Modulo 40 parte iii metalli categorie acciai PDF

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Materiali Metallici: Categorie-Acciai Ilaria Cacciotti Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI leghe ottenute dalla fusione di minerali di ferro, carbonio e altri elementi in base al tenore di C si possono identificare due classi principali ACCIAI • •

GHISE contengono dal 2 al 6% di carbonio e altre impurità

contengono tra lo 0,3 e 2,06% di carbonio il tenore del carbonio determina le proprietà dei diversi acciai

alla lega Fe-C possono essere aggiunti altri elementi • • • •

silicio: conferisce un‘elevata resistenza, riduce la saldabilità rame: ostacola la corrosione manganese: aumenta la durezza, diminuisce l'elasticità cromo: aumenta la durezza, non riduce l'elasticità Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI leghe Fe C con una quantità massima di C pari a 2,06%

PROPRIETÀ  capacità di cambiare le proprietà meccaniche tramite opportuni trattamenti termici (tempra, rinvenimento, bonifica, ricottura) o trattamenti superficiali come la nitrurazione  oltre a Fe e C possono essere aggiunti altri leganti come Cr, Ni, Mo, Mn, V, W, Si, che conferiscono caratteristiche speciali (e.g. acciai inox)  nelle applicazioni industriali sono maggiormente impiegati, se possibile, gli acciai comuni in quanto più economici di quelli legati (e.g. gli impianti spesso dopo alcuni decenni sono tecnologicamente obsoleti per cui devono essere sostituiti da uno più moderno ed efficiente)

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI PRODUZIONE si ottengono dalla ghisa riducendo la percentuale di carbonio che non deve superare l’1,9% per produrre l’acciaio i processi più usati sono: a. Processo al convertitore a ossigeno (BESSEMER) b. Processo elettrico

al

forno

l’acciaio ottenuto viene colato in stampi, in lingottiere o in colata continua per produrre semilavorati Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI PRODUZIONE

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI CLASSIFICAZIONE gli acciai si distinguono in

ACCIAI COMUNI AL CARBONIO

ACCIAI LEGATI

composti da ferro, carbonio e da tracce di altri componenti

legati ad altri metalli (inossidabili)

soluzioni solide Fe-C ferro e carbonio formano delle soluzioni solide interstiziali, con il carbonio che si posiziona nelle lacune ottaedriche del ferro

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI COMUNI • tipo più comune e meno costoso • sono adatti a resistere soprattutto a sollecitazioni di tipo statico • Limitazioni degli acciai al carbonio:  non possono avere un carico di rottura superiore a 690 MPa senza perdere in duttilità e resilienza  non temprabili in profondità  bassa resistenza a corrosione  il raffreddamento veloce porta a cricche e distorsioni  bassa resistenza all’impatto a bassa temperatura si suddividono in acciai di base

acciai di qualità

non è richiesta alcuna prescrizione di qualità che comporti precauzioni speciali durante il processo produttivo

sono richieste regolarità di risposta ai trattamenti termici (e.g. acciai da costruzione di uso generale) Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI COMUNI: CLASSIFICAZIONE sigla AISI-SAE (4 cifre) 10XY le prime due cifre (10) indicano

le ultime due cifre indicano

che si tratta di un acciaio al carbonio

il contenuto di carbonio in % in peso

ESEMPIO 1030 indica un acciaio al carbonio che contiene lo 0.30% in peso di carbonio

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI COMUNI quando aumenta il contenuto di carbonio, l’acciaio diventa più resistente e duttile

in base al contenuto di carbonio e alla durezza di tempra si classificano in

- extradolci: utilizzati per lamiere, tubi, bulloni - dolci: utilizzati per chiodi, ferri da costruzione

%C

- semiduri: utilizzati per componenti di macchine - duri: utilizzati per rotaie, cavi metallici, tondini per c.a. - extraduri: utilizzati per coltelli, seghe, molle

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI SPECIALI: CLASSIFICAZIONE acciai non legati • • •

vengono sottoposti ad un trattamento di tempra superficiale presentano una purezza superiore contengono tracce di elementi in lega

acciai legati •

•

contengono, oltre al ferro ed al carbonio, silicio, manganese, nichel, molibdeno e tungsteno, cromo, che conferiscono particolari caratteristiche meccaniche o chimiche. % degli elementi diversi da Fe e C > 5% (acciaio inox) per gli utensili si aggiungono V, Mo, Co per ottenere acciai rapidi o superrapidi

Bassolegati

Altolegati

nessun elemento al di sopra del 5%

almeno un elemento di lega al di sopra del 5%

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI GLI ELEMENTI negli ACCIAI negli acciai, normalmente, oltre al carbonio sono presenti tre categorie di elementi IMPUREZZE AGGIUNTE STANDARD ELEMENTI DI LEGA IMPUREZZE ZOLFO E FOSFORO. Lo zolfo comporta l’insorgere della “fragilità a caldo”, il fosforo può comportare “fragilità a freddo”. IDROGENO. L’idrogeno è sempre e comunque dannoso. OSSIGENO. È quasi sempre presente sotto forma di ossidi. Poco dannoso. AZOTO. Aumenta la resistenza del materiale, diminuendone tenacità e duttilità; in certi casi viene perciò aggiunto di proposito. L’azoto è causa del fenomeno dell’invecchiamento per deformazione, e quindi deve essere controllato nei materiali che devono subire deformazione a freddo. Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI GLI ELEMENTI negli ACCIAI: AGGIUNTE STANDARD MANGANESE Si trova in tutti gli acciai, con pochissime eccezioni. Il motivo per cui viene aggiunto è la sua capacità di formare solfuri. Tipici tenori 0.3 0.5 % (non è considerato elemento di lega per tenori inferiori all’1 %).

MICROALLIGANTI Lo scopo principale dei microalliganti (Nb, Ti, Ta) è sostanzialmente quello di limitare l’accrescimento del grano. (formazione carburi e nitruri fini stabili ad alta T). I più frequenti sono Nb e Ti.

SILICIO E ALLUMINIO Servono essenzialmente ad eliminare l’ossigeno libero (sono utilizzati negli acciai calmati). Hanno un’elevata affinità con l’ossigeno e formano ossidi molto fini e altofondenti. Per questi scopi il Si ha tenori all’incirca dello 0.3 % e l’Al dello 0.06 %.

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI GLI ELEMENTI negli ACCIAI: ELEMENTI di LEGA l’aggiunta di elementi di lega agli acciai è finalizzato a incrementarne i limiti resistenziali (σs e σR maggiori) senza decrementare troppo la tenacità • la presenza degli elementi di lega permette di realizzare trattamenti termici che altrimenti non sarebbe possibile realizzare e comunque fanno si che i risultati siano molto più soddisfacenti, in particolare per pezzi di elevato spessore •

gli elementi di lega migliorano, quindi, la trattabilità del pezzo

Gli elementi di lega possono poi ordinarsi in base all’AFFINITÀ PER IL CARBONIO (loro tendenza a FORMARE CARBURI) N Co Al

Si Fe Mn Cr

Mo V Ta

Nb Ti

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METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI LEGATI: CLASSIFICAZIONE Principali tipi di acciai basso legati secondo la classificazione AISI-SAE

• •

Prime due cifre: principale elemento di lega Ultime due cifre: % di carbonio

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI LEGATI: DISTRIBUZIONE degli ELEMENTI di LEGA la distribuzione dipende dalla tendenza di ogni elemento a formare composti e carburi Distribuzione approssimata degli elementi di lega negli acciai legati

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI BASSOLEGATI: PROPRIETÀ MECCANICHE

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI INOSSIDABILI l’eccellente resistenza alla corrosione negli acciai inossidabili è dovuta all’alto contenuto (> 12%) di cromo che forma un ossido di cromo sulla superficie classificabili in Acciai inossidabili AUSTENITICI

Acciai inossidabili FERRITICI

Acciai inossidabili MARTENSITICI

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI INOSSIDABILI FERRITICI 12-30% Cr struttura ferritica (α CCC) basso costo alta resistenza meccanica (517 MPa) utilizzati come materiali per costruzioni

MARTENSITICI 12 – 17% Cr e 0.15 – 1% C bassa resistenza alla corrosione resistenza meccanica a trazione: da 517 MPa a 1966 Mpa usato per componenti di meccaniche, alberi di pompe, bulloni, boccole

AUSTENITICI lega ternaria ferro-cromo (16-25%) – nichel (7-20%) la struttura austenitica (CFC, tipo Fe-γ) rimane austenitica a tutte le temperature per la presenza del nichel migliore resistenza alla corrosione di altri acciai resistenza meccanica a trazione 559-759 MPa usati per componenti chimici, tubature in pressione Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI INOSSIDABILI FERRITICI

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI INOSSIDABILI MARTENSITICI

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI INOSSIDABILI AUSTENITICI

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI ACCIAI da COSTRUZIONE

Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE FERRITE  grani poligonali di forma tondeggiante;  aspetto chiaro  non sembra attaccata ad ingrandimenti non troppo elevati

AUSTENITE  grani poligonali maggiormente squadrati rispetto a quelli della ferrite

 presenza di piani geminati  evidenziabile in acciai inox austenitici, non è una fase stabile a temperatura ambiente Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE PERLITE  si presenta in noduli non omogenei formate da laminette alternate di ferrite e cementite  Negli acciai è difficilmente distinguibile anche con l’ausilio del MO, più evidente nelle ghise  Negli acciai ipo- i noduli di perlite sono circondati da grani di ferrite; in quelli iper- da placche di cementite

MARTENSITE  presenta aspetti differenti a seconda delle tipologie di acciai e di raffreddamento  In generale si presenta in forme aciculari: cioè ad aghetti e a placchette Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE Martensite Rinvenuta (Sorbite)  è la struttura tipica degli acciai bonificati  costituita da ferrite aciculare e carburi dispersi  le dimensioni dei carburi sono troppo piccole per essere risolte al MO

FERRITE-PERLITE  struttura tipica normalizzati

degli

acciai

ipoeutettoidici

 costituita da noduli di perlite immersi in una matrice ferritica  il MO non è in grado di risolvere la struttura delle lamelle di perlite, che appaiono quindi come grani uniformemente scuri Ilaria Cacciotti

METALLI

MATERIALI FERROSI: ACCIAI CURVE σ-ε per differenti MATERIALI METALLICI

ti...