Effetto di elementi alliganti in Fe-C

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Mauro Conti
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1 Effetto di elementi alliganti in Fe-C A: austenitizzanti (gammogeni), Ni, Co, Mn, C, N B: ferritizzanti (alfogeni), Cr, Mo, V, W, Ta, Si, P, La solubilità può essere limitata (B, P, S, Cu, Pb,,..)

2 Effetto di elementi alliganti in Fe-C Formazione di carburi: i metalli che formano carburi stabili M x C y (carburigeni) sequestano il C dal Fe: Cr 7 C 3, Cr 23 C 6, Mo 2 C, TiC, VC, Fe 4 W 2 C. Alcuni elementi formano fasi precipitate: MnS, Al 3 Ni, nitruri, Altri elementi rimangono smiscelati (Cu, Pb) Effetto di Cr e C insieme sul loop γ: Cr viene sequestrato. Estesa zona ferritica.

3 Trattamenti termici degli acciai Ricottura (annealing): riscaldamento prolungato sopra A 3 (eutettoide o ipo-) oppure A 1 (iper-). Globulizzazione (spheroidizing): riscaldamento sotto A 1 per formare globuli di Fe 3 C invece di lamelle. Distensione (stress relieving): riscaldamento sotto l intervallo di trasformazione per ridurre tensioni interne. Normalizzazione (normalizing): riscaldamento sopra A3 e raffreddameto in aria calma. Rinvenimento (tempering): riscaldamento sotto A 1 per addolcire (trasformare la martensite).

Distensione (stress relieving): riscaldamento sotto l intervallo di trasformazione per ridurre tensioni interne.

4 Trattamenti termici degli acciai Bonifica. Trattamento in tre stadi: ricottura sopra A 3, tempra (quenching) e rinvenimento. Mezzi di tempra e loro efficacia: Acqua e soluzioni saline > oli minerali ~ sali fusi Rinvenimento in forni, bagni di olio, sali fusi, metalli fusi. Riscaldamento e tempra possono essere localizzati (es. superficiali)

Mezzi di tempra e loro efficacia: Acqua e soluzioni saline > oli minerali ~ sali fusi

5 Esempio: effetto della normalizzazione su un acciaio a medio C. Eliminare la ferrite di Widmanstätten.

6 Esempio: formazione di bainite e martensite per tempra e ricottura.

7 Trattamenti termochimici degli acciai Cementazione: indurimento superficiale per diffusione di C in acciai a basso C. Solida: CaCO CaO + 3 CO 2 CO 2 + C CO Liquida: 2NaCN + O2 2NaCNO NaCNO Na CO + 2NaCN + CO 2N Gassosa: in atmosfera di CO o idrocarburi. Nitrurazione: indurimento per diffusione di N. NH N + infe 3 ( ) 3 H 2 2

Solida: CaCO CaO + 3 CO 2 CO 2 + C CO Liquida: 2NaCN + O2 2NaCNO 4 2 3 + NaCNO Na

8 Trattamenti termici in più stadi Eliminano differenze tra superficie e cuore. Microstrutture omogenee. Necessità di spostare il naso della TTT a tempi più lunghi.

9 L uso degli equivalenti ed il diagramma di Schaeffler Il termine equivalente è impiegato per indicare l effetto dei vari elementi presenti in una lega ferrosa. Ciascuna concentrazione viene trasformata in equivalente della concentrazione di uno degli elementi principali (es. austenitizzante/ferritizzante). Il diagramma di Schaeffler fornisce informazioni sulla microstruttura di acciai inox dopo rapido raffreddamento da alta temperature (eq. di Ni e Cr). Cr eq = % Cr + 1,0 (% Mo) + 0,5 (% Nb + % Ta) + 1,5 (% Si) + 2 (% Ti) + (% W + % V + % Al) Ni eq = % Ni + 30 (% C) + 0,5 (% Mn) + 30 (% N) + 0,5 (%Co)

10 Esempi Acciaio da indurimento: 4.25 % Ni, 1.25% Cr, 0.25% Mo, 0.45 % Mn, =.25 % Si, 0.3 % C. Punto a. Acciaio tipo 316: 17.5 % Cr, 11 % Ni, 1.2 % Mn, 0.6 % Si, 0.05 % C. Punto b. Acciaio GX20Cr14: C 0,16-0,23, Si 1,0 max, Mn 1,0 max, Cr 12,5-14,5, Ni1,0 max. Cr eq min = 12,5 + 0,3x1,5 = 12,95; Ni eq min = 0,0 + 0,16x30 + 0,6x0,5 = 5,10 Cr eq max = 14,5 + 1,0x1,5 = 16,00 Ni eq max = 1,0 + 0,23x30 + 1,0x0,5 = 8,40 a b Le forcelle per l acciaio implicano microstrutture diverse. Stato di base ferrite + martensite. Possibilità di trattamento termico.

Cr eq min = 12,5 + 0,3x1,5 = 12,95; Ni eq min = 0,0 + 0,16x30 + 0,6x0,5 = 5,10 Cr eq max = 14,5 + 1,0x1,5 = 16,00 Ni eq max = 1,0 +

11 L indurimento per precipitazione Processo in tre stadi: 1) ricottura sopra i 500 C, 2) tempra a T ambiente, 3) ricottura a T basseintermedie ( C) La sequenza è: α 0 α 1 + zone di Guinier-Preston α 2 + θ α 3 + θ α 4 + θ Le fasi sono: α n soluzione solida sovrasatura fcc; il pedice n (tra 0 e 3) denota il livello decrescente di sovrasaturazione. Il pedice n=4 indica equilibrio, zone GP strati monoatomici di Cu su (001) Al θ dischi sottili, del tutto coerenti con la matrice, tetragonale. θ a forma di disco, semicoerente su (001) q bct. θ - incoerente, ~sferica, bct complessa.

n (tra 0 e 3) denota il livello decrescente di sovrasaturazione.

12 L indurimento per precipitazione Microscopia di zone e precipitati e loro associazione con le curve di indurimento. 20 nm 2 µm

13 Effetti di indurimento in leghe Al-Cu. - indurimento per soluzione subito dopo tempra, - indurimento da zone coerenti, - contributo del precipitato che deve essere tagliato dalla dislocazione,l - effetto del blocco delle dislocazioni tra due punti ( )

contributo del precipitato che deve essere tagliato dalla dislocazione,l - effetto

14 Effetti di ricottura in leghe di Al: precipitate free zones (PFZ). - nucleazione preferenziale su bdg con sequestro di soluto - annichilazione di vacanze su bdg - occorre aumentare la T di solubilizzazione e temprare più velocemente - trattamenti termici a due stadi: nucleazione a bassa T (alta frequenza, bassa mobilità atomica) crescita veloce a più alta T per tempi brevi. Al-4Zn-3Mg 24 h a 150 C.

occorre aumentare la T di solubilizzazione e temprare più velocemente - trattamenti termici a due

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