LABORATORIO DI METALLURGIA. Prof. Oddone Ruggeri Ing. Alessandro Morri Dott. Fabrizio Tarterini

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1 LABORATORIO DI METALLURGIA Prof. Oddone Ruggeri Ing. Alessandro Morri Dott. Fabrizio Tarterini

2 Obiettivi del Corso Fornire le conoscenze di base relativamente: alle tecniche per la caratterizzazione microstrutturale e meccanica dei materiali; alle strumentazione di laboratorio. Comprendere le correlazioni tra: microstruttura e trattamenti termici microstruttura e proprietà meccaniche per acciai e ghise

3 Obiettivi del Corso (a) (b) Le proprietà meccaniche dipendono dalla struttura cristallina

4 Obiettivi del Corso Lega di Titanio Acciaio Ghisa Compositi Lega di Alluminio Le proprietà meccaniche dipendono dalla microstruttura

5 Obiettivi del Corso Proprietà Struttura Processo

6 Obiettivi del Corso Essere in grado di valutare e scegliere: i materiali; i trattamenti termici a cui questi devono essere sottoposti; in funzione dell applicazione per cui questi devono essere utilizzati

7 Programma del corso Strumentazione di Laboratorio: Carte abrasive e Lappatrici Forno per trattamento termico Microscopi (stereo, ottico) Software acquisizione ed analisi immagine Macchina di trazione Microdurometro Abilità da conseguire: Preparazione dei campioni metallografici Riconoscimento delle microstrutture di acciai e ghise Esecuzione della prova di trazione Esecuzione della prova di microdurezza

8 Modalità del corso Durata 7 lezioni dalle ore alle ore 18 I Modulo In aula (preparazione alle esperienze di laboratorio) II Modulo Laboratorio Valutazione Relazione scritta sulle esperienze svolte (consegnate 7 giorni prima della data dell esame orale). Esame orale

9 Ricevimento Modalità del corso Prof. O. Ruggeri (tel Mercoledì 10,00 12,00 Venerdì 11,00 12,00 Ing. A. Morri (tel Lunedì 11,00 13,00 Dott. F. Tarterini (tel Martedì 11,00 12,00 SITO

10 Modalità del corso Bibliografia consigliata: Dispense del Corso di Metallurgia Dispense del Corso del Laboratorio di Metallurgia

11 METALLOGRAFIA La Metallografia è la branca della Metallurgia che si propone di caratterizzare strutturalmente i materiali metallici. Gli scopi fondamentali sono: La comprensione delle caratteristiche meccaniche e tecnologiche La previsione del comportamento dei materiali metallici nelle condizioni d esercizio Il controllo della corrispondenza del materiale alle specifiche richieste nel progetto Il riconoscimento di eventuali anomalie e l individuazione delle cause responsabili di danneggiamenti

12 METALLOGRAFIA Per poter effettuare delle determinazioni metallografiche è necessaria la conoscenza e correlazione con: Tipologia di materiale (acciai al carbonio, legati, ghise ecc) Diagrammi di equilibrio della lega analizzata

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14 SELEZIONE E PRELIEVO DEI CAMPIONI Il campione scelto deve essere rappresentativo del manufatto Il prelievo deve essere effettuato in maniera da non alterare strutturalmente il materiale.

15 SELEZIONE E PRELIEVO DEI CAMPIONI E bene prelevare piu campioni dallo stesso pezzo.

16 INGLOBATURA IN RESINA A B I provini metallici, sono di norma inglobati in formelle di resina al fine di bloccarli efficacemente durante le operazioni di spianatura e lucidatura. l inglobatura a freddo l inglobatura a caldo

17 INGLOBATURA IN RESINA a freddo resine che polimerizzano a T ambiente preferite per leghe a bassa T fusione

18 INGLOBATURA IN RESINA a caldo T= C min

19 SPIANATURA La prima spianatura viene eseguita mediante tornio, mole o carte abrasive Gli scopi della spianatura sono: Rimozione di eventuali strati alterati dalle operazioni di taglio Preparare il materiale alla successiva lappatura. Precauzioni devono essere tenute per evitare alterazioni strutturali causate da: Deformazioni plastiche Alterazioni termiche

20 SPIANATURA MANUALE ~ grit Passaggio su carte o panni abrasivi a granulometria progressivamente più fine.

21 SPIANATURA MECCANICA

22 LUCIDATURA FINALE La lucidatura finale è eseguita su lappatrici a piatti rotanti. Si utilizzano dischi di tessuto, con una sospensione di polveri abrasive o paste o spray contenenti granuli di diamante. L operazione è eseguita in progressione, partendo da abrasivi con granulometria di 5 6 µm sino a 0,20 0,10 µm

23 LUCIDATURA ELETTROCHIMICA Attrezzatura: cella elettrolitica. il campione funge da anodo il catodo è solitamente costituito da acciaio inossidabile. Anodo e catodo sono immersi in una soluzione acquosa acida

24 LUCIDATURA ELETTROCHIMICA Principio di funzionamento: per effetto del passaggio preferenziale di corrente in corrispondenza delle porzioni in rilievo della rugosità, queste ultime si dissolvono più rapidamente delle gole della superficie. Parametri da controllare: Tensione, Corrente, Composizione della soluzione. La lucidatura elettrolitica si applica su quelle leghe che sono difficilmente lappabili per via meccanica. Non si presta invece per la lucidatura di strutture con più fasi.

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26 ATTACCO DELLE SUPERFICI LUCIDATE L attacco chimico o elettrochimico delle superfici metalliche lucidate, permette di evidenziare la struttura cristallina per effetto della corrosione selettiva operata dai reattivi sulle zone superficiali dotate di maggiore energia.

27 ATTACCO DELLE SUPERFICI LUCIDATE 1) ossidante e/o complessante nei confronti di aree con maggiore contenuto energetico: irregolarità cristalline, bordi di grano, fasi non coerenti, zone incrudite, inclusioni, etc. 2) lisciviante verso i prodotti d'ossidazione allo scopo di staccarli ed allontanarli dalle superfici corrose. La composizione dei reattivi chimici è formulata in base alla natura della lega metallica o delle fasi da mettere in risalto.

28 PRINCIPALI REATTIVI CHIMICI PER LEGHE FERROSE Denominazione convenzionale Composizione chimica Modalità d uso Nital 2 2 cm 3 HNO 3, 98 cm 3 C 2 H 5 OH (alcol etilico). D'uso generale per leghe ferrose. Per acciai a bassa % di C. Picral 4 Cloruro ferrico 4 g ac. picrico, 96 cm 3 C 2 H 5 OH (etanolo). 10 g FeCl 3, 30 cm 3 HCl, 120 cm 3 H 2 O. Per leghe ferrose: attacca la martensite e le strutture sferoidizzate. Adatto per ghise ad eccezione di quelle ferritiche. Per acciai inossidabili, ottoni e bronzi.

29 MICROSCOPIO OTTICO METALLOGRAFICO Il microscopio ottico è utilizzato per l osservazione micrografica della struttura dei metalli e delle leghe. L osservazione micrografica viene effettuata illuminando i provini per riflessione. I limiti sono: Uno scarso potere risolutivo, inferiore a 0,2 micron. Impossibilità di mettere a fuoco dettagli posti su piani differenti (profondità di campo).

30 STRUTTURE METALLOGRAFICHE DI ACCIAI Fig. 7 Ferrite 500X Fig. 8 Ferrite e perlite, 0,16%C 500X

31 Fig. 9 Ferrite e perlite, 0.45% C 500X Fig. 10 Perlite, 0.85% C 500X

32 Fig. 11 Perlite e Cementite secondaria,1,5% C 500X Fig. 12 Austenite 12%Mn 500X

33 STRUTTURE METALLOGRAFICHE DELLA LEGA DI TITANIO TI-6AL-4V Fig. 13 Struttura di Widmanstaetten Fig. 14 Martensite alfa primo Fig. 15 Struttura duplex dopo ricottura Fig. 16 Struttura duplex dopo tempra ed invecchiamento

34 STRUTTURE METALLOGRAFICHE G-Al Si 17,5 Ni 1,2 Mg 1 Cu 1 Ti 0,14 Fig. 16 Struttura di un getto in conchiglia non modificato Fig. 17 Struttura di un getto in conchiglia modificato

35 STRUTTURE METALLOGRAFICHE G-Al Si 7Mg 0,3 Cu 1 Ti 0,15 Mg2 Si - Fe Mg3 Si6 Al8 Fe Mg3 Si6 Al8 Si Mg2 Si Fig. 18 Struttura di un getto in sabbia non modificato