I DIAGRAMMI DI STATO. DIAGRAMMI DI STATO diagrammi di equilibrio

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1 I DIAGRAMMI DI STATO osa sono e a che cosa servono T [ ] Fe % Fe 3 G.M. La Vecchia Università di Brescia Dipartimento di Ingegneria Meccanica DIAGRAMMI DI STATO diagrammi di equilibrio T [ ] FASE SOLIDA A+B (miscela dei 2 metalli puri A e B) A f L+A A % B B Rappresentazione grafica delle condizioni di equilibrio alle varie temperature di un sistema costituito da un metallo base + ulteriori elementi chimici L A+B L+B FASE LIQUIDA B f P = 1 atm

2 DIAGRAMMI DI STATO se il sistema è costituito da 2 elementi diagramma di stato binario grafico bidimensionale se il sistema è costituito da 3 elementi diagramma di stato ternario grafico tridimensionale DIAGRAMMI DI STATO Qualsiasi sia il diagramma di stato considerato si ipotizza un raffreddamento sufficientemente lento passaggio attraverso successivi stati di equilibrio ondizioni nettamente diverse dai trattamenti termici di interesse industriale

3 DIAGRAMMI DI STATO DI PARTIOLARE INTERESSE Acciai e ghise (leghe Fe-) enni alle modifiche del diagramma Fe- per introduzione di elementi che determinano soluzioni solide con il Fe: 1) elementi che allargano il campo 2) elementi che restringono il campo Il diagramma Fe- Le strutture di equilibrio delle leghe Fe- (acciaio, ghisa) sono rappresentate da tale diagramma In assenza di riscaldamenti troppo prolungati, di velocità di raffreddamento particolarmente lenta e di elevati tenori di elementi grafitizzanti, il Fe ed il si combinano per formare il composto interstiziale Fe 3 o cementite Il diagramma di riferimento (condizioni normali) risulta il Fe-Fe 3 Il tenore di nella Fe 3 (contenuto stechimetrico) è pari al 6,69% la gradazione dell asse delle ascisse termina in corrispondenza di questo valore

4 ostruzione del diagramma Fe- per punti T[ ] peritettica eutettica eutettoidica Fe % Il Fe puro è polimorfo, esistendo in varie forme allotropiche T liquido Fe c.c.c Fe c.f.c Fe c.c.c T urva di raffreddamento tempo

5 Molti metalli o leghe metalliche possono presentare a diverse temperature differenti strutture cristalline (polimorfismo) I reticoli cristallini martensite Fe ubico semplice ubico corpo centrato (ccc) ubico facce centrate (cfc) Diverso reticolo cristallino è sinonimo di diverse proprietà meccaniche Esagonale compatto + T [ ] DIAGRAMMA Fe - l l l+ l+ Fe Fe Fe ,69 diagramma Fe - Fe 3 % diagramma Fe Fe 3

6 DIAGRAMMA Fe - Fasi: fase liquida fase,, o cristalli di ferro,, fase Fe 3 DIAGRAMMA Fe - ostituenti strutturali: ferrite soluzione solida di in ferro austenite soluzione solida di in ferro ferro soluzione solida di nel ferro cementite composto interstiziale Fe 3 con % = 6,69 perlite eutettoide ferrite - cementite ledeburite eutettico austenite - cementite

7 DIAGRAMMA Fe - P Reticolo cubico a facce centrate (c.f.c.) Al, u, Ni, Pb, Fe, Ag, Au cella elementare: è la più piccola parte del cristallo che ne conserva tutti gli elementi di simmetria n. atomi = 4 n. di coordinazione = 12 fattore di impaccamento = 0,72 rappresentazione rappresentazione con il modello delle tradizionale sfere rigide

8 Reticolo cubico a corpo centrato (c.c.c.) r, V, Mo, W, Fe cella elementare: n. atomi = 2 n. di coordinazione = 8 Rappresentazione tradizionale Rappresentazione con il modello delle sfere rigide fattore di impaccamento = 0,68 DIAGRAMMA Fe - Punti critici A 4 temperatura della trasformazione A 3 temperatura della trasformazione A 2 punto di urie (770 ) al di sopra del quale la ferrite non è più magnetica A 1 temperatura della trasformazione eutettoide (723 ) A cm temperatura della trasformazione Fe 3

9 I PUNTI RITII: Il ferro puro Temperatura, T f Fe A 4 Fe liquido A 3 Fe % Fe 3 I PUNTI RITII: Gli acciai ipoeutettoidici Temperatura, Fe Fe liquido A 3 A 1 Fe % Fe 3 X A 1 :temperatura dell equilibrio austenite perlite A 3 : temperatura d equilibrio austenite ferrite

10 A cm : temperatura d equilibrio austenite cementite Per gli acciai ipereutettoidici, al di sopra della quale è stabile solo l austenite Fe liquido Temperatura, Fe Fe A cm % Fe 3 A 4 : temperatura d equilibrio austenite ferrite Al di sotto della quale è stabile solo l austenite Temperatura, Fe A 4 Fe Fe liquido % Fe 3

11 + T [ ] l l+ l L+ Fe Fe 3 + acciai ipoeutettoidici +Fe 3 0 0, ,69 % acciai eutettoidici acciai ipereutettoidici ghise + Acciaio ipoeutettoidico l+ T [ ] l l+ L+ Fe 3 +Fe 3 + Perlite (Fe + Fe 3 ) +Fe 3 0 0, ,69 % Fe a T E (A 1 ): (Fe+Fe 3 ) perlite

12 Acciaio eutettoidico + T [ ] l+ l+ l L+ Fe 3 +Fe 3 + +Fe 3 Perlite (Fe+Fe 3 ) 0 0, ,69 % a T E (A 1 ): (Fe+Fe 3 ) perlite + Acciaio ipereutettoidico l+ T [ ] l l+ L+ Fe 3 +Fe 3 + Perlite (Fe + Fe 3 ) +Fe 3 0 0, ,69 % Fe 3 a T E (A 1 ): (Fe+Fe 3 ) perlite

13 Ferrite (Fe): ostituente a bassa durezza, attaccato debolmente dal Nital, preferenzialmente a bordo grano (acido nitrico al 4% in alcol etilico, s) 0,06% laminato a 845 avvolto a x Nital L attacco evidenzia un grano non orientato (equiassico) fortemente disomogeneo da zona a zona Austenite (Fe-) Stabile a T>723, reso stabile a Tambiente con aggiunte in lega di elementi austenitizzanti (Ni, Mn, ecc) Aspetto micrografico simile alla ferrite, ma bordi grano + squadrati AISI x Tempra di soluzione 1035 raffreddamento in acqua 10ml HNO 3, 10 ml acido acetico, 15ml Hl, 5ml glicerolo austenitic stainless steel, type AISI 304L

14 ementite (Fe 3 : carburo di ferro) : ementite eutettoidica: quella costituente la fase cementite della perlite ementite di coalescenza: in globuli (per migliorare la lavorabilità) Matrice ferrite+globuli di cementite Nital 1000 x Elementi che allargano il campo innalzamento di A 4 + abbassamento di A 3 T [ ] T [ ] el % campo aperto Ni, Mn, o, Pt 0 el % campo allargato, N, u, Zn, Au

15 Elementi che restringono il campo abbassamento di A 4 + innalzamento di A 3 T [ ] el % campo chiuso Al, r, Si, Mo campo ristretto B, S, O Ghisa + + T [ ] l l 1300 l L+ Fe Fe Fe T E 0 0, ,69 % a 1154 : l (Fe+Fe 3 ) ledeburite a T E (A 1 ): (Fe+Fe 3 ) perlite

16 Ghisa aratteristiche meccaniche: funzione del tipo di microstruttura della matrice ma anche della percentuale, forma e distribuzione del carbonio sotto forma di grafite

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