Leghe ferrose
Classificazione acciai Acciai al Carbonio: Fe + C (%C da 0,06% a 2,06 %) High Strengh Low Alloy (HSLA): contengono 0.2% di C, 1.5% Mn e piccoli tenori di Si, Cu, V, Nb), sono prodotti con purezza controllata ed hanno alta resistenza. Dual Phase: a basso-medio C, ottenuti con microstruttura mista ferrite-martensite. Acciai speciali: acciaio semplice + altri elementi alliganti Acciai debolmente legati: la percentuale di ogni elemento non supera il 5%. Acciai legati: la percentuale di almeno uno degli elementi alliganti supera il 5% Denominazione in base all uso industriale Acciai per strutture metalliche Acciai da cementazione Acciai per cuscinetti Acciai superrapidi da utensili Acciai inossidabili Acciai da bonifica Acciai da nitrurazione Acciai automatici Acciai per molle
Acciaio da bonifica: es. 39 NiCrMo 3, 0,39% in peso di C, 0,75% (3/4) Ni, non meno dello 0,25% di Cr, non meno dello 0,10% Mo. Acciaio da cementazione: es. 18 NiCrMo 5, 0.18% in peso di C, 1,25% (5/4) Ni, non meno dello 0,25% di Cr, non meno dello 0,10% di Mo. Acciaio da nitrurazione: es. 41 CrAI Mo 7, 0.41% in peso di C, 1,75% (7/4) Cr, non meno dell 1% di Al e dello 0,10% di Mo. Acciaio per cuscinetti: es. 100 CrMn4, 1% in peso di C, 1% di Cr, non meno dell 1% di Mn Acciaio per lavorazioni ad alta velocità (automatico): es. 9 S Mn23, 0,09% in peso di C, 0,23% (23/100) in peso di S, non meno dell 1% di Mn. Acciaio rapido:. es X 80 W CoV 18 10 1 KU, 0,80 in peso di C, 18% di W, 10 di Co, 1% di V, Acciaio per molle: es. 55 Si 7, 0.55% in peso di C, 1,75% (7/4) Si. Acciai inossidabili: formulazioni già viste.
Temprabilità dell acciaio: prova Jominy Tempra differenziata da seguita da determinazione del profilo di durezza.
Classificazione ghise Ghisa bianca: eutettico metastabile, γ + Fe3C Ghisa grigia: eutettico stabile, γ + grafite Ghisa malleabile: ghisa bianca con trattamento termico in campo γ + Fe 3 C, grafite a rosette Ghisa sferoidale: eutettico stabile modificato con Mg e/o Ce, grafite nodulare Ghisa a grafite compatta (CGI): eutettico stabile a grafite vermicolare. La solidificazione è preceduta da inoculazione con Fe-Si. Uso del C equiv = %C+1/3(%Si + %P); indica la posizione dell eutettico nel sistema multicomponenti
Microstrutture delle principali ghise
Trasformazioni della matrice della ghisa. Matrice ferritica e perlitica. Possibili trattamenti termici: austempering
Leghe non ferrose Leghe leggere Alluminio (fcc, densità 2.7 gcm -3 ) Magnesio (hcp, densità 1.7 gcm-3) Titanio (densità 4.5 gcm-3) (hcp bcc a 883 C) Altre leghe Nickel (fcc, densità 8.9 gcm-3) (superleghe) Rame (fcc, densità 8.8 gcm-3) Zinco (hcp, densità 7.1 gcm-3) (protezione galvanica) Metalli refrattari (Mo, W, Nb, Ta, ) Metalli nobili (Au, Ag, Pt, Pd,.) Intermetallici Compositi a matrice metallica
Classificazione leghe di Al Ogni lega è definita da quattro cifre, una lettera ed un ulteriore numero. 1XXX Al con purezza minima 99% 2XXX leghe Al - Cu 3XXX leghe Al - Mn 4XXX leghe Al - Si 5XXX leghe Al - Mg 6XXX leghe Al - Mg - Si 7XXX leghe Al - Zn - Mg 8XXX leghe che non rientrano nelle serie precedenti, es. Al-Li F (come fabbricata), O (ricotta), H (lavorata a freddo), T (trattata termicamente) 3 (solubilizzata e lavorata a freddo), 6 (solubilizzata e invecchiata)
Serie 1xxx, 3xxx, 5xxx non trattabili termicamente; serie 2xxx, 6xxx, 7xxx trattabili termicamente Leghe da colata (per getti): es. 2xx.x a base Cu, 4xx.x a base Si. Principale alligante: Si (5-12%) Affinanti del grano (inoculanti): Al-3-5%Ti, Al-Ti-0.2-1%B (Ti:B ~ 5:50) Modifica dell eutettico con Sr, NaF. Con aggiunte di Cu, Mg sono trattabili termicamente. Al-12Si Al-12Si-0.02Sr
Leghe di Cu Affinamento elettrolitico Rame puro commerciale, ottoni da lavorazione plastica, Cu-Ni30. Leghe da trattamento termico (Cu1.9Be, Cu-Si-Ni) Bronzi ed ottoni da getti Leghe di Mg Struttura hcp. Suscettibile alla corrosione. Leghe da deformazione plastica con Al, Zn, terre rare, Zr. Designazione dei trattamenti termici come per Al. Leghe da getti con Al, Zn
Leghe di Ti Resistenza alla corrosione (Ti commercialmente puro (CP)), biocompatibilità. Reazione con ossigeno ad alta temperatura ed affinità con H, N, C. Metallurgia legata alla trasformazione α(hcp)/β(bcc). Al, Sn, O, stabilizzano α. V, Mo, Cr, Fe stabilizzano β. Si hanno quindi leghe α, leghe α+β e leghe β. Es. Ti5Al2.5Sn, Ti6Al4V, Ti-8Mo-8V-2Sn-2Fe. Leghe di Ni Resistenza alla ossidazione a caldo ed alla corrosione. Monel Ni70-Cu30. Superleghe per alte temperature: a base Ni (~50%) ma contenenti molti elementi in elevati tenori (Cr, Co >10%), tenori di unità percentuali (Fe, Al, Ti, metalli refrattari), bassi tenori (C, B). Microstruttura γ/γ con frazioni di carburi (boruri).
Lavorazioni dei metalli Deformazione a caldo: alti tassi di deformazione, problemi di ossidazione e dacapaggio. Deformazione a freddo: incremento resistenza meccanica e finitura superficiale. Eventuale sequenze di deformazione e ricottura.
Lavorazioni meccaniche dei metalli Forgiatura: deformazione di un singolo pezzo a caldo. Laminazione: molto usata per produrre fogli ma anche sagome a caldo ed a freddo (es. a T, L...). Estrusione: passaggio forzato a caldo attraverso un orifizio. Trafilatura: passaggio attraverso uno stampo conico sotto trazione.
Processi di fusione Processi per forme complesse, leghe a bassa duttilità e per ragioni di costo. Fusione in sabbia: molto comune, lo stampo è costituito da un ceramico sabbioso pre-formato. Il metallo vi è immesso attraverso canali di colata. La fusione in stampo si fa in uno stampo metallico. Pressofusione: Il metallo liquido è forzato e fatto solidificare sotto pressione in uno stampo. Fusione a cera persa, microfusione: il modello è realizzato in cera o plastica attorno a cui si costruisce lo stampo ceramico. Sciolta la cera, si cola il metallo. Fusione a schiuma persa (lost foam): modello realizzato in schiuma (es. granuli di polistirene). Colata continua: impianti di grandi dimensioni per la produzione continua di bramme o bllette che vengono poi laminate a caldo.
Metallurgia delle polveri Compattazione di polveri a cado e sotto pressione. Le polveri si saldano per diffusione. Tecnologia adatta per parti complesse, metallo refrattari, leghe non lavorabili, strette tolleranze dimensionali. Saldatura Processo di giunzione di parti metalliche che vengono unite attraverso fusione, diffusione o miscelazione meccanica. Tipologie: ad arco, a gas, brasatura, laser, diffusion bonding, friction stir welding. Nel caso della fusione vi può essere materiale di apporto. Si forma accanto alla zona fusa anche una zona termicamente alterata (heat affected zone, HAZ) dove si ha modifica della microstruttura.