Corso di Laurea in Ingegneria Edile. Materiali metallici e leghe metalliche. Leghe del ferro: acciai e ghise.

Documenti analoghi
Diagrammi di equilibrio delle leghe non ferrose

Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata Soluzione Esercitazione IV Prof. Dott. Bernhard Elsener

ESERCIZIO 1. E` dato il diagramma di stato Ferro Fe 3 C.

I DIAGRAMMI DI STATO. DIAGRAMMI DI STATO diagrammi di equilibrio

Tecnologia Meccanica Proff. Luigi Carrino Antonio Formisano Diagrammi di stato

Tecnologia Meccanica prof. Luigi Carrino. Solidificazione e

L energia di attivazione Q è direttamente proporzionale alla temperatura di fusione T fus.

a) Descrivere brevemente l interdependenza tra Q e T fus. L energia di attivazione Q è direttamente proporzionale alla temperatura di fusione.

Mtll Metallurgia Diagramma di fase Fe - C

Corso di Laurea in Ingegneria Edile

PARTE PRIMA ASPETTI GENERALI Capitolo 1 STRUTTURA E PROPRIET DEI MATERIALI 1. STRUTTURA DEI MATERIALI 1.1. Macrostruttura 1.2. Microstruttura 1.3.

Introduzione ai trattamenti termici

Lettura Diagrammi di stato

MATERIALI. Perché così tanti materiali diversi?

11 aprile Annalisa Tirella.

CORSO DI CHIMICA PER L AMBIENTE. Lezione del 12 Aprile 2016

PATRIZIA CINELLI LEZIONE V

MATERIALI METALLICI. Piombo ( Pb ) Nichel ( Ni ) al carbonio o comuni

DIAGRAMMI DI STATO. Una singola fase ha in ogni sua parte un identico comportamento se sottoposta a sollecitazioni fisiche o chimiche

Compito di Scienza dei Materiali 16 Aprile 2010

I materiali I materiali a disposizione per ottenere manufatti utili alle attività umane si possono suddividere genericamente in:

1. Le forze intermolecolari 2. Molecole polari e apolari 3. Le forze dipolo-dipolo e le forze di London 4. Il legame a idrogeno 5. Legami a confronto

Capitolo 12 Le forze intermolecolari e gli stati condensati della materia

Metalli. Punti di ebollizione e di fusione molto alti. Alta densità. Non solubilità. Legami non direzionati. Malleabile. Opacità e lucentezza

Stati della materia. Stati della materia

o I I I I I I UTET LIBRERIA

SCHEDA DI APPROFONDIMENTO: TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI

Valitutti, Falasca, Tifi, Gentile. Chimica. concetti e modelli.blu

TRATTAMENTI TERMICI DEI MATERIALI FERROSI

Tecnologia Meccanica Proff. Luigi Carrino Antonio Formisano Ghise e acciai

Principi di DIAGRAMMI DI STATO dei MATERIALI versione#1 Prof.A.Tonini

I legami fra molecole nei liquidi non sono forti ed esse possono fluire Riducendo l agitazione termica. legami tra molecole più stabili

Produzione di titanio metallico puro.

Struttura e geometria cristallina

(2) cubico a facce centrate (3) esagonale compatto

CORSO DI CHIMICA PER L AMBIENTE. Lezione del 14 Aprile 2016

Passaggi di stato. Tecnologie di Chimica Applicata

NOTA TECNICA : Metallurgia di base degli acciai speciali da costruzione

5 - MINERALI Sostanze solide, naturali, inorganiche, con una struttura interna ordinata e una limitata varietà di composizione chimica

Classificazione della materia 3 STATI DI AGGREGAZIONE

Teoria degli orbitali ibridi

Tecnologia Meccanica Proff. Luigi Carrino Antonio Formisano Solidificazione

IL FERRO E LE SUE LEGHE


TRATTAMENTI TERMICI. Trasformazioni di fase: termodinamica vs cinetica.

scuola secondaria di primo grado istituto gianelli Tecnologia prof. diego guardavaccaro i metalli u.d. 03

PROPRIETA FISICHE. Si riferiscono alle caratteristiche generali dei materiali, e il loro comportamento in relazione agli agenti esterni

Materiali metallici. Materiali ceramici Materiali polimerici

Il vetro è definito o come un solido senza ordine a lungo raggio oppure come un materiale che manifesta il fenomeno della transizione vetrosa.

Esercitazione: DIAGRAMMI DI STATO


La deformazione plastica. La deformazione plastica. Lavorazioni per deformazione. Il processo di laminazione Estrusione e trafilatura La forgiatura

Mtll Metallurgia Acciai e ghise

reazioni Sostanze Reazioni di sintesi Reazioni di decomposizione

1.La forma delle molecole 2.La teoria VSEPR 3.Molecole polari e apolari 4.Le forze intermolecolari 5.Legami a confronto

Esercitazione struttura

PATRIZIA CINELLI LEZIONE III-IV

Unità Didattica La TAVOLA PERIODICA

Capitolo 1 COSTITUZIONE DELLA MATERIA

I MATERIALI SCELTA DEL MATERIALE SCELTA DEL MATERIALE FUNZIONALITÀ

FERRO E SUE LEGHE. Il Ferro (Fe) è un metallo: Duttile Malleabile Magnetizzabile Facilmente ossidabile

LICEO SCIENTIFICO TITO LUCREZIO CARO NAPOLI. Classificazione dei minerali

Forze interioniche ed intermolecolari

Virt&l-Comm

GETTI DI GHISA GRIGIA

Per le animazioni utilizzare la barra spaziatrice; per muoversi all interno della rappresentazione utilizzare i pulsanti e/o le parole calde.

La Vita è una Reazione Chimica

Le idee della chimica

Tensione di vapore evaporazione

Esploriamo la chimica

I minerali e le rocce

Proprieta dei materiali

Elementi di cristallografia

Per esempio, possiamo osservare il legame ionico nella molecola di cloruro di sodio. Il cloro e il sodio hanno le seguenti strutture di Lewis:

CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI

LAVORO ESTIVO DI TECNOLOGIA TECNOLOGIA MECCANICA & LABORATORIO PROPRIETA DEI MATERIALI, PROVE MECCANICHE E COSTITUZIONE DELLA MATERIA

PROVE DI QUALIFICAZIONE PER GLI ACCIAI DA CARPENTERIA

Nel processo thermal spray la polvere ceramica viene spinta da un gas nella torcia dove viene fusa e spruzzata contro il substrato da rivestire.

Le lavorazioni: la formatura. Le lavorazioni: la formatura. Le lavorazioni industriali. Il processo di fusione La fusione in forma transitoria

Fenomeno fisico. Le trasformazioni che la materia subisce senza modificare la sua composizione e che sono reversibili si chiamano fenomeni fisici

LA COLATA CENTRIFUGA

Università del Salento Facoltà di Ingegneria Costruzione di Macchine

G. M. La Vecchia Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Brescia

minerale roccia cristallo Abito cristallino Punto di fusione La durezza La sfaldatura

LEGAME METALLICO PROPRIETA METALLICHE NON METALLI SEMIMETALLI METALLI

L ACCIAIO. Costruzione delle Opere di Architettura A Prof. Arch. Alessandro Claudi de Saint Mihiel

Le soluzioni. Lezioni d'autore di Giorgio Benedetti

Leghe del RAME. anche la presente pagina deve essere riprodotta nelle copie. (versione ottobre 2001)

ROCCE E MINERALI nativi composti mineralogia minerale roccia struttura del reticolo cristallino

Legame metallico. Non metalli. Semimetalli. Metalli

TECNOLOGIA DEI MATERIALI RIASSUNTO

La CHIMICA, come tutte le scienze, ha un suo LINGUAGGIO e un METODO

Transizioni liquido-solido: Aspetti cinetici

Corso di Elettronica Industriale (CdL in Ingegneria Meccatronica, sede di Mantova) Semiconduttori intrinseci e drogati

ESERCIZI Tabella dei potenziali

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

Valitutti, Falasca, Tifi, Gentile. Chimica. concetti e modelli.blu

Trattamenti termici dei metalli

Il legame ionico legame ionico

Un sistema eterogeneo è in equilibrio quando in ogni sua parte è stato raggiunto l equilibrio:

Transcript:

Dip. di Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale Università Federico II di Napoli Corso di Laurea in Ingegneria Edile Corso di Tecnologia dei Materiali e Chimica Applicata (Prof. Fabio Iucolano) Materiali metallici e leghe metalliche. Leghe del ferro: acciai e ghise.

Materiali Metallici Legame Metallico Reticolo di ioni positivi immersi in elettroni delocalizzati, liberi di muoversi all interno del reticolo. Caratteristiche legame metallico Legame forte Legame non direzionale Elettroni delocalizzati Proprietà dei metalli Elevati punti di ebollizione e di fusione Alta densità Duttili Malleabili Buoni conduttori di calore ed elettricità Opacità e lucentezza

Materiali Metallici Ferrosi Ferro (Fe) Leghe ferrose (Acciai e Ghise) Non Ferrosi Rame (Cu) Stagno (Sn) Zinco (Zn) Alluminio (Al) Titanio (Ti) Bronzi (Cu-Sn) Ottoni (Cu-Zn) Leghe leggere (leghe dell Al)

Materiali metallici ferrosi Un po di storia Quando si pensa al primitivo uso del ferro, il riferimento immediato è con l'"età del ferro" (1200 a.c.), anche se i primi manufatti risalgono addirittura al 4000 a.c. Nei secoli passati il ferro fu usato in ambito edile con svariate funzioni: Per uso statico-strutturale Per protezione o barriera Per comunicazione tra vani o edifici diversi Per infissi Per decorazioni

Materiali metallici ferrosi Un po di storia Catene di irrigidimento strutturale Venivano usate per collegare le parti verticali in muratura degli edifici, allo scopo di evitare il cedimento laterale della struttura. La collocazione di queste catene è sempre denunciata dalla presenza, sulle estremità, dei capochiave, che servivano a bloccare la catena nella muratura.

Materiali metallici ferrosi Un po di storia Castello Maniace, Siracusa Cerchiature in ferro di colonne e pilastri Venivano usate per assorbire le spinte delle cupole nel caso di impossibilità di assorbimento delle spinte da parte della muratura Duomo, Orvieto

Dal ferro all acciaio Perché..?? Ruolo di %C sulla curva σ-ε dell acciaio 1.12%C 0.8%C 0.61%C Il ferro puro, oggi, non ha alcun uso pratico, perché è estremamente duttile ma poco resistente. 0.36%C 0.21%C Per un uso tecnologico deve essere messo in lega con carbonio per formare acciai o ghise. %C

Leghe metalliche Sono miscele di metalli o di metalli e non metalli, che solidificando presentano proprietà metalliche. Metallo base = Elemento in maggiore quantità Elementi di alligazione = Elementi secondari che, appositamente introdotti, permettono di ottenere proprietà specifiche Osserviamo che. Sono ottenute generalmente a partire dai metalli allo stato fuso e poi raffreddando con cautela Hanno spesso proprietà diverse dai componenti di partenza Le proprietà non variano linearmente con la composizione

Struttura delle leghe Soluzioni solide Gli atomi degli elementi coesistono nella stessa struttura cristallina, con percentuali variabili entro un limite di solubilità. Sostituzionale Interstiziale Composti intermetallici Cristalli di composizione definita e costante (es. Fe 3 C, cementite) Cementite

LEGHE METALLICHE Ferrose (Fe>50%) Non Ferrose Acciai (C<2%) Ghise (2%<C<6%) Bianche Grigie Sferoidali Malleabili Classificazione

Il Ferro E tra gli elementi più diffusi sulla crosta terrestre (~5%) Polimorfismo: assume differenti strutture cristalline in funzione della temperatura. Magnetite, Fe 3 O 4 Fe-α C.C.C. Fe-γ Fe-δ ~911 C ~1392 C 1536 C (T f ) C.F.C. C.C.C.

Soluzioni solide Fe-C Ferro e carbonio formano delle soluzioni solide interstiziali, con il carbonio che si posiziona nelle lacune ottaedriche del ferro. Fe-α Fe-γ Fe-δ + C Ferrite C max =0.02% T=723 C + C Austenite C max =2% T=1147 C + C Ferrite-δ C max =0.1% T=1493 C

Lacune ottaedriche nei reticoli CFC e CCC CFC: Ottaedro regolare, Raggio l.o. = 0.52 Å Ottaedro regolare CCC: Ottaedro irregolare, Raggio l.o. = 0.19 Å Raggio atomico Carbonio = 0.80 Å Pertanto, quando un atomo di C entra nel reticolo CCC crea una grossa distorsione del reticolo, rendendo inaccessibile un gran numero di lacune nelle posizioni adiacenti. Ottaedro irregolare Ciò spiega la bassissima solubilità del C nel Fe-α, nonostante tale reticolo sia meno compatto del Fe-γ

Microstrutture dell acciaio Microstruttura: è la struttura che si presenta ad un livello di dettaglio tale per cui si possano individuare le singole fasi o particelle che costituiscono il sistema. Si osserva con ingrandimenti al microscopio (100x 1000x) Influenza fortemente le proprietà meccaniche del materiale Il raffreddamento delle leghe metalliche allo stato fuso influisce sulle microstrutture? Raffreddamenti lenti Raffreddamenti veloci Microstrutture di equilibrio Microstrutture di non-equilibrio

Diagrammi di stato: a cosa servono Le microstrutture di equilibrio (cioè quelle che si ottengono in seguito a raffreddamenti molto lenti) possono essere previste e studiate mediante i diagrammi di stato, che consentono di: - Valutare quante e quali fasi sono presenti in un sistema al variare della composizione e della temperatura in condizioni di equilibrio, - Valutare la massima solubilità di un elemento in un altro allo stato solido ed in condizioni di equilibrio; - Conoscere la temperatura alla quale una miscela raffreddata in condizioni di equilibrio inizia a solidificare, e l intervallo di temperatura della solidificazione; - Conoscere la temperatura alla quale iniziano a fondere le varie fasi.

Diagramma di stato Fe-Fe 3 C semplificato Le microstrutture di equilibrio (cioè quelle che si ottengono in seguito a raffreddamenti molto lenti) di un acciaio, possono essere previste in base al diagramma di stato ferro-cementite. Ipotesi: P = cost = 1 atm Si trascura la solubilità di C nel Fe-α Si trascura la presenza della Ferrite-δ L = Fase liquida α = Ferrite γ = Austenite Fe 3 C = Cementite

Microstrutture di equilibrio (Raffreddamenti lenti) Austenite 200μm Nello studio delle microstrutture dell acciaio come punto di partenza si sceglie sempre l austenite, perché è il primo prodotto di solidificazione a prescindere dalla V R e dalla % C Raffreddando lentamente, a T=723 C si ha: Raffreddamento lento 2%C 0.02%C 6.7%C 723 C Austenite Ferrite + Cementite (Fe 3 C) Perlite Con tale raffredamento, a prescindere dalla composizione dell acciaio, si ottiene una grana cristallina grossolana. Perlite

Microstrutture di non-equilibrio (Raffreddamenti veloci) Raffreddando l austenite molto velocemente, il C non ha il tempo di diffondere dal reticolo CFC, e resta quindi intrappolato nel nuovo reticolo CCC che viene a formarsi. Infatti, nonostante la velocità del raffreddamento, il passaggio Fe-γ Fe-α avviene con relativa semplicità (trasformazione di spostamento) mediante piccoli movimenti degli atomi di Fe (vedi frecce) x x x x x x = posizioni occupabili dagli atomi di carbonio. x

Microstrutture di non-equilibrio (Raffreddamenti veloci) Austenite Martensite Soluzione solida forzata di C nel Fe-α Raffreddamento veloce Austenite Martensite cella tetragonale a corpo centrato La «forzatura» comporta una distorsione del reticolo, che si traduce in un aumento di volume di circa il 4% In base al meccanismo che porta alla sua formazione, la martensite è estremamente dura e fragile! Martensite