` greggi di fusione nei quali occorre eliminare le for@ eterogeneità stru>urali. In ques@ casi si può ado>are anche una temperatura più elevata e con tempi più lunghi che quelli usa@ nella rico>ura di pezzi qualsiasi.

35 Tra%amen6 termici degli acciai RICOTTURA DI COALESCENZA O GLOBULIZZAZIONE (TB) Con di tra>amento si vuole o>enere una stru>ura finale con perlite globulare. La durezza risultante è ancora inferiore di quella che si o`ene con la rico>ura completa. Si può o>enere di rico>ura secondo due diversi cicli: Riscaldamento ad una temperatura di poco inferiore alla temperatura di austeni@zzazione della perlite Permanenza per tempi molto lunghi che consentono la trasformazione della perlite o bainite in martensite rinvenuta in forma globulare Raffreddamento lento Nel secondo ciclo si eseguono delle variazioni a cavallo della temperatura di austeni@zzazione della perlite. Il tempo complessivo è inferiore.

36 Tra%amen6 termici degli acciai RICOTTURA DI COALESCENZA O GLOBULIZZAZIONE (TB) Si esegue questa rico>ura per migliorare la lavorabilità alle macchine utensili di acciai a medioalto tenore di carbonio. Questo tra>amento invece riduce la lavorabilità alle macchine utensili di acciai dolci. L utensile tende ad ʺ impastarsi ʺ. Migliora invece la lavorabilità per deformazione plas@ca a freddo. RICOTTURA DI DISTENSIONE (TA) Questa tra>amento si u@lizza per eliminare le tensioni residue presen@ su pezzi causate da altri tra>amen@ o da lavorazioni. Riscaldamento ad una temperatura inferiore alla quella di austeni@zzazione della perlite Mantenimento per tempi variabili a seconda di dimensioni del pezzo e en@tà delle tensioni da eliminare Raffreddamento in aria Tra>amento facile ed economico molto u@lizzato per eliminare tensioni di pezzi salda@, lavora@ per deformazione plas@ca, fusi, ecc. Non altera le stru>ure che si o>engono a seguito di laminazione o fucinatura.

37 Tra%amen6 termici degli acciai RICOTTURA DI RICRISTALLIZZAZIONE Si esegue solo su materiali da lavorazioni per deformazione Riscaldamento al di sopra di una del materiale de>a temperatura di ricristallizzazione Adeguata permanenza a questa temperatura Raffreddamento lento alla temperatura ambiente La temperatura cri@ca di ricristallizzazione è generalmente inferiore a quella di austeni@zzazione della perlite. La temperatura sarà tanto più alta quanto più basso è il grado di incrudimento La temperatura sarà inferiore se si ado>ano tempi di permanenza più eleva@ Se la temperatura è molto maggiore della temperatura cri@ca di ricristallizzazione ne consegue una stru>ura con grani molto grossolani (quindi con scarsa resistenza meccanica) Maggiore sarà la velocità di riscaldamento più fine sarà la stru>ura dei grani cristallini che si o`ene con il tra>amento.

38 Tra%amen6 termici degli acciai RICOTTURA ISOTERMICA La rico>ura isotermica ha una durata notevolmente inferiore alla rico>ura completa o di coalescenza. Riscaldamento alla temperatura di austeni@zzazione Adeguata permanenza a temperatura Raffreddamento rapido (senza superare la curva di transizione) fino ad una temperatura a cui corrisponde una perlite con la stru>ura desiderata Mantenimento a questa temperatura fino alla completa trasformazione dell austenite Raffreddamento a temperatura ambiente Se la trasformazione viene eseguita in corrispondenza del gomito delle curve, si minimizza il tempo della trasformazione dell austenite in perlite, mantenendo la formazione di una perlite lamellare. Il risultato è similare alla rico>ura completa ma con tempi inferiori. A temperature superiori i tempi aumentano ma si o>engono perli@ con stru>ura più sferoidale e minore durezza

39 Tra%amen6 termici degli acciai NORMALIZZAZIONE (TD) La normalizzazione ha lo scopo di affinare e omogenizzare la stru>ura cristallina. Riscaldamento alla temperatura di austeni@zzazione Adeguata permanenza a temperatura Raffreddamento in aria Differisce dalla rico>ura completa per il raffreddamento che invece di essere molto lento e controllato in forno avviene in aria. In acciai da cementazione porta ad una stru>ura con perlite lamellare e ferrite In acciai da bonifica si ha la presenza di bainite e in alcuni casi anche di martensite Si può eseguire come tra>amento preven@vo alla rico>ura o bonifica in pezzi che hanno subito lavorazioni per deformazione plas@ca a caldo Si può eseguire in sos@tuzione della rico>ura dove possibile, come ad esempio per migliorare la lavorabilità alle macchine utensili di acciai dolci In alcuni casi (acciai da bonifca per impieghi blandi) cos@tuisce il tra>amento termico finale

40 Tra%amen6 Termochimici di Diffusione Si intendono quei in cui un metallo o una lega sono pos@ a conta>o con sostanze solide, liquide o gassose ad una temperatura tale da rendere possibile una diffusione degli elemen@ desidera@ fino ad una profondità desiderata legata al tempo di permanenza. CARBOCEMENTAZIONE Tale tra>amento è finalizzato alla diffusione di carbonio nella superficie dell acciaio. Poiché solo la stru>ura austeni@ca è in grado di assorbire C, per questo tra>amento è necessario un riscaldamento alla temperatura di austeni@zzazione in un ambiente ricco di carbonio. Il tempo di permanenza dipende dallo spessore che si intende cementare secondo questa equazione: S = S 0 t n S = spessore di cementazione in mm S 0 = costante di del materiale e delle condizioni ambientali t = Tempo in ore n = costante che in generale vale 0,5

41 Tra%amen6 Termochimici di Diffusione CARBOCEMENTAZIONE Lo scopo del tra>amento è quello di o>enere uno strato superficiale (generalmente su pezzi durissimo e resistente all usura e alla fa@ca in combinazione con un cuore del pezzo più tenace (@pico degli acciai da cementazione che hanno un tenore di C minore o uguale a 0,18%). Il tra>amento si protrae per avere nel primo decimo di millimetro un tenore di C intorno a 0,80,9. Maggiori tenori provocherebbero la formazione di cemen@te al bordo grano con conseguente infragilimento. Lo spessore efficace di cementazione va da pochi decimi a massimo 2 mm. Valori superiori possono provocare la formazione di cricche in eventuali tra>amen@ successivi. NITRURAZIONE Tra>amento che consente di introdurre azoto in acciai con opportuna composizione (acciai da nitrurazione acciai da bonifica con Al, Cr, Mo e V). Tra>amento che si esegue alla temperatura di circa 500 C in un ambiente generalmente contenente ammoniaca anidra (NH3). I tempi di mantenimento sono molto lunghi a causa della diffusione molto lenta dell azoto nella ferrite ( circa ore per una nitrurazioe di 0,4 mm).

42 Tra%amen6 Termochimici di Diffusione NITRURAZIONE Si esegue su materiale già bonificato e non richiede tra>amen@ termici successivi. Il tra>amento implica un indurimento superficiale dovuto alla formazione di nitruri di Al, Cr e V (durissimi) che precipitano, oltre alla formazione di Fe 2 N e Fe 4 N. Migliora resistenza ad usura e fa@ca. La presenze del Mo è indispensabile per impedire l infragilimento da rinvenimento. Lo spessore totale generalmente non supera i 0,55mm. I vantaggi rispe>o alla carbocementazione sono: La nitrurazione si può eseguire su pezzi fini@ Migliora anche la resistenza alla corrosione Migliora anche la resistenza all abrasione La durezza è superiore a quelle dei pezzi per cementazione (HRC maggiore di 70 contro un HRC maggiore di 58). Mantengono le proprietà fino a circa 500 C contro i circa 200 C di un pezzo per cementazione. Maggiore resistenza a fa@ca dei pezzi per cementazione I pezzi per cementazione devono essere costrui@ con ferro dolce (perché poi è necessaria la tempra. La nitrurazione si esegue anche su pezzi con elevato tenore di C. Lo svantaggio sono i maggiori tempi.

43 Tra%amen6 Termochimici di Diffusione CARBONITRURAZIONE Con questo tra>amento si introducono sia carbonio che azoto in un acciaio per diffusione. È necessario portare il pezzo ad una temperatura superiore a quella di austeni@zzazione in una atmosfera contenente un idrocarburo e ammoniaca anidra. Generalmente a questo tra>amento segue una tempra Si può applicare a tu` gli acciai da cementazione Si o`ene uno strato superficiale duro con elevata resistenza ad usura e a fa@ca. Grazie alla presenza dell azoto porta ad una riduzione della temperatura e della velocità di trasformazione dell austenite durante il raffreddamento, con conseguente aumento della temprabilità e riduzione della deformazioni e tensioni residue. Nella versione rapida si u@lizzano temperature di C con tempi brevi (13 ore) in un bagno di sali fusi (cianuro di potassio e cianato di potassio), portando alla formazione di uno strato molto so`le (0,0050,015 mm) di carburi e nitruri (zona dei compos@) seguito da uno strato più ampio (0,15 mm) ricco di nitruri ma meno duro. Gli acciai da costruzione possono essere so>opos@ a questo tra>amento rapido, che come la nitrurazione non richiede ulteriori tra>amen@ e porta piccole tensioni residue e deformazioni

44 Tra%amen6 Termochimici di Diffusione SOLFOCEMENTAZIONE Tra>amento usura e an@ grippaggio simile alla carbonitrurazione rapida (570 C, 13 ore, bagno di sali cianuri di sodio, ciana@ di sodio e solfuro di sodio). 0,1mm Si può applicare su acciai di qualsiasi composizione, generalmente preceduto da bonifica non richiede ulteriori tra>amen@ successivi. CROMIZZAZIONE Si esegue con lo scopo di o>enere uno strato superficiale con elevata resistenza alla ossidazione a caldo e alla corrosione. Per acciai dolci si esegue nel range di temperature di C Per gli acciai a medio alto tenore di C alle temperature di C Atmosfera controllata con fluoruro di cromo granulato. Il cromo tende a legarsi con il carbonio dell acciaio formando carburi durissimi che ostacolano la ulteriore diffusione, formando uno strato superficiale duro e fragile. Per evitare questo fenomeno spesso si usano acciai che ostacola la formazione di carburi di cromo.

45 Tra%amen6 Termochimici di Diffusione SILICIZZAZIONE Si introduce silicio con lo scopo di aumentare sullo strato superficiale la resistenza alla corrosione, all ossidazione a caldo e all usura. Si porta alla temperatura di austeni@zzazione in atmosfera di SiCl 4. Si forma uno o due stra@. Nei casi di doppio strato lo strato più esterno è cos@tuito da una soluzione di Si nel Fe e da Siliciuri precipita@ (Fe 3 Si 2 ), mentre lo strato più interno è cos@tuito solo dalla soluzione solida di Silicio nel Fe. Nel caso di unico strato si ha solo la soluzione solida. Lo strato silicizzato ha una durezza modesta ma è resistente alla corrosione di acidi (nitrico, solforico e cloridrico) e all ossidazione fino alla temperatura di 100 C. Elevata resistenza all usura che può essere migliorata immergendo i pezzi in olio a 150 C favorendone l assorbimento. Il tra>amento si esegue generalmente in acciai non lega@ a basso tenore di carbonio e zolfo.