Problemi ad alta temperatura: Creep (scorrimento viscoso a caldo) Ossidazione

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1 Problemi ad alta temperatura: Creep (scorrimento viscoso a caldo) Ossidazione

2 Acciai al carbonio Possono essere impiegati fino a 450 C C 0.20% Mn 1.6% Si tra 0.15 e 0.50% S e P 0.040% Per combattere invecchiamento mantenendo il grano fine: aggiunte di Al Possono essere aggiunti Cr, V

3 Carico unitario di snervamento a caldo (MPa) in funzione della temperatura Acciaio 150 C 250 C 300 C 350 C 400 C Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe E Fe E Fe E Fe E Fe E

4 Campi di utilizzo degli acciai al Mo e Cr-Mo 16 Mo 5: fino a 450 C 14 CrMo 4 5: fino a 520 C (fino a 580 C se modificato con l 1.25% di Cr e lo 0.25% di Mo) 12 CrMo 9 10: maggiormente resistente all ossidazione a caldo, ma meno resistente al creep a 600 c rispetto al presedente modificato

5 Acciai inossidabili Gli acciai inossidabili sono molto resistenti all ossidazione a caldo. La resistenza è tanto maggiore al crescere del tenore di Cr. Presentano problemi di precipitazione di seconde fasi (fase σ, χ) fragili, in particolare all interno della ferrite (inox ferritici e duplex)

6 Acciai inossidabili ferritici AISI 430: T 800 C per impieghi contitnuativi, 850 C per impieghi intermittenti AISI 446 (26%Cr): può arrivare ai C I problemi di fragilità sono minori se l acciaio rimane sempre ad alta temperatura, diventano importanti se vengono portati a temperature basse dopo l impiego ad alta temperatura

7 Valori dei carichi di rottura in funzione della durata e della temperatura per AISI 430 e 446

8 Acciai inossidabili austenitici La presenza di nichel e la struttura austenitica di questi acciai la resistenza meccanica e la tenacità, la fatica termica, la resistenza alla carburazione e alla nitrurazione Di contro possono avere problemi in presenza di composti solforati Attenzione alla precipitazione di carburi e fase σ

9 Formazione di fase σ Estremamente lenta sotto i 600 C, aumenta al crescere della temperatura sopra questo valore Molto rapida nelle strutture bifasiche (duplex), può richiedere tempi molto lunghi per le strutture completamente austenitiche Per gli acciai austenitici al Ni-Cr è massima nell intervallo di T C Ne ostacolano la formazione: C, N, Mn Ne favoriscono la formazione: Si, Mo, Ti, Nb, Al

10 Valori dei carichi di rottura (a) e delle sollecitazioni che danno uno scorrimento dell 1% (b) in h per vari tipi di acciaio inossidabile austenitico in funzione della temperatura

11 Superleghe per alte temperature Leghe a base di nichel (Incoloy, Inconel, Hastelloy, Nimonic, ecc ) Leghe a base di cobalto Leghe a base di metalli refrattari (sperimentali)

12 Incoloy: Hanno come maggiore componente ancora il ferro, l alta percentuale di Ni stabilizza la fase austenitica ed impedisce la formazione di fase σ resistono bene in ambienti carburanti, ossidanti, contenenti idrogeno, hanno caratteristiche meccaniche non eccessivamente elevate Sono impiegate fino a temperature dell ordine dei 1000 C

13 Inconel Sono essenzialmente composte da Ni e contengono Cr intorno al 15% Inconel 600: resiste all ossidazione fino a 1150 C Inconel 700 e 722: hanno maggiori caratteristiche a caldo ottenute per precipitazione di seconde fasi con Al e Ti

14 Nimonic Si differenziano poco dalla Inconel, ma hanno caratteristiche meccaniche leggermente maggiori Rispetto alle Inconel hanno generale maggiore Cr (intorno al 20%) e Co Sono sempre presenti elementi indurenti quali Ti e Al

15 Hastelloy Sono leghe a base di nichel, contenti alte percentuali di Cr o Mo Messe a punto principalmente per la resistenza alla corrosione: Tipo B: ambienti acidi riducenti Tipo C e D acidi ossidanti Hanno anche buone caratteristiche meccaniche a caldo Tipo X resiste all ossidazione fino a 1200 C

16 TD nichel Costituita dal 98% di Ni e dal 2% di ossido di Torio disperso nella matrice in particelle di diametro circa 0.1 µm. Ha resistenza al creep eccellente fino a C, a tali temperature è nettamente superiore alle leghe di Ni eco Ha problemi di ossidazione a caldo: per esposizioni prolungate necessita di un rivestimento superficiale

17 Leghe di Co Hanno buona resistenza al creep, ma elevata resistenza all ossidazione sopra i 900 C La resistenza all ossidazione può essere aumentata aggiungendo Cr Sono difficilmente lavorabili sia a caldo che a freddo, si impiegano generalmente come getti Possono essere indurite con precipitazione di seconde fasi a base di carburi di Mo, W, Nb e Tl. Aumenti notevoli si hanno per aggiunte di piccolissime percentuali di B e Zr

18 Leghe a base di metalli refrattari Cromo: ottima resistenza all ossidazione a caldo, ma notevole fragilità Vanadio: estremamente fragile Molibdeno: ottime proprietà meccaniche, ma enormi problemi di ossidazione a caldo Niobio, renio, tantalio e tungsteno: ancora allo stato sperimentale con pochi risultati

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