Tecnologia Meccanica. Fondamenti sui materiali 1

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1 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Fondamenti sui materiali 1

2 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA 2.Proprietà dei materiali Fonti KalpakjianS., SchmidS.R., Manufacturing Engineering & Technology, Sixth Edition, Pearson Cap.3 Physical Properties of Materials Fondamenti sui materiali 2

3 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Proprietà dei materiali Proprietà dei materiali si dividono in: Proprietà Chimico strutturali Proprietà Fisiche Proprietà Meccaniche Proprietà Tecnologiche Proprietà Chimico-strutturali: riguardano la composizione chimica dei metalli e la loro struttura interna, dalle quali derivano tutte le proprietà meccaniche e tecnologiche Proprietà Fisiche: come densità, punto di fusione, calore specifico, conducibilità termica, dilatazione termica, proprietà elettriche e magnetiche, e resistenza all'ossidazione e corrosione. Proprietà Meccaniche: riguardano le capacità dei materiali di resistere alle sollecitazioni dovute all azione di forze applicate dall esterno, che tendono a modificare la forma e le dimensioni. Proprietà Tecnologiche: riguardano l attitudine dei materiali a subire diversi tipi di lavorazioni meccaniche Fondamenti sui materiali 3

4 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Esempi di confronto delle proprietà tra diversi materiali: Densità Fondamenti sui materiali 4

5 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Esempi di confronto delle proprietà tra diversi materiali: Rigidezza Fondamenti sui materiali 5

6 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Esempi di confronto delle proprietà tra diversi materiali: Resistenza a frattura Fondamenti sui materiali 6

7 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Struttura in cui il tipo di materiale influenza le prestazioni Combinazioni di proprietà meccaniche e fisiche, quali i rapporti resistenza-peso e rigidezza-peso dei materiali, sono molto importanti, es. per aeromobili e strutture aerospaziali. Come dovrebbe essere Non sufficientemente rigido Non sufficientemente resistente Non sufficientemente tenace Troppo denso Fondamenti sui materiali 7

8 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Proprietà fisiche dei materiali Densità: massa per unità di volume, peso specifico se in rapporto con la massa volumica dell acqua. Punto di fusione: energia richiesta per separare gli atomi; rangenel caso di leghe, ha grosse ripercussione sui range di lavorabilità dei materiali e sui range di utilizzo degli utensili. Calore specifico: energia necessaria all aumento di temperatura di un unità di massa di 1 grado; incide direttamente sull aumento di temperatura del pezzo durante la lavorazione. Conducibilità termica: quantità di calore, che in 1 s riesce a passare perpendicolarmente da una faccia a quella opposta del pezzo considerato; importante nel raffreddamento, negli utensili da taglio, negli stampi. Espansione termica: per effetto del riscaldamento, il movimento delle molecole al suo interno, aumenta ha effetti significativi, espansione o contrazione relativa di materiali diversi negli assemblaggi. L'espansione termica e conducibilità termica hanno ruolo significativo nel causare stress termici (gradienti termici o anisotropia di espansione). Fondamenti sui materiali 8

9 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Proprietà fisiche dei materiali Conduttività elettrica: conduttanza elettrica specifica di conduttore (dielettrici, conduttori, superconduttori, semiconduttori), l influenza del tipo di legame atomico sulla conduttività elettrica del materiale è la stessa della conducibilità termica. Proprietà ottiche: tra le varie altre proprietà, il colore e l'opacità sono particolarmente importanti nei polimeri e vetro. Proprietà magnetiche: Ferromagnetismo:è un fenomeno caratterizzato da alta permeabilità e magnetizzazione permanente che sono dovuti all'allineamento di atomi di ferro, nickel, e cobalto in domini. Effetto piezoelettrico: esibito dagli smartmaterials, doppio effetto (1) se sottoposto a corrente elettrica, subiscono una variazione reversibile di forma (4%), e (2) se deformati da una forza esterna emettono piccola corrente elettrica. (cristalli di quarzo, ceramici, polimeri) Magnetostrizione: fenomeno di espansione o contrazione di un materiale quando soggetto ad una campo magnetico (Ni, leghe Fe-Ni) Fondamenti sui materiali 9

10 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Proprietà fisiche dei materiali Resistenza alla corrosione: resistenza al deterioramento dei metalli e ceramiche, o al degrado nei polimeri. La corrosione conduce al deterioramento superficiale e riduce anche la resistenza e l'integrità strutturale. La resistenza alla corrosione dipende dalla composizione del materiale e dall'ambiente. Metalli non ferrosi, acciai inossidabili, e materiali non metallici hanno buona resistenza alla corrosione. Acciai e ghise hanno scarsa resistenza. Corrosione localizzata - Pitting. Corrosione intergranulare e interstiziale: lungo i bordi di grano di metalli e all'interfaccia di giunti Corrosione galvanica: quando due metalli dissimili formano una cella galvanica. Corrosione sotto stress: in ambiente corrosivo su un pezzo che dopo lavorazione presenta stress residui. Lisciviazione selettiva:per materiali suscettibili ad attacco chimico da parte di lubrificanti e refrigeranti; Fondamenti sui materiali 10

11 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Proprietà fisiche dei materiali Densità Fondamenti sui materiali 11

12 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Proprietà meccaniche dei materiali Descrivono il comportamento del materiale assoggettato a forze statiche, dinamiche, periodiche, concentrate o di attrito: Comportamento sforzi-deformazioni (elastico, plastico, viscoelastico) e resistenza statica (snervamento e rottura) Comportamento sforzi-deformazioni e resistenza statica alla temperatura Resistenza all indentazione, alla scalfitura e all abrasione (durezza) Resistenza agli urti (resilienza) Resistenza a frattura (tenacità a frattura) Resistenza a fatica Fondamenti sui materiali 12

13 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Proprietà meccaniche dei materiali Fondamenti sui materiali 13

14 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Proprietà meccaniche dei materiali Forze Forze statiche: resistenza alle deformazioni. In base alla direzione di applicazione, queste forze possono indurre a sollecitazioni di: compressione, trazione, flessione, torsione e taglio Forze dinamiche: vengono applicate per periodi brevissimi. La resistenza dei materiali alle forze dinamiche, dette anche urti, viene definita Resilienza Forze periodiche:sono quelle che agiscono in modo discontinuo, con frequenza che può essere costante o irregolare. Il comportamento del materiale a queste sollecitazioni, viene definito come resistenza a fatica Forze concentrate:quelle forze che vengono applicate in zone ristrette dell oggetto. La resistenza che i materiali oppongono a questo tipo di forze applicate in zone ristrette o puntiformi, è detta durezza Forze di attrito:sono quelle che si manifestano tra due superfici a contatto in movimento reciproco. Il comportamento del materiale a queste sollecitazioni, viene definito come resistenza all usura. Fondamenti sui materiali 14

15 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Fallimento e frattura dei materiali in produzione e in servizio La frattura è fondamentale nel comportamento del materiale, influenza direttamente la selezionedi un materiale, i metodi di fabbricazione, e la vita utile dei componenti. Il fallimentodel materiale è indesiderabile, ma alcuni prodotti sono progettati in modo tale che sia essenziale per la loro funzione (lattine, spine di sicurezza sugli alberi, carta perforata per packaging). Fondamenti sui materiali 15

16 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Fallimento e frattura dei materiali in produzione e in servizio Maggiori tipi di fallimento: Frattura, attraverso cracking interno o esterno; sotto-classificata in due categorie generali: duttile e fragile Buckling: instabilità Fondamenti sui materiali 16

17 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Frattura dei materiali Frattura duttile Frattura duttile è caratterizzata da deformazione plastica, che precede il fallimento Materiali altamente duttili (es. oro) formano neckingfino ad un punto prima di arrivare a rottura; Maggior parte dei metalli e leghe forma neckingfino ad un'area Frattura duttile avviene lungo piani in cui sollecitazione a taglio massima. torsione, fratture duttili lungo piano perpendicolare all'asse di rotazione; taglio, frattura duttile lungo piani di scorrimento all'interno dei grani. Superficie di frattura duttile ha aspetto fibroso con fossette Frattura viene iniziata con formazione di piccoli vuoti intorno ad inclusioni o vuoti preesistenti che coalescono e crescono fino a rottura. Fondamenti sui materiali 17

18 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Frattura dei materiali Frattura duttile Evoluzione sino a frattura: Strizione σ Nucleazione vuoti Crescita dei vuoti e coalescenza Sforzi di Taglio Frattura Particelle che sono servite da agente nucleante Fondamenti sui materiali 18

19 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Frattura dei materiali Frattura duttile Effetto delle inclusioni: Le inclusionisono siti di nucleazione per i vuoti Inclusioni: impurità di vario tipo e di particelle di seconde fasi (es. ossidi carburi, solfuri) se si allineano durante la deformazione plastica mechanical fibering L'influenza dipende da forma, durezza, distribuzione e frazione volumetrica - frazione volumetrica inclusioni duhlità. Vuotie porositàpossono generarsi durante le lavorazioni (fonderia, trafilatura) e due fattori influenzano la loro formazione: 1. La forza di legame all'interfaccia inclusione-matrice 2. Durezza delle inclusioni Fondamenti sui materiali 19

20 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Frattura dei materiali Frattura duttile Influenza della Temperatura di transizione. Molti metalli subiscono cambiamento di duttilità e tenacità un rangedi temperatura detta di transizione. Principalmente per strutture CCC e alcune EC T transizione dipende da: composizione, microstruttura, finitura superficiale, forma del campione, e tasso di deformazione. in granulometria, Strain aging: Atomi di carbonio negli acciai si segregano sulle dislocazioni, fissandole, e aumentando la resistenza al loro movimento resistenza e du-lità. A T amb fenomeno richiede giorni A T alta può verificarsi in poche ore (acceleratedstrain aging) Es. fragilità blu, (rangedi T blu-calore acciaio+pellicola di ossido bluastra) provoca della duhlità e tenacità e resistenza di acciai al carbonio e acciai legak Fondamenti sui materiali 20

21 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Frattura dei materiali Frattura fragile Frattura fragile si verifica con poca o nessuna deformazione plastica In tensione, frattura avviene lungo il piano cristallografico (piano di clivaggio) su cui la tensione è massima: a trazione, superficie di frattura ha un aspetto granulare luminoso (riflessione sui piani di clivaggio) cricca si propaga tra i grani (gesso, ghisa grigia, cemento). a compressione, superficie di frattura segue un percorso a 45 rispetto alla direzione si sollecitazione. a torsione, falliscono secondo un piano ad un angolo di 45 rispetto all'asse di torsione. metalli CFC di solito non presentano frattura fragile metalli CCC e alcuni EC si rompono per clivaggio T e tasso di deformazione promuovono la framura fragile Fondamenti sui materiali 21

22 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Frattura dei materiali Frattura fragile Influenza dei Difetti: Presenza di difetti, come graffi, difetti, e cracks preesistenti esterni o interni. In tensione, la geometria a punta dei difetti è sottoposta a tensioni elevate propagano rapidamente il crack (guasto catastrofico). Difetti spiegano perché materiali fragili sono deboli a trazione rispetto a compressione Nei metalli policristallini, percorsi di frattura osservati sono transgranulari(transcristallinao intragranulare); la cricca si propaga attraverso il grano. Frattura intergranulare, la fessura si propaga lungo i bordi grano (es. bordi dei grani sono morbidi, contiene una fase fragile, o sono stati indeboliti da liquido o infragilimento da solido-metallo) Transgranulare Intergranulare Fondamenti sui materiali 22

23 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Frattura dei materiali Frattura fragile Frattura da fatica: Frattura di tipo fragile: piccoli cracksinterni o esterni si sviluppano a partire da imperfezioni o difetti preesistenti, si propagano e portano alla rottura improvvisa. Superficie di frattura: caratterizzata dal linee di spiaggia, serie di striature -ogni linea di spiaggia è composta da diverse striature. La resistenza a fatica può essere migliorata: Inducendo tensioni residue di compressione sulla superficie (pallinatura o rullatura); Cementazione (indurimento superficiale) Ottima finitura superficiale fine; Selezione di materiali appropriati e con ridotte inclusioni, vuoti, e impurità. Fondamenti sui materiali 23

24 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Frattura dei materiali Frattura fragile Frattura per stress-corrosion cracking: Frattura fragile che può avvenire in materiali duttili. Pezzi senza difetti possono sviluppare cracks nel tempo o dopo fabbricazione Propagazione della frattura può essere intergranulare o transgranulare. Suscettibilità a tenso-corrosione dipende da: Materiale: Ottone e acciai inossidabili austeniticisono tra i metalli sono altamente sensibili Presenza e entità di stress residui, Ambiente: mezzi corrosivi come acqua salata o altre sostanze chimiche Per evitare la tenso-corrosione bisogna eliminare stress residui (es. ricottura). Infragilimento da idrogeno: Presenza di idrogeno può ridurre la duttilità e causare grave infragilimento (rottura prematura) -grave per acciai ad alta resistenza. Possibili fonti di idrogeno sorgono durante la fusione del metallo, decapaggio e elettrolisi galvanica, presenza vapore acqueo nell'atmosfera, elettrodi umidi e flussi in saldatura. Fondamenti sui materiali 24

25 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Stress residui Deformazione plaskca non uniforme tensioni residue. Es. Curvatura di una barra metallica prima produce distribuzione di stress elastico lineare all'aumentare della sollecitazione esterna fibre esterne raggiungono snervamento (deformazione permanente). Rimuovendo il momento c'è scarico e recupero elastico - pattern sollecitazione residua interna -tensioni residue in equilibrio statico. GradienK termici tensioni residue Es. in raffreddamento dopo colata o stampaggio -espansioni e contrazioni locali producono deformazione non uniforme. L'equilibrio tensioni residue interne può essere disturbato dalla rimozione di uno strato di materiale deformazione del pezzo. Tensioni residue di trazione superficiali sono indesiderate (abbassano resistenza a fatica e a rottura) Tensioni residue di compressione in superficie sono auspicabili (aumentano resistenza a fatica) Fondamenti sui materiali 25

26 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Proprietà tecnologiche dei materiali Duttilità/Malleabilità: attitudine di un materiale ad essere lavorato a freddo per deformazione plastica. Duttilità e malleabilità si riferiscono rispettivamente all attitudine del materiale ad essere ridotto in fili mediante trazione e in lamine mediante compressione. Imbutibilità:attitudine di un materiale a essere deformato a freddo attraverso uno stampaggio profondo, senza fratture o rotture Estrudibilità: attitudine di un materiale che, tramite il processo di estrusione, tende ad acquisire determinate forme, quando viene spinto attraverso una matrice sagomata Piegabilità: attitudine dei materiali a subire notevoli deformazioni tramite piegatura, senza che essi manifestino cricche o cedimenti. Fusibilità:attitudine di un materiale a prendere una forma ben precisa, mediante fusione Saldabilità: attitudine di un materiale a unirsi per fusione con un altro materiale Truciolabilità: attitudine del materiale a subire lavorazioni, lasciandosi tagliare per asportazione di truciolo alle macchine utensili Fondamenti sui materiali 26

27 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA 3.Leghe metalliche: struttura e trattamenti Fonti KalpakjianS., SchmidS.R., Manufacturing Engineering & Technology, Sixth Edition, Pearson Cap.4 Metal alloys: their structure and strengthening by heat treatment Fondamenti sui materiali 27

28 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Leghe metalliche Proprietà e comportamento di metalli e leghe in produzione e le prestazioni finali dipendono da: composizione, struttura, e cronologia di lavorazioni e trattamenti termici a cui sono stati sottoposti. Resistenza, durezza, duttilità, tenacità, e resistenza ad usura sono fortemente influenzati da elementi di lega e processi di trattamento termico. Es. trattamento termico, modifica microstrutture e produce un varietà di proprietà meccaniche (formabilità, lavorabilità) Fondamenti sui materiali 28

29 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Struttura delle leghe metalliche Metalli puri hanno proprietà limitate, che possono essere migliorate da elementi di lega (applicazioni ingegneristiche). Formazione di leghe consiste in tre forme base: Soluzioni solide: soluto (elemento minore) + solvente (elemento maggiore) mantengono in solidificazione struttura cristallina del solvente; due tipi: Sostituzionali: soluto e solvente con dimensioni atomi comparabili (15%), struttura cristallina simile (Es. leghe Ni-Cu); Interstiziali:soluto dimensioni minori del solvente (59%), solvente deve avere più di un elettrone di valenza. (Es. acciai). Composti intermetallici: atomi di soluto in mezzo agli atomi di solvente; composti hanno solubilità solida buona resistenza alte T, corrosione, bassa densità. (Es. alluminuriti 3 Al, Ni 3 Al e Fe 3 Al Fondamenti sui materiali 29

30 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Struttura delle leghe metalliche Sistemi a due fasi: fase= porzione distinta e omogenea; ogni fase ha le sue caratteristiche e proprietà. Seconda fase ostacola movimento dislocazioni ( resistenza, duhlità rispemo soluzioni solide). Es. (a)pb+cuallo stato fuso: una fase piombo in soluzione solida nel rame + fase di piombo dispersa; (b) due serie di grani, ognuno con la sua propria composizione e proprietà Fondamenti sui materiali 30

31 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Solidificazione Metalli puri Metalli puri: punto di fusione e congelamento, e solidificazione avviene a T costante metallo fuso nel punto di congelamento (A) -energia del calore latente di solidificazione è ceduta a T costante (A-B), solidificazione è completa e metallo solido continua raffreddamento a T amb. Fondamenti sui materiali 31

32 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Solidificazione Leghe metalliche Leghe metalliche: solidificano in un intervallo di temperature -inizia quanto T metallo fuso scende sotto liquiduse si completa quando T raggiunge solidus. Nel rangedi solidificazione lega è allo stato pastoso -la sua composizione e lo stato sono descritti dal diagramma di fase. Fondamenti sui materiali 32

33 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Diagrammi di fase Diagramma di fase (di equilibrioo costituzionale): mette in relazione temperatura, composizione e fasi di una lega in equilibrio. Equilibrio= stato del sistema non varia nel tempo. Costituzionale= relazione tra struttura, composizione e struttura fisica della lega. Tipi di diagrammi di fase: (1) soluzioni solide complete; (2) eutettici, come ghisa; (3) euttettoidi, come gli acciai. Fondamenti sui materiali 33

34 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Diagrammi di fase Binario Cu-Ni Lega rame-nichel diagramma di fase binario, perché ci sono due elementi 50% Cu-50% Ni, comincia a solidificare T=1313 C, ed è completa a T=1249 C. Tra liquiduse solidus, T=1288 C, due fasi: una solida 42% Cu-58% Ni, una liquida del 58% Cu- 42% Ni. Fondamenti sui materiali 34

35 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Diagrammi di fase Binario Cu-Ni Lega solidificata è soluzione solida Cu (soluto) completamente disciolto nel Ni (solvente) ogni grano ha la stessa composizione, raggi atomici Cu=0.128 nme Ni=0.125 nm, entrambi CFC. Le proprietà meccaniche dipendono dalla loro composizione Esiste una percentuale ottimale di Ni che dà maggiore resistenza e durezza alla lega. Fondamenti sui materiali 35

36 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Diagrammi di fase Binario Pb-Sn Lega piombo-stagno: le singole fasi αe βsono soluzioni solide. Eutettico (easilymelted): il punto a più bassa T al quale la lega è ancora completamente liquida (183 C). Importante per applicazioni come saldobrasatura, basse temperature sono desiderabili per evitare danni termici durante l'unione Fondamenti sui materiali 36

37 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Diagramma ferro-carbonio Acciai e ghise sono rappresentati dal sistema binario ferro-carbonio. Commercialmente: ferro puro contiene fino a 0.008% C, acciai fino a 2,11% C, ghise fino a 6,67% C (<4,5% C) Diagramma di fase ferro-carbonio è significativo per applicazioni di ingegneria è fino al 6,67% C, perché Fe 3 C è una fase stabile. Ferro puro fonde a T=1538 C, raffreddando forma: 1. ferrite delta 2. austenite 3. ferrite alpha. Fondamenti sui materiali 37

38 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Diagramma ferro-carbonio Ferrite Ferrite α, soluzione solida di ferro CCC; solubilità solida massima 0,022% C a 727 C. Ferrite δ, forma stabile solo ad altissime temperature e non ha significato in ingegneria. Ferrite è morbida e duttile; magnetica per T amb < T <768 C (temp. di Curie). -Alte % di Cr, Mn, Ni, Mo, W e Si possono essere contenuti in soluzione solida nel Fe. Austenite In rangedi T ferro CCC subisce trasformazione polimorfica in CFC -ferro γo austenite, solubilità solida massima di 2,11% di C a 1148 C (maggiori posizioni interstiziali) Austenite è più densa ed è duttile a T elevate (buona formabilità) - Alte % di Ni e Mn possono essere contenuti in ferro CFC. Cementite Cementite è 100% carburo di ferro (Fe 3 C), con un tenore di carbonio di 6,67%. Cementite è composto intermetallico molto duro e fragile -può includere altri elementi di lega, come Cr, Mo e Mn. Martensite Austenite velocemente raffreddata CFC si trasforma (per scorrimento) in TCC, pochi sistemi di scorrimento e C interstiziale -estremamente duro e fragile, manca tenacità (uso limitato). Trasformazione di fase causa differenze di densità - austenite-martensite densità decresce (volume aumenta 4%). Fondamenti sui materiali 38

39 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Diagramma ferro-carbonio Sviluppo di microstrutture negli acciai Punto eutettico di ferro (0.77% C) raffreddando molto lentamente (equilibrio) da 1100 C austenite. Austenite si trasforma in ferrite α(ccc) + cementite- C in ferrite 0.022% eccesso forma cementite - Reazione eutettoidica Acciaio eutettoidico= perlite, (strati alternati di ferrite e cementite). Proprietà meccaniche intermedie. Sotto eutettico (< 0.77% C), si forma perlite(ferrite eutettoidica e cementite) + ferrite proeutettoidica (T>723 C-regione α+γ). Sopra eutettico (> 0.77% C), si forma perlite(ferrite e cementite eutettoidica) + cementite proeutettoidica(t> 723 C -regione α+fe 3 C). perlite Fondamenti sui materiali 39

40 Ghise UNIVERSITÀ ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Ghise (2.11%< C <4.5%, Si< 3,5%) classificate in base alla morfologia di solidificazione dall'eutettico (T=1154 C): Ghisa grigia Ghisa sferoidale Ghisa bianca Ferro malleabile; Ghisa a grafite compatta. Ghise sono classificati anche per struttura: ferritico, perlitica, bonificato, temprata. Ghisa grigia. grafite in flakes, frattura segue i flakes, duhlità debole a trazione, resistente a compressione, smorza vibrazioni (per attrito interno). Tre tipi di ghisa grigia: ferritico: lamelle di grafite in una matrice alfa-ferrite perlitica: grafite in una matrice di perlite (più resistente) martensitica: grafite in una matrice martensitica (molto dura) Fondamenti sui materiali 40

41 Ghise UNIVERSITÀ ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Ghisa sferoidale: grafite in noduli di forma sferoidale; materiale duttile e resistente agli urti. I flakesdi grafite si modificano in noduli aggiungendo Mg e/o Ce. Può essere ferritico o perlitico. Ghisa bianca: molto dura, resistente all'usura, e fragile - presenza di grandi % di ferro carburo (no grafite). Ottenuta: mediante raffreddamento rapido ghisa grigia o regolando la composizione (C e Si % basse). Frattura bianco cristallina. Ferro malleabile: ottenuto per ricottura ( C) ghisa bianca in un atmosfera di monossido di carbonio e biossido di carbonio. Grafite in cluster o rosette in matrice di ferrite o perlite; duttile, resistenza agli urti. Ghisa a grafite compatta: grafite in flakespiccoli, sottili e interconnessi, con superficie ondulata e estremità arrotondate. Proprietà intermedie tra ghisa grigia e sferoidale. Ghisa sferoidale Ferro malleabile Fondamenti sui materiali 41

42 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Trattamenti termici Leghe ferrose Trattamento termico = riscaldamento + raffreddamento a velocità controllata. Effetti trattamento dipendono da: lega, composizione, microstruttura, tasso di deformazione a freddo, e velocità di riscaldamento e raffreddamento del trattamento termico. Trattamenti che cambiano struttura del grano: recupero, ricristallizzazione, e la crescita del grano. Principali trattamenti che cambiano la struttura del sistema ferro-carbonio: Ricottura Tempra Rinvenimento Fondamenti sui materiali 42

43 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Trattamenti termici Leghe ferrose Ricottura: trattamento per il ripristino delle proprietà di un materiale lavorato a freddo o termicamente tramato per duhlità (formabilità) e durezza, per modificare la microstrumura, tensioni residue. Consta di: I. riscaldamento del pezzo ad una specifica T in un forno (atmosfera inerte o controllata); 2. mantenimento a tale T per un periodo di tempo, 3. raffreddamento del pezzo, in aria o in forno. Ricottura completa: ricottura di leghe ferrose -acciaio riscaldato sopra T di completa austenitizzazione+ raffreddamento lento (10 C/h) in forno strumura finale perlite grossolana (lamelle spesse e distanziate) - duttile, grani uniformi. Ricottura subcritica: riscaldo a T< T eutettoide, mantenimento e raffreddamento. Usata ripristinare duttilità ed eliminare tensioni residue-strutture perlite globulare fine. Normalizzazione: riscaldato a T> T austenitizzazione + raffreddamento in aria ferma - resistenza e durezza, duhlità della ricomura completa - struttura perlite fine Fondamenti sui materiali 43

44 ERGATA PARTIMENTO INGEGNERIA Trattamenti termici Leghe ferrose Tempra: brusco raffreddamento in acqua o olio dopo riscaldamento sopra la temperatura di austenizzazione. Elevata velocità di raffreddamento inibisce l'azione diffusiva di ripristino dell'equilibrio - trasferisce a temperatura ambiente uno stato termodinamicamente stabile a temperatura maggiore. Rinvenimento:trattamento termico che segue la tempra (ridurre durezza, fragilità). Si riscalda a T < Taustenitizzazionesufficiente a ripristinare la diffusività, un mantenimento per un certo tempo a questa temperatura ed infine un raffreddamento in un mezzo appropriato fino a temperatura ambiente. Fondamenti sui materiali 44