DIAGRAMMI STATO E MATERIALI (Prof. Roberto Riguzzi

ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE “G. MARCONI”
TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALI
CLASSE 3ACH
DIAGRAMMI STATO
E MATERIALI
(PAG 61 DEL LIBRO DI TESTO)
Prof. Roberto Riguzzi
1
DEFINIZIONI:
Sistema: porzione di materia che stiamo
studiando.
Fase: porzione di materia distinguibile che
prossiede proprietà intensive uniformi
Sostanza pura: porzione di materia con un solo
individuo chimico. Possono essere elementi o
composti.
Miscuglio: porzione di materia costituito da due o
più sostanze pure. Se presenta più fasi è
eterogeneo, se una fase omogeneo o
soluzione. Se il miscuglio omogeno è solido, si
definisce lega.
Varianza: il numero di variabili sufficienti a
definire lo stato del sistema.
Nel corso di chimica generale sono stati studiati i passaggi di stato
di sostanze pure e sono stati sottolineati alcuni aspetti di
notevole importanza:
durante i passaggi di stato la temperatura si mantiene costante;
durante i passaggi di stato viene comunque messa in gioco una
quantità di energia per unità di materia costatente;
la densità varia in particolare misura durante l'evaporazionecondensazione.
Questo è rappresentato dalla curva sperimentale che mostra la
variazione di temperatura nel tempo quando la sostanza è
sottoposta a riscaldamento (o raffreddamento)
Al contrario, i miscugli
omogenei durante i passaggi
di stato la temperatura non è
costante (avviene in
un
range
di
temperature).
Durante i passaggi di stato è
comunque messa in gioco
una quantità di energia per
unità di materia che dipende
dalla
composizione
del
miscuglio.
Questo
è
rappresentato dalla curva
sperimentale che mostra
la variazione di temperatura
nel tempo quando la sostanza
è sottoposta a riscaldamento
(o raffreddamento).
DIAGRAMMA DI STATO
Descrivono il comportamento di miscugli durante i
passaggi di stato;
Indicano il numero delle fasi, la composizione e la
quantità;
Sono riferiti a pressione costante.
Nel caso dei materiali di interesse tecnologico studiano
il passaggio solido/liquido a pressione atmosferica.
Il diagramma riporta in ascissa la composizione del
miscuglio (in % relativa tra i componenti) e in ordinata
la temperatura. Sono rappresentati due ordinate (per
esplicitare le temperature di fusione dei due
componenti puri).
DIAGRAMMA DI STATO
Nel caso di un miscuglio solido riscaldato fino alla fusione, questa
temperatura varierà con la composizione della lega. La curva che
congiunge le temperature di inizio fusione delle diverse composizioni
della lega, si chiama curva di solidus.
La fusione avverrà entro un range di temperature (è un miscuglio!) fino
ad una temperatura limite in cui tutto il solido è fuso. La curva che
congiunge le temperature di fine fusione della lega si chiama curva di
liquidus. Sopra la zona di liquidus il miscuglio è completamente
liquido, sotto la curva di solidus il miscuglio è completamente solido,
tra le due cuurve coesistono solido e liquido.
Curve di solvus: rappresentano i limiti di solubilità dei due
componenti. Nel diagramma avremo nel solido zone monofasiche (i
componenti sono completamente solubili fra loro), a solidi dove
osserviamo due diverse fasi (una fase costituita da A sciolto in B e una
fase opposta).
Linee di corrispondenza: sono rette isoterme che collegano due
punti coniugati sulle curve di solidus e liquidus. Danno le
composizioni del liquido e del solido in equilibrio fra loro. Si osservi
come la fase liquida sia più ricca del componente bassofondente
rispetto al solido. Le rispettive composizioni si leggono sull'ascissa.
Utilizzando la regola della leva possiamo conoscere anche le quantità
delle due diverse fasi. Si risolve il problema graficamente mettendo a
sistema il bilancio di materia con il rapporto dei due bracci della leva
(CsC0 e C0CL).
A=L+S
L*C0CL=S*CsC0
Curve di liquidus: AE e E fino a ordinata di destra.
Curve di solidus: AB, BE, EG, G fino alla ordinata di destra.
Curve di solvus:BC e GH.
α= soluzione solida di Ag nel rame
β= soluzione solida di Cu nell'argento
Eutettico (E) o composizione eutettica: la lega si comporta
come una sostanza pura e cambia stato di aggregazione a
temperatura costante. Punto a varianza zero. La temperatura di
fusione è inferiore a quella dei due componenti puri.
Eutettoide: punto nel diagramma di stato a varianza zero
all'interno della fase solida. Rappresenta il punto di minima
solubilità tra due fasi solide.
Peritettico: punto nel diagramma di stato a varianza zero tra la
fase liquida e due o più fasi solide.
DIAGRAMMA DI STATO
FERRO CARBONIO
Serve per comprendere le caratteristiche degli acciai e delle ghise.
Il carbonio fa con il Fe soluzioni interstiziali (sia nei reticoli CCC che
CFC) oppure si lega in composti (carburo di ferro o cementite Fe3C, con
il 6,67% di C).
Il diagramma usato è in realtà Fe/cementite, ma la composizione è
sempre espressa in % C. la temperatura del grafico raggiunge i 1600 °C,
oltre la quale tutti i componenti sono liquidi.
Sono presenti le varie forme allotropiche del Fe: alfa (CCC) fino 911°C
(sopra i 769 diventa paramagnetico), gamma (CFC) fino a 1394°C e
delta (CCC ma con lato della cella elementare più lungo) fino alla
fusione.
La CEMENTITE è un composto intermetallico duro e fragile, costituito
da ferro (93,33% in peso) e carbonio (6,67% in peso). Dal punto di vista
chimico si tratta, quindi, di un carburo di ferro indicato con il simbolo
Fe3C. La cementite è uno dei costituenti degli acciai. Generalmente si
considerano gli acciai come leghe ferro-carbonio, ma più correttamente
andrebbero definiti come leghe "metastabili" ferro-cementite; la cementite
infatti può decomporsi, sotto certe condizioni, nelle fasi più stabili di ferro
e grafite, ma per la maggior parte delle condizioni pratiche il Fe3C è molto
stabile. La presenza negli acciai di cementite promuove un aumento delle
proprietà meccaniche di durezza e resistenza, ma di contro favorisce un
comportamento fragile della lega.
FERRITE - soluzione solida interstiziale composta da ferro alfa e
carbonio. È la struttura normale degli acciai alla temperatura ambiente.
Presenta proprietà magnetiche che perde ad alte temperature quando
diviene paramagnetico.
L'AUSTENITE è una soluzione solida di tipo interstiziale di carbonio nel
ferro γ (il quale presenta un reticolo cubico a facce centrate o "CFC").
L'austenite è stabile solo ad alta temperatura (sopra i 723 °C) fino al punto
di fusione (1495 °C con un tenore in peso di carbonio dello 0,17%), non ha
proprietà magnetiche e può contenere al massimo il 2,06% in peso di
carbonio alla temperatura di 1148 °C. A seconda della modalità di
raffreddamento, l'austenite si trasforma in perlite, bainite o martensite.
Questa trasformazione ha un'importanza chiave nella tempra dell'acciaio.
La presenza nella soluzione solida, oltre al ferro e al carbonio, di altri
metalli in lega modifica la temperatura minima per ottenere l'austenite. Il
molibdeno, il cromo e il silicio tendono a innalzarla, mentre il manganese e
il nichel tendono ad abbassarla. Nel caso di alcuni acciai inossidabili, detti
acciai inossidabili austenitici, l'austenite è stabile a temperatura ambiente.
MARTENSITE- la martensite è una struttura cristallina che si forma
partendo dall'austenite delle leghe ferro-carbonio, in seguito ad un rapido
raffreddamento ha una grande quantità di carbonio presente nel ferro (α).
Ciò succede perché il carbonio presente nel reticolo cubico non riesce ad
uscire visto il rapido raffreddamento.
PERLITE: La perlite è una struttura caratteristica delle leghe ferrocarbonio (leghe con tenore di carbonio inferiore al 2,06% in peso, note
come acciai). È costituita da un aggregato lamellare di ferrite e cementite,
ottenuto dalla trasformazione diretta dell'austenite per raffreddamento.
La microstruttura della perlite è caratterizzata dall'alternarsi regolare di
lamelle. Nel caso della perlite, ad alternarsi sono la ferrite e la cementite.
La perlite inizia a formarsi sul bordo dei grani austenitici con la
nucleazione di un cristallo di ferrite. Il carbonio presente viene espulso
dal nucleo di ferrite e lo spazio circostante ne risulta pertanto più ricco.
Questo darà quindi origine a dei nuclei di cementite che affiancano il
nucleo ferritico. I nuclei si accresceranno fino ad occupare tutto l'ex grano
austenitico. Le lamelle che si formano non hanno però una precisa
orientazione, grazie alla diversa orientazione dei bordi grano da cui
nucleano. Il materiale risulta pertanto isotropo.
SORBITE- la sorbite è una struttura cristallina che si ottiene portando la
martensite a circa 500°C, raffreddandola in modo lento. Questa struttura
presenta una buona durezza ma anche una discreta resilienza, inoltre ha
una buona resistenza a trazione. È la struttura più ricorrente negli acciai
da ricostruzione (o bonificati).
DIAGRAMMA DI STATO
FERRO CARBONIO
PUNTI NOTEVOLI
contemporanee:
DEL
DIAGRAMMA
(presenza
di
tre
fasi
Punto eutettoide S, 0,77% di C e 727°C;
Punto eutettico C al 4,30% di Ce 1147°C;
Punto peritettico J, al 0,17% di C e 1493°C;
Aree notevoli del grafico (una fasi)
La linea di liquidus è contrassegnata CBA e CD;
Ferro delta delimitato dalle linee di solidus HA e di solvus HN;
Ferrite (Fe alfa e C) delimitata dalla curva di solvus PG e PQ;
Austenite (Fe gamma e C), delimitata dalla curva di solvus JN, GS, SE
e dalla curva di solidus EJ
Le altre zone del grafico presentano due fasi
DIAGRAMMA DI STATO
FERRO CARBONIO
Raffreddiamo una lega austennica partendo da P1.
Raggiunge il punto S senza incontrare la curva si solvus GS. Al punto
S l'austenite (una fase) diventa perlite (bifasica), ferrite + cementite.
La composizione della ferrite la leggiamo sulla curva PQ, quella della
cementite sulla ordinata di destra. La traformazione austenite
cemetnite è isotermica (punto eutettoide).
Se la linea del raffreddamento incrocia la curva GS (P2) si separa la
ferrite dall'austenute e si forma una struttura bisasica austenite
/ferrite. La composizione della ferrite è sulla curva GP, quella della
austenite sulla GS.
Sotto la linea PS si forma la perlite e scompare l'austenite.
Se la linea di raffreddamento incrocia la curva ES (P3), si forma
cementite e il sistema è bifasico (austenite e cementite). La
composizione della austenite è sulla curva ES, la cementite sulla
ordinata di destra.
Analoghi ragionamenti si possono fare partendo dal liquido, in
coprrispondenza dell'eutettico C o della curva BC
CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI
METALLI E LEGHE
Ferro e acciai
Alluminio e sue leghe
Rame e sue leghe
Nichel e sue leghe
Titanio e sue lghe
POLIMERI
NATURALI
SINTETICI
Legno
Gomme naturali
Pelle cuoio
Fibre naturali (cotone,
Lana, seta, lino, ecc)
Termoplastici
Termoindurenti
Elastomeri
Fibre
MATERIALI COMPOSITI
Fibra di Vetro
Fibra di Carbonio rinforzata
Polimeri rinforzati
Abbinamenti metallo/ceramico
Abbinamenti Metallo/plastica
MATERIALI CERAMICI E VETRO
Magnesia
Allumina
Silice e vetri silicati
Carburo di silicio
Nitruro di Silicio
Cementi
NANOMATERIALI
(NANOTECNOLOGIE)
CARATTERISTICHE DEI MATERIALI
La scienza dei materiali studia le relazioni tra prestazioni
di un materiale (resistenza meccanica, comportamento
chimico, degradabilità e/o riciclabilità, proprietà elettriche
e termiche) con le sue caratteristiche microscopiche e la
sua composizione chimica o struttura cristallina.
La tendenza, come potete facilmente intuire, è quella di
avere materiali ad elevate prestazioni con costi
contenuti. Un'altra tendenza molto sviluppata è quelli di
materiali ad elevate prestazioni di peso contento.
La scelta del materiale dipende dal tipo di utilizzo
(serbatoi,
colonne,
reattori,
linee,
valvole,
apparecchiature meccaniche in movimento, ecc) e dalle
condizioni operative (temperatura, pressione, aggressivi
chimici o biologici, ecc).
CARATTERISTICHE MECCANICHE
Prova di trazione: è la prova più importante
per definire la resistenza meccanica di un
materiale. Si utilizza un “provino” del
materiale da testare di dimensioni
standardizzate, che è posto in una
macchina che lo allungherà con velocità e
forza programmate. La macchina misura la
forza di trazione istantanea fino alla rottura
del provino (UNI EN 10002).
CARATTERISTICHE MECCANICHE
PROVINO A SEZIONE PIATTA. I provini possono essere a sezione circolare o di altre
forme. Fondamentale è conoscere la sezione del provino per determinare i carichi
caratteristici del materiale.
CARATTERISTICHE MECCANICHE
MACCHINA PER PROVA DI TRAZIONE.
CARATTERISTICHE MECCANICHE
Prova di trazione:
Sforzo nominale σ = Fn/A0 (N/m2=Pa)
Fn=forza di trazione (carico) applicato al provino
A0= sezione iniziale del provino
Allungamento nominale ε= (l-l0)/l0 adimensionale o m/m
CARATTERISTICHE MECCANICHE
Prova di trazione:
La macchina calcola il grafico sforzo/allungamento. Il
tratto iniziale del grafico è rettilineo ed esiste una
proporzionalità diretta fra carico (σ
σ ) e allungamento
(ε). Il materiale ha un comportamento elastico, ovvero
cessato il carico, materiale torna alle dimensioni
originarie (tratto A del grafico).
σ=Eε
Questa è la legge di Hooke. E è il modulo di Young (N/m2
o Pa).
DIAGRAMMA SFORZO/ALLUNGAMENTO
DIAGRAMMA SFORZO/ALLUNGAMENTO
σp: sforzo limite di linearità (delimita la fase di linearità
della funzione sforzo nominale allungamento.
σe: sforzo limite di elasticità. Lo sforzo massimo prima
che la deformazione divenga irreversibile (da questo
punto incomincia lo snervamento, rottura dei legami
gfra atomi vicini).
σs:tensione di snervamento inferiore e superiore.
σm:carico massimo
σu:carico di rottura del provino
DIAGRAMMA SFORZO/ALLUNGAMENTO
RESISTENZA A FATICA
La fatica è un fenomeno meccanico per cui un materiale sottoposto a carichi variabili nel
tempo si danneggia fino alla rottura (cedimento a fatica o rottura per fatica) anche se il
materiale sia rimasto nel suo limite d'elasticità.
Storicamente scoperta e studiata come fenomeno prettamente metallurgico (quindi
nell'ambito dei materiali metallici), in seguito il termine "fatica" è stato usato anche per le
altre classi di materiali, come i materiali polimerici o i materiali ceramici.
La fatica è il fenomeno responsabile della grande maggioranza dei cedimenti in esercizio
di organi di macchine.
Esempio di generica curva di
Wöhler: si nota che per
numero di cicli nullo la curva
interseca l'asse delle ordinate
in corrispondenza del carico
di rottura statica
Rottura di un pezzo per
cedimento per fatica
Immagini tratte da Wikipedia
DUREZZA
È la resistenza che un materiale oppone a una deformazione permanente
della sua superficie della provocata dalla penetrazione di un incisore.
I metodi per deterrminare la durezza di un materiale sono standardizzati:
ROCKWELL: si misura la differente profondità di un incisore che ha agito
sulla superficie del materia con due carichi progressivi successivi.
BRINELL: è il rapporto tra il carico applicato e la superficie dell'impronta
lasciata da un penetratore sferico a carburo di tungsteno.
VICKERS: è il rapporto tra il carico applicato e la superficie dell'impronta
lasciata da un penetratore in diamante piramidale.
Impronta lasciata da una prova di durezza Vickers
RESILIENZA
La resilienza di un materiale rappresenta l'energia che può essere assorbita nel
campo delle deformazioni plastiche.
Un materiale è definito fragile se non assorbe grandi quantità di energia prima della
frattura.
La resilienza è valutata tramite la prova d'urto. Un provino è colpito da una mazza a
pendolo oscillante. Ponendo la mazza ad una altezza opportuna si riuscirà a
provocare la rottura del provino e la stessa mazza rimbalzerà sino ad una certa quota.
La differenza di energia potenziale è quella assorbita nella rottura del provino.
Pendolo di Charpy
DUTTILITÀ
È la deformazione plastica che un materiale può sopportare
prima della rottura. È misurata in funzione dell'allungamento
percentuale al momento della rottura.
Sono fragili quei materiali che presentano una duttilità inferiore
al 5%.
Tipi di rottura di una barretta metallica sottoposta a trazione:
(a) Rottura fragile
(b) Rottura duttile
(c) Rottura altamente duttile
ACCIAI E GHISE
Sono tra i materiali più impiegati nell'industria chimica
soprattutto
per
l'estrema
varibilità
delle
loro
caratteristiche.
Oltre il 40% del ferro utilizzato proviene dalla filiera del
riciclo.
La classificazione delle leghe ferrose è estremamente
complessa.
Gli acciai sono le leghe ferro/ carbonio con un tenore di
carbonio inferiore al 2,06% (solitamente inferiore all'1%).
Le ghise presentano un tenore di carbonio
2,11%<C<6,67% (punto di saturazione). Solitamente è
compreso tra il 3% e il 4,5%.
CLASSIFICAZIONE DEGLI
ACCIAI
Acciai comuni Acciai non legati (ovvero senza altri elementi che non siano Fe e C).
al carbonio
Utilizzati in tubazioni e serbataoi e gli usi più comuni. Molto saldabile, ma
sensibile alla corrosione. Fragilità alle basse temperature, scorrimento
viscoso alle alte (>350°C)
Il carbonio si presenta esclusivamente sotto forma di cementite o carburo di ferro. Le
particelle di cementite presenti nella microstruttura dell'acciaio, in determinate condizioni,
bloccano gli scorrimenti delle dislocazioni, conferendo all'acciaio caratteristiche
meccaniche migliori di quelle del ferro puro.
Gli acciai sono leghe sempre plastiche a caldo, cioè fucinabili, a differenza delle ghise. In
base al tasso di carbonio gli acciai si dividono in:
extra dolci: carbonio compreso tra lo 0,05% e lo 0,15%;
dolci: carbonio compreso tra lo 0,15% e lo 0,25%
semidolci: carbonio compreso tra lo 0,25% e lo 0,40%;
semiduri: carbonio tra lo 0,40% e lo 0,60%;
duri: carbonio tra lo 0,60% e lo 0,70%;
durissimi: carbonio tra lo 0,70% e lo 0,80%;
extraduri: carbonio tra lo 0,80% e lo 0,85%.
Gli acciai dolci sono i più comuni e meno pregiati.
CLASSIFICAZIONE DEGLI
ACCIAI
Acciai legati
Acciai legati (ovvero con altri elementi oltre a Fe e C). Il legante
impartisce proprietà caratteristiche alla lega (resistenza meccanica,
lavorabilità, resistenza alla corrosione, comportamento alle basse o alte
temperature,ecc). Bassolegati: nessun elemento al di sopra del 5%;
Altolegati: almeno un elemento di lega al di sopra del 5%.
PeS
Riducono tenaticità e migliorano la lavorabilità
N
Aumenta durezza e resistenza meccanica. Stabilizza l'austenite
Cr
Sopra il 12% rende inossidabili gli acciai, miglirora resistenza all'usura,
migliora la temprabilità
Ni
Migliora la resistenza meccanica e all'usura, contribuisce alla resistenza
lal corrosione negli inox, stabilizza l'austenite a basse temperature.
Mo
Aumenta la resistenza a caldo, la resistenza alla corrosione (pitting),
usato negli utensili per la resistenza all'usura. Migliora la temprabilità
VeW
Migliorano la resistenza meccanica, la durezza e la resistenza all'usura.
Usati negli utensili.
Mn
Abbassa la temperatura di ricottura e di tempra,aumenta tenacità,
aumenta molto la resistenza a trazione (100N/mm² ogni 1%), migliore
CLASSIFICAZIONE DEGLI
ACCIAI
Acciai
inossidabili
Acciai legati con il cromo sopra il 12% che trasforma l'acciaio in una lega
passiva resistente alla corrosione (escluso i cloruri). Utilizzati negli
ambienti con aggressivi chimici e nell'industria farmaceutica e alimentare.
Di non facile lavorabilità, presentano una saldatura difficile per la
precipitazione del carburo di cromo che produce corrosione sul bordo del
grano della lega.
Acciai
inossidabili
ferritici
Sono gli acciai inox più comuni. Resistenti alla ossidazione ad alta
temperatura nell'industria chimica. Resistono all'acido nitrico, ma non all'
HCl. Nella classificazione AISI sono la serie 400 (404, 416, ecc)
Acciai
inossidabili
austenici.
Presentano resistenza alla corrosione e meccanica generalmente migliore
dei ferritici. Oltre al Cr, contengono Ni (>8%) per stabilizzare l'austenite.
Possono contenere alche altri leganti (es Mo per aumentare la resistenza
ai cloruri) e per conferire prorietà meccaniche particolari. Resistenti alle
basse temperature.Nella classifdicazione AISI sono la serie 300 e 200
(con Mn)
Acciai
inossidabili
martensitici
Resistenza alla corrosione inferiore agli austenitici. Molto resistenti alla
trazione, utilizzati per le loro proprietà meccaniche. Nella classificazione
AISI sono nelle sereie 400 e 500
PRINCIPALI TRATTAMENTI TRERMICO
MECCANICI
Tempra:Il trattamento di tempra o tempera in generale consiste nel
brusco raffreddamento di un materiale dopo averlo portato a
temperatura di austenizzazione. La tempra, inibendo i processi
diffusivi necessari alla stabilizzazione termodinamica, trasferisce a
temperatura ambiente uno stato di temperatura maggiore.
Un monocristallo così trattato ha resistenza meccanica maggiore rispetto
al monocristallo raffreddato lentamente.
Si trasforma la struttura perlitica dell'acciaio in martensitica: non avendo
così il tempo per diffondere, il carbonio rimane intrappolato all'interno
della cella gamma, che si trasforma in cella alfa a temperatura
ambiente; ciò porta ad avere una struttura tetraedrica, che è appunto la
martensite
PRINCIPALI TRATTAMENTI TERMICIMECCANICI
Rinvenimento: Il rinvenimento è un trattamento termico di un metallo
eseguito al fine di ridurre gli effetti negativi della tempra sul materiale,
nel caso questo presenti eccessiva durezza e quindi fragilità.
Dunque dopo una tempra segue un rinvenimento: questo duplice processo
prende il nome di bonifica (da qui il nome di acciai bonificati).
PRINCIPALI TRATTAMENTI TERMICIMECCANICI
La ricottura di una lega metallica è un trattamento termico che consiste
nel riscaldamento a una temperatura solitamente inferiore a quella di
fusione, seguito dalla permanenza di durata opportuna e da un lento
raffreddamento. Il trattamento riduce la segregazione, consente la
trasformazione delle fasi metastabili e la riduzione delle tensioni
residue interne, incrudimento compreso.
Si utilizza prevalentemente su acciai e su rame per prepararli alle fasi
successive della lavorazione, rendendo il materiale più dolce e più
omogeneo.
Tramite la ricottura viene alterata la microstruttura del materiale,
causando mutamenti nelle sue proprietà quali la flessibilità e la
durezza. Il risultato tipico è la rimozione dei difetti della struttura
cristallina. Può avere anche lo scopo di uniformare la composizione
chimica dell'acciaio, in tal caso il riscaldamento è eseguito ad una
temperatura più elevata e per tempi più lunghi.
L'incrudimento è un fenomeno metallurgico per cui un materiale metallico risulta
rafforzato in seguito ad una deformazione plastica a freddo.Tale fenomeno è sfruttato per
migliorare le caratteristiche del materiale, come la durezza e la resistenza meccanica.
Trascurabile l'effetto sul modulo di elasticità E.
Nei solidi metallici le deformazioni plastiche sono causate, a livello microscopico, da
difetti del reticolo chiamate dislocazioni, che facilitano lo scorrimento dei piani cristallini
muovendosi attraverso il materiale. A bassa temperatura questi difetti tendono a
moltiplicarsi e ad accumularsi quando il materiale viene lavorato, finendo per interferire
tra loro, bloccandosi a vicenda, incrementando i difetti puntiformi ed aumentando quindi
la resistenza meccanica. Bisogna poi aggiungere che le dislocazioni in movimento si
accumulano contro i bordi di grano (che sono barriere al moto delle dislocazioni),
provocandone la rottura.
Alle alte temperature ciò è compensato dal contemporaneo fenomeno di
ricristallizzazione, che tende a "riarrangiare" il materiale in una forma più ordinata e
distesa, disperdendo le dislocazioni e annullando gli effetti dell'incrudimento. Questo
fenomeno è sfruttato nel trattamento termico di ricottura, che ha per l'appunto lo scopo di
addolcire il materiale annullando l'effetto di incrudimento, di lavorazioni e in genere di altri
trattamenti precedenti.
Di solito la lavorazione a freddo è ottenuta con lo stesso processo utilizzato per dare la
forma finale al pezzo,(laminazione a freddo e estrusione).
Effetti sulle proprietà meccaniche:
aumentano la tensione di snervamento e la durezza;
diminuiscono le proprietà di duttilità e resilienza.
Effetti sulle proprietà fisiche e chimiche:
aumentano la forza coercitiva, il coefficiente di dilatazione termica e di comprimibilità;
diminuiscono densità, conducibilità elettrica, permeabilità magnetica, resistenza alla
corrosione.
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GHISE
Le ghise presentano un tenore di carbonio tra
2,11%<C<6,67% (punto di satrurazione). Solitamente è
compreso tra il 3% e il 4,5%.
Bassa resistenza alla trazione.
Resistono meglio alla compressione degli acciai.
Durezza molto elevata – da qui resistenza agli agenti
abrasivi
GHISE
Difficilmente lavorabili (a parte ghise malleabili)
Presentano punti di fusione relativamente bassi (11501300°C) utile per produrre pezzi in getti, ovvero
solidificazione del materiale fuso direttamente nella
forma finale.
Basso costo.
Molto utilizzate in motori, pompe valvole per l'ottima
resistenza all'usura.
GHISE
Classificazione:
Ghisa grigia: di colore grigio, fragile, poco resistente. Economica e
resiste alle vibrazioni. Contiene Si. Il C si presenta come grafite.
Ghisa sferoidale: resistenza alla trazione buona, usata in pompe,
valvole e compressori. La grafite fa noduli sferoidali
Ghise bianche: il carbonio si presenta come cementite e sulla linea
di rottura la lega si presenta bianca. Durezza elevatissima,
resistente all'usura. Usate per le giranti delle pompe, mulini e per il
trasporto di liquidi e solidi abrasivi.
Ghise malleabili: trattamento termico delle ghise bianche per
traformare la cementite in grafite. Questo le rende lavorabili alle
macchine utensili, ma meno resistenti all'usura.