CORSO DI SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - STM

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1 CORSO DI SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - STM Lezione 23: i metalli materiali: cosa dobbiamo sapere per progettare un materiale per una specifica applicazione? 1 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

2 i metalli le leghe ferrose acciai e ghise le leghe non ferrose alluminio, magnesio, titanio, rame, nichel, zinco e piombo leghe refrattarie metalli preziosi 2 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

3 Proprietà fisiche e meccaniche dei principali materiali metallici Ferro Alluminio Magnesio Nichel Rame Titanio Zinco Simbolo chimico Fe Al Mg Ni Cu Ti Zn Numero Atomico Peso Atomico Struttura Reticolare a T amb ccc cfc ec cfc cfc ec ec Densità a T amb (g/cm 3 ) T fusione ( C) Resistività a 20 C (µω cm) Conducibilità termica (W/m K) Coefficiente di espansione C (10-6 /K) Modulo di Elasticità (GPa) Carico di Rottura (MPa) Carico di Snervamento (MPa) Allungamento a Rottura (%) SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

4 le leghe ferrose più del 90% in peso dei metalli utilizzati dall uomo sono leghe ferrose, con una grande varietà di materiali, microstrutture e, quindi, proprietà. la maggior parte dei materiali strutturali è rappresentato da leghe ferrose in funzione del contenuto di carbonio si distinguono in ACCIAI (%wt C tra 0.05 e 2.0) e GHISE (%wt C tra 2.0 e 4.5%) gli acciai, inoltre, si distinguono in acciai alto-legati e basso-legati, in funzione della quantità di additivi non carboniosi. Il limite del 5%wt sul contenuto totale di additivi che non siano C definisce le due classi. - acciai al carbonio e basso-legati - acciai alto-legati - ghise - leghe a rapida solidificazione il costo aumenta in modo considerevole con l ammontare degli additivi. l uso è giustificato soltanto da un miglioramento di alcune proprietà quali la resistenza meccanica ed alla corrosione 4 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

5 acciai al carbonio e basso-legati costituiscono la maggior parte delle leghe ferrose, per il costo moderato dovuto all assenza di grosse quantità di elementi leganti e la duttilità (che ne facilità la formatura) e per la resistenza e durabilità del prodotto finale il sistema di classificazione si basa sulle DENOMINAZIONI AISI-SAE (American Iron and Steel Industry-Society of Automotive Engineers): le prime due cifre identificano il tipo di additivo le ultime due o tre la percentuale di CARBONIO in peso espressa in centesimi Es: un acciaio al carbonio con 0.40%wt in C è un acciaio 1040 Es: un acciaio con 1.45% di Cr e 1.50% di C è un acciaio Una nuova classe di leghe sono gli acciai HSLA (High-Strength, Low-Alloy) in cui la selezione ottimale e un controllo fine del processo produttivo sono responsabili dell elevata resistenza meccanica Le composizioni di alcune leghe non sono note e vengono specificate le proprietà meccaniche invece della composizione 5 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

6 acciai al carbonio e basso-legati UNI EN 10020:01 materiale il cui tenore in massa di ferro è maggiore di ciascuno degli altri elementi ed il cui tenore di carbonio è minore del 2% e contenente altri elementi 6 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

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8 acciai alto-legati L aggiunta di additivi deve essere fatta con cura e giustificata da un forte incremento delle proprietà. Tre esempi: acciai inossidabili, acciai per utensili e superleghe. Negli acciai inossidabili, gli additivi hanno lo scopo di aumentare la resistenza ad ambienti corrosivi. Ciò si ottiene aggiungendo CROMO, in percentuali maggiori del 4%wt. In genere si utilizzano concentrazioni intorno al 10%, ma si può arrivare al 30%. Si possono raggruppare in quattro categorie: Acciai inox AUSTENITICI, FERRITICI, MARTENSITICI Acciai inox per precipitation hardening maggiori resistenze e durezze, per applicazioni strutturali 8 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

9 Acciaio inox austenico È un acciaio contenente Ni e Cr in percentuale tale da conservare la struttura austenitica anche a temperatura ambiente. Viene classificato in base alla percentuale di Ni e di Cr; nella classificazione ASTM costituisce la serie 3XX. % Cr % Ni ASTM UNI X8CN1910 X3CN1911 X8CNT1810 X8CNNb X8CND X8CN2520 La composizione base dell'acciaio inox austenitico è il 18% di Cr e l'8% di Ni, codificata in 18/8. Una percentuale del 2-3% di molibdeno assicura una miglior resistenza alla corrosione (acciaio 18/8/3). Il contenuto di carbonio è basso (0,08% max di C), ma esistono anche acciai inox austenitici dolci (0,03% di C max). L'acciaio inox austenitico può essere stabilizzato con titanio o niobio per evitare una forma di corrosione nell'area delle saldature. Considerando la notevole percentuale di componenti pregiati (Ni, Cr, Ti, Nb, Ta), gli acciai inox austenitici sono fra i più costosi tra gli acciai di uso comune. 9 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

10 Acciaio inox austenico Applicazioni: apparecchiature chimiche e per il trattamento di alimenti; serbatoi; recipienti in pressione strutture saldate 10 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

11 Le proprietà fondamentali sono: ottima resistenza alla corrosione; facilità di ripulitura e ottimo coefficiente igienico; facilmente lavorabile, forgiabile e saldabile; incrudibile se lavorato a freddo e non tramite trattamento termico; in condizione di totale ricottura non si magnetizza. La loro struttura austenitica (con cristallo cfc) li rende immuni dalla transizione duttilefragile (che si manifesta invece con la struttura ferritica, cristallo ccc), quindi conservano la loro tenacità fino a temperature criogeniche (He liquido). Dato che l'austenite è paramagnetica, questi acciai possono essere facilmente riconosciuti disponendo di magneti permanenti calibrati. Gli impieghi di questi acciai sono molto vasti: pentole e servizi domestici, finiture architettoniche, mattatoi, fabbriche di birra, lattine per bibite e prodotti alimentari; serbatoi per gas liquefatti, scambiatori di calore, apparecchi di controllo dell'inquinamento e di estrazione di fumi, autoclavi industriali. La loro resistenza a gran parte degli aggressivi chimici li rende inoltre molto apprezzati nell'industria chimica. 11 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

12 Gli acciai inox austenitici soffrono però di alcune limitazioni: la massima temperatura cui possono essere trattati è di 925 C; a bassa temperatura la resistenza alla corrosione diminuisce drasticamente: gli acidi rompono il film di ossido e ciò provoca corrosione generica in questi acciai; nelle fessure e nelle zone protette la quantità di ossigeno può non essere sufficiente alla conservazione della pellicola di ossido, con conseguente corrosione interstiziale; gli ioni degli alogenuri, specie l'anione (Cl-), spezzano il film passivante sugli acciai inox austenitici e provocano la cosiddetta corrosione ad alveoli, definita in gergo pitting corrosion. Un altro effetto del cloro è la SCC (rottura da tensocorrosione). L'unico trattamento termico consigliabile per questa classe di acciai è un quello di solubilizzazione del C a 1050 C, con raffreddamento rapido (per evitare la permanenza nell'area fra 800 e 400 C, dove può avvenire la precipitazione dei carburi di Cr). 12 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

13 Gli acciai inox ferritici sono soluzioni solide di Cr in Fe (leghe binarie con Cr al 12-30%). il cromo è un elemento alfogeno (estende il campo di esistenza della ferrite - ccc - e riduce quello dell austenite Applicazioni: usi generali attrezzature per ristoranti applicazioni ad alta temperatura (riscaldatori, camere di combustione) meno costosi, per applicazioni meno gravose, non contengono Ni 13 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

14 Gli acciai inox martensitici sono soluzioni solide di Cr in Fe (con Cr al 12-17%) con carbonio tra 0.15 e 1%, ottenuti attraverso un processo di bonifica (tempra+rinvenimento) la struttura è parzialmente martensitica con presenza di carburi. si raggiungono livelli più elevati di resistenza meccanica e livelli più bassi di resistenza all ossidazione Applicazioni: organi meccanici (pale di turbine, alberi di pompe, valvole) coltelleria, strumenti chirurgici sfere e cuscinetti molle 14 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

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16 Gli acciai per utensili vengono utilizzati per tagliare e formare un altro materiale. come additivi si utilizzano principalmente Tungsteno, Molibdeno e Cromo. Essi consentono di ottenere la durezza necessaria con trattamenti termici semplici e di conservare tale durezza anche a temperature elevate. 16 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

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18 Le superleghe sono leghe caratterizzate da alti carichi a rottura a temperature elevate (>1000 C). Molte superleghe sono acciai inossidabili, molte altre sono leghe a base di Cobalto e Nichel e possono contenere Cromo per la resistenza all ossidazione ed alla corrosione. Questi materiali sono molto costosi, ma in alcune applicazioni speciali (nei turbojet degli aerei) tali costi sono giustificati. 18 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

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20 normativa UNI EN suddivisione degli acciai in due gruppi fondamentali acciai designati in base alle loro caratteristiche meccaniche o di impiego acciai designati in base alla loro composizione chimica si può, inoltre aggiungere il simbolo dell elemento chimico la cui presenza conferisce all acciaio proprietà particolari una o più sigle convenzionali indicanti il trattamento termico subito 20 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

21 sigle convenzionali indicanti il trattamento termico subito TA ricottura di distensione TB ricottura di coalescenza TC ricottura completa TD normalizzazione TE normalizzazione o rinvenimento di distensione TF bonifica TG austenitizzazione 21 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

22 sigle convenzionali indicanti un requisito particolare; ad esempio la lettera K seguita da una seconda lettera maiuscola indica proprietà particolari di utilizzazione KD acciaio adatto alla deformazione plastica a freddo KQ acciaio adatto alla bordatura KR acciaio adatto alla produzione di tubi saldati KU acciaio adatto alla costruzione di utensili KW acciaio adatto all impiego ad alte temperature la lettera F seguita da una seconda lettera maiuscola indica il modo di disossidazione FU acciaio effervescente FN acciaio non effervescente calmato e semicalmato FF acciaio calmato a grana fine 22 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

23 Acciai designati in base alle loro caratteristiche meccaniche si indica l utilizzazione Fe G 500 acciaio in Getti con carico a rottura a trazione 500MPa Fe G 450TD // allo stato normalizzato (TD) si indica solo il carico Fe 700 acciaio avente carico a rottura a trazione 700MPa Fe 520Pb // al piombo nel caso di carico di snervamento Fe E 320 carico unitario di snervamento (E) 320MPa FeE350MnTD acciaio al manganese allo stato di normalizzazione 23 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

24 Acciai designati in base alla composizione chimica designati in base alla percentuale di carbonio %C x 100 C 40 acciaio non legato con percentuale media di C=0.4 C 35 Pb // percentuale media di C=0.35 al Pb C G 50 // per getti con percentuale media di C=0.5 C 110 KU // per utensili con percentuale media di C=1.1 C 150 KU TB // che ha subito una ricottura di coalescenza 24 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

25 acciai debolmente legati il tenore di ogni elemento in lega è <5%. La designazione obbligatoria comprende la %C x 100, seguita dai simboli degli elementi in lega che caratterizzano l acciaio e dalla % degli elementi in lega che superano una percentuale minima, moltiplicata per un coefficiente indicato in tabella: simbolo chimico dell elemento fattore moltiplicativo Co; Cr; Mn; Ni; Si; W 4 Al; Be; Cu; Mo; Nb; Pb; Ta; Ti; V 10 N; P; S 100 B Ni Cr 16 acciaio debolmente legato con percentuale media di C=0.18 e Ni=4; la percentuale di Cr non è precisata 38NiCrMo4PbTF acciaio debolmente legato contenente piombo per migliorarne la lavorabilità con percentuale media di C=0.38, Ni=1, Cr e Mo non precisato, bonificato 25 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

26 acciai legati il tenore di almeno un elemento in lega è >5%. La designazione obbligatoria comprende, nell ordine: il simbolo iniziale X, seguito dalla lettera G nel caso di acciaio per getti; la percentuale media di C x 100 i simboli degli elementi chimici in lega che caratterizzano l acciaio le percentuali medie degli elementi chimici fondamentali presenti nell acciaio X 10 Cr Ni 1808 acciaio legato con percentuale media di C=0.1, Cr=18, Ni=8 X 150 W Co V acciaio legato con percentuale media di C=1.5%, W=13, Co=5, V=5 X 80 W Co 1810 KUTE acciaio legato, da utensili, avente percentuale media di C=0.8, W=18, Co=10, allo stato di trattamento termico di normalizzazione e rinvenimento di distensione 26 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

27 effetti degli elementi in lega sulle caratteristiche degli acciai CARBONIO con l aumento della percentuale di carbonio aumenta la durezza, il carico di rottura a trazione, la resistenza all usura e la temprabilità diminuisce, però, la plasticità a freddo, la tenacità, la saldabilità e la lavorabilità alle macchine utensili l elevata velocità critica di raffreddamento degli acciai semplici al carbonio rende impossibile temprare pezzi di dimensioni notevoli, limitandone l uso 27 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

28 effetti degli elementi in lega sulle caratteristiche degli acciai MANGANESE è presente in tutti gli acciai in piccole percentuali (<0.7%) proveniente dai minerali di partenza o aggiunto in parte si discioglie nel ferro ed in parte si combina con il C formando il carburo Mn3C, simile alla cementite provoca un aumento del carico a rottura e della durezza senza pregiudicare la resilienza provoca diminuzione della velocità critica di raffreddamento determina un allargamento del campo di estensione dell austenite con un tenore >12% gli acciai diventano austenitici a temperatura ambiente 28 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

29 effetti degli elementi in lega sulle caratteristiche degli acciai MANGANESE diminuzione della velocità critica di raffreddamento allargamento del campo di estensione dell austenite 29 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

30 effetti degli elementi in lega sulle caratteristiche degli acciai SILICIO entra in soluzione solida col ferro e forma anche dei composti intermetallici (siliciuri) è presente in tutti gli acciai (>0.4%) determina un aumento del carico di rottura, ma soprattutto del limite elastico, aumenta la resistenza all usura diminuisce la velocità critica di raffreddamento con conseguente aumento di temprabilità diminuisce la capacità di deformazione a freddo fa aumentare la grafitizzazione, ad elevati tenori di carbonio fa aumentare la resistenza elettrica e diminuire le perdite per isteresi 30 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

31 effetti degli elementi in lega sulle caratteristiche degli acciai SILICIO restringimento del campo di estensione dell austenite 31 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

32 effetti degli elementi in lega sulle caratteristiche degli acciai NICHEL è completamente solubile nella ferrite e nell austenite ha influenza simile al manganese, ma meno marcata (perché gli acciai divengano stabilmente austenitici a temperatura ambiente sono necessari tenori di Ni>25%) migliora la resistenza a corrosione CROMO si sciogli in parte nella ferrite, in parte nella cementite, in parte si unisce al carbonio a formare i carburi con un tenore >12% in ambiente ossidante si forma un sottilissimo (alcune decine di nm) strato di ossido di cromo superficiale protettivo (passivazione) l effetto passivante presuppone che il Cr sia disciolto nel Fe (soluzione solida) e che la microstruttura sia omogenea e monofasica (deve essere prevenuta la formazione di carburi di Cr 32 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

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38 le ghise Si definiscono ghise le leghe ferrose con contenuto di C maggiore del 2%. In genere esse contengono anche fino al 3% di Silicio per il controllo della cinetica di formazione dei carburi le ghise hanno temperature di fusione e viscosità del fuso relativamente basse, non formano film indesiderati in superficie, quando colate, e subiscono una ridotta contrazione per solidificazione. Sono facilmente formabili in forme complesse, ciò ne giustifica l uso, tenendo presente le proprietà meccaniche inferiori le ghise vengono, in genere, colate in uno stampo. Peggiori proprietà meccaniche sono dovute ad una microstruttura poco uniforme, anche con porosità. Le ghise vengono designate con la lettera G seguita da un numero che indica il carico di rottura a trazione garantito in MPa/10 (G20) 38 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

39 Ci sono 4 tipi di ghise 39 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

40 carburi ghisa bianca, con una caratteristica superficie di frattura bianca. un elevato ammontare di cementite, formato durante la colatura, conferisce la durezza e fragilità perlite fiocchi grafitici in matrice di ferrite perlite ghisa grigia, con una caratteristica superficie di frattura grigia finemente sfaccettata. Il contenuto di silicio (tra il 2 e 3%) promuove la precipitazione della grafite invece della cementite. La forma appuntita dei fiocchi di grafite contribuisce alla caratteristica fragilità 40 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

41 noduli di grafite perlite ghisa duttile, con l aggiunta di 0.05% di Magnesio si promuove la precipitazione di grafite in forma di sferoidi piuttosto dei fiocchi. è 20 volte più duttile ed ha una resistenza doppia ferrite noduli di grafite ferrite ghisa malleabile, si ottiene partendo da una ghisa bianca con successivo trattamento termico atto a determinare la precipitazione di grafite nodulare 41 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

42 leghe a solidificazione rapida Giocando sulla differenza di dimensioni tra atomi di soluto e della matrice si ottengono materiali privi di grani (materiali facilmente magnetizzabili e ottimi per trasformatori a magneti teneri ) Non sempre tali leghe sono amorfe. La struttura è, comunque, molto fine, perciò non parliamo di metalli amorfi ma di leghe a solidificazione rapida (grani con diametro medio di 0.1μm, invece di 50 μm dei materiali tradizionali) Oltre alle proprietà magnetiche, eccezionale carico a rottura, tenacità e resistenza alla corrosione 42 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

43 le leghe non ferrose oggi occupano un ruolo indispensabile in alcune tecnologie e sono numerose e complesse LEGHE A BASE DI ALLUMINIO bassa densità e resistenza alla corrosione buona conducibilità elettrica una delle leghe più interessanti è quella con il Litio (rigidezza e leggerezza) LEGHE A BASE DI MAGNESIO bassissima densità, minore di quella dell Al (1.74g/cm 3, la più bassa tra i metalli strutturali) alta resistenza specifica ha lo svantaggio di essere fragile (hcp) 43 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

44 LEGHE A BASE DI TITANIO - Il titanio si ossida facilmente => sui pezzi si forma un sottile strato tenace di ossido di titanio che protegge dalla corrosione bassa densità e resistenza alla corrosione più dure delle leghe dell Al e Mg, mantengono buon carico a rottura anche a T relativamente elevate (aerei ad alta velocità) bassa duttilità (hcp) l aggiunta di Vanadio stabilizza la struttura bcc anche a basse T LEGHE A BASE DI RAME eccellente conducibilità elettrica (cavi) eccellente conducibilità termica (scambiatori) ottima resistenza alla corrosione (marina) buona duttilità (fcc) il rame puro è molto duttile, ma l aggiunta di 2% di Berillio seguita da un trattamento termico che provochi la precipitazione di CuBe porta il carico a rottura oltre 10 3 MPa 44 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

45 Gli OTTONI sono leghe rame-zinco. Gli ottoni hanno un campo di applicazioni talmente vasto che se ne può fare solo un elenco di massima. I principali campi di utilizzo sono: elettricità (apparecchiature elettriche, interruttori, contatti, portalampada) autotrasporti (radiatori, impianti elettrici) settore marino (scambiatori, piastre) munizionamento (bossoli) idrosanitaria (rubinetti, valvole, radiatori, tubazioni) industria chimica (scambiatori) industria meccanica (bulloni, viti, ingranaggi, minuterie metalliche) edilizia e arredamento (cerniere, serramenti, elementi di mobili, maniglie) monetazione e simili (monete, targhe, medaglie, decorazioni) strumenti musicali (gli ottoni) 45 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

46 Il BRONZO è una lega rame-stagno I bronzi vengono usati per numerose applicazioni. Per le monete e le medaglie si usa un contenuto di stagno variabile tra il 3 e l'8 per cento (resistenza all'usura e alla corrosione, coniabilità) ingranaggi ed organi di trasmissione cuscinetti campane il bronzo è molto usato dagli scultori per le loro opere, perché molte leghe di bronzo hanno l'insolita e molto utile proprietà di espandersi lievemente poco prima di solidificare, riempiendo ogni minimo vuoto dello stampo che le contiene. Questo permette, nella scultura finita, di rendere perfettamente ogni minimo dettaglio del lavoro dell'artista. Il bronzo ha inoltre un attrito molto basso con altri metalli, cosa che lo rese prezioso nella fabbricazione di palle di cannone, visto che quelle di ferro tendevano a grippare all'interno della canna. Oggi questa caratteristica lo rende utile in piccoli motori elettrici per cuscinetti a sfera, bronzine e spazzole 46 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

47 LEGHE A BASE DI NICHEL leghe commerciali con rapporti Ni/Cu=2/1 (dette Monel ) sono un buon esempio di solution hardening il Nichel presenta ottima resistenza alla T Altri esempi: Inconel (Ni-Cr-Fe) Hastelloy (Ni-Mo-Fe-Cr) Superlega Ni-Al (Ni3Al) nei motori jet matrice gamma (nodi Cu3Au disordinati) precipitati gamma (nodi Cu3Au ordinati) resistenti alle alte T ed alla corrosione LEGHE A BASE DI ZINCO sono ideali per colata (bassa Tm, scarsa reazione con acciaio) zincatura per la protezione di acciai 47 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

48 LEGHE A BASE DI PIOMBO alta densità e deformabilità, basso punto di fusione (batterie, saldature, barriere alle radiazioni) METALLI REFRATTARI Mo, Nb, Re, Ta, W, sono molto resistenti (più delle superleghe) alle alte T, tuttavia sono molto reattivi con l O2 METALLI PREZIOSI Au, Os, Ir, Pt, Pd, Rh, Ru, Ag, hanno buona resistenza alla corrosione LEGHE A SOLIDIFICAZIONE RAPIDA esempi sono quelle a base di Ni (amorfe, buone proprietà magnetiche) leghe cristalline a rapida solidificazione a base di Al e Ti => ottime proprietà meccaniche alle alte T 48 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

49 TECNOLOGIE 49 SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI - E. DI MAIO

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53 La ghisa prodotta all altoforno viene trasportata con delle siviere e versata nel convertitore allo stato liquido in cui viene insufflato ossigeno, attraverso una lancia, che ha il compito di ossidare gli elementi da eliminare come ad esempio il carbonio e lo zolfo trasformandola in acciaio; durante la conversione della ghisa, la temperatura sale da ~1350 C a 1600 C grazie alle reazioni di ossidazione fortemente esotermiche. Questo processo viene chiamato affinazione. il calore necessario alle operazioni non viene fornito dall esterno ma dall ossidazione degli elementi da eliminare le operazioni fondamentali sono: - carica del convertitore con calce, rottami (per addolcire la violenza della fiamma), ghisa liquida - soffiaggio dell ossigeno - colata in siviera con aggiunta di elementi metallici 53

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55 Calore prodotto nel convertitore Indice termico: è il numero di gradi di cui viene innalzata la tempe-ratura per l ossidazione dell 1 % dell elemento considerato; Ad esempio: Si à 320 C P à 210 C C à 5 C S à 25 C Mnà 80 C Fe à 42 C

56 Conversione della ghisa in acciaio Reazioni fondamentali

57 Conversione della ghisa in acciaio Reazioni fondamentali

58 Conversione della ghisa in acciaio Reazioni fondamentali DESOLFORAZIONE: INFLUENZE NOCIVE: -FRAGILITA A CALDO -DETERIORAMENTO DELLE CARATTERISTICHE MECCANICHE -PRESENZA DI INCLUSIONI NON METALLICHE REAZIONI PRINCIPALI DI FORMAZIONE DI SOLFURI INSOLUBILI NELLA SCORIA: FeS + CaO FeO + CaS FeS + Mn Fe + MnS

59 Siviera proveniente dall altoforno 3 tipi di Convertitori

60 Convertitore OBM da 90 t

61 TECNOLOGIE DI TRASFORMAZIONE 1. Lavorazione per fusione a. Fusione e Pressofusione 2. Lavorazioni basate sulla plasticità a. Forgiatura, laminazione a caldo e estrusione 3. Lavorazioni basate sulla duttilità a. Piegatura, imbutitura, trafilatura 4. Lavorazioni alle macchine utensili a. Tornitura e fresatura e finiture superficiali 5. Giunzioni a. Saldature b. Chiodature c. Incollaggi 61

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