Caratteristiche e Produzione di Ghise e Acciai - Prof. Tulliani, Appunti di Scienza e Tecnologia dei Materiali

Scarica Caratteristiche e Produzione di Ghise e Acciai - Prof. Tulliani e più Appunti in PDF di Scienza e Tecnologia dei Materiali solo su Docsity! LE LEGHE FERRO CARBONIO Leghe = combinazioni – non stechiometricamente definite, ma tramite intervalli di composizione - di due o più metalli o non metalli. × Leghe FERROSE: ghise e acciai × Leghe NON FERROSE: leghe di Al, ottoni, leghe Cu-Zn, leghe Cu-Sn, bronzi ecc. Principali leghe metalliche usate nelle costruzioni: acciai, ghise, leghe di rame, leghe di alluminio, leghe di zinco Principali caratteristiche delle ghise: 2,1 < %C < 4 Fondono con maggiore facilità e possono essere colate in forme complesse. Buona resistenza alla corrosione e all’usura. Costo contenuto. Basse caratteristiche meccaniche. Fragilità. Non lavorabili per deformazione plastica, né a freddo, né a caldo. Buona lavorabilità e buona tenuta agli urti termici. Capacità di ammortizzare le vibrazioni. Le ghise diventano completamente liquide ah temperature comprese tra i 1150 ° e i 1300 ° virgola che sono di molto inferiori a quelle di fusione degli acciai. Per questo , le ghise sono molto facili da fondere e da lavorare per fusione. Alcune ghise, inoltre, sono molto fragili e la fusione risulta la tecnica di lavorazione migliore. La cementite Fe3C è un composto metastabile che, in determinate condizioni, si può decomporre per formare ferrite α e grafite (C), secondo la seguente reazione: Fe3C → 3 Fe (α) + C CEMENTITE Fe3C FERRITE Fe(α) Questo è il diagramma di equilibrio ferro-carbonio. La frase ricca di carbonio e la grafite invece che la cementite virgola che contiene il 6,7% in peso di C. Produzione delle ghise Le ghise vengono prodotte con minerali che contengono ossido di ferro, Ad esempio magnetite Fe3O4 ed ematite Fe2O3. Solitamente per produrre 1 kg di ghisa vengono utilizzati i seguenti costituenti: 1,75 kg di minerali, 0,25 kg di calcare e 0,75 kg di carbon coke (carbone trattato ad alte temperature per dare una maggiore resistenza meccanica). La produzione delle ghise avviene negli altiforni, costruiti con materiale refrattario. Le materie prime vengono inserite dalla parte alta dell'altoforno, mentre l'aria di combustione viene inserita dal basso punto i prodotti liquidi, ghisa e scorie, vengono estratti dal basso. Le ghise vengono classificate in base alla loro struttura metallografica: • Ghise grigie: il contenuto di carbonio varia tra 2,5 e 4% in peso. Nella maggior parte di queste ghise, la grafite si presenta informa di fiocchi che sono normalmente circondati da una matrice di ferrite o di perlite. dal punto di vista del comportamento meccanico risulta debole e fragile se sottoposta a trazione; Per azione di carichi di compressione, la resistenza e la duttilità sono invece molto più alte. • Ghise bianche: C è presente sotto forma di Fe3C. Esse sono interessanti per la loro elevata resistenza all’usura ed all’abrasione. La resistenza all’urto è decisamente bassa. Così chiamate dal colore chiaro delle superfici di frattura, per la presenza del carbonio sotto forma di cementite. La presenza di una grande quantità di cementite rende queste ghise Produzione degli acciai L’acciaio viene prodotto a partire dalla ghisa. Il primo metodo moderno per la produzione dell’acciaio è quello basato sull’affinazione della ghisa siliciosa (contenente in pratica silicio in percentuale variabile da 1,5 a 2,5%). In un gran recipiente d’acciaio, detto convertitore ad ossigeno, rivestito internamente di silice (acida), viene dapprima introdotta ghisa fusa, poi, dal basso, insufflata aria; si ha così la combustione del silicio con sviluppo di calore e quindi l’ossidazione del carbonio (conformazione e liberazione di CO) che trasforma la ghisa in acciaio. Il secondo metodo è il processo Martin-Siemens nel quale la conversione della ghisa avviene con l’apporto dell’azione ossidante della fiamma a contatto con il metallo nel corso della fusione. In questo processo che avviene in forni con rivestimento di natura acida (silice), sia di natura basica (dolomite), la carica è costituita da ghisa (liquida o solida) mescolata a rottami o trucioli, oppure a minerali di ferro. Si fa avvenire la decarburazione della ghisa perché la ruggine fornisce O per ossidare ed eliminare il carbonio. A differenza dei processi al convertitore, l’operazione è assai lunga (8-10 ore contro 10-15 minuti) ma la capacità del forno è molto più elevata. → Colata in lingottiera e in continuo → Semilavorati: blumo, billetta, bramma, barra → Gabbie e tondini d’armatura per c.a. → Profilati di varie sezioni Gli acciai di uso generale (80% della produzione) sono suddivisi in: - Acciai di base: prodotti con cicli tecnologici semplici, senza aggiunta di microleganti. Designati in base alle caratteristiche meccaniche o all’impiego (costruzioni meccaniche, tondini per CLS armato, lamiere per imbutitura e stampaggio) (normativa UNI EN 10027). Limite elastico tipico di 300 MPa. - Acciai di qualità: grazie all’aggiunta di microleganti (Al, V, Ti…) che provocano un indurimento per precipitazione e di cicli di produzione innovativi (laminazione controllata…). Hanno elevata resistenza e tenacità, laminati piani per profondo stampaggio. Limite elastico tipico di 450 MPa. - Acciai speciali: presentano aggiunte di elementi di lega. Gli acciai commerciali: - A basso tenore di C <0,25 % - A medio tenore di C 0,25-0,60 % - Ad alto tenore di C 0,60-1,4 % - Acciai inossidabili almeno 11% - Acciai al carbonio suscettibile alla corrosione, elementi industriali - Acciai legati >5% elementi lega - Acciai basso-legati <5% elementi lega Gli acciai speciali da costruzione Variazione delle proprietà degli acciai comuni in funzione del loro tenore di carbonio Processi produttivi degli acciai • Laminazione a caldo: consente grandi deformazioni virgola che possono essere ripetute in successione dato che il metallo rimane a quelle temperature tenero e duttile. Va rilevato tuttavia che la maggior parte dei metalli si ossida in superficie, per cui si deve prevedere una perdita di materiale e una scadente finitura finale della superficie. • Deformazione meccanica a freddo (trafilatura o laminazione): la deformazione per lavorazione a freddo produce un incremento della resistenza con una corrispondente diminuzione della duttilità visto che il metallo si incrudisce (incrudimento=trattamento termico). I vantaggi rispetto alla deformazione a caldo sono una finitura superficiale di migliore qualità, migliori proprietà meccaniche con ampio spettro di valori e un più accurato controllo dimensionale del pezzo finito. La laminazione e il processo di deformazione più utilizzato e consiste nel far passare i prodotti metallici attraverso due rulli che ne riducono lo spessore mediante sforzi di compressione. La trafilatura è un'operazione che consiste nel far attraversare ad un elemento metallico una filiera, tirandolo all'uscita mediante una forza di trazione. Il risultato è una riduzione della sezione trasversale e un corrispondente aumento della lunghezza. Questa operazione può essere realizzata con più filiere poste in successione. Trattamenti termici • Ricottura: è un trattamento termico in cui il materiale viene portato e mantenuto a elevata temperatura per un periodo di tempo abbastanza lungo e quindi raffreddato lentamente. La ricottura è condotta per: eliminare le tensioni, ridurre la durezza e aumentare la duttilità e la tenacità oppure per ottenere una determinata microstruttura. • Normalizzazione: ha lo scopo di omogeneizzare e affinare i grani ed ottenere una più ambita e uniforme distribuzione dimensionale degli acciai che hanno subito deformazione plastica. La normalizzazione viene ottenuta riscaldando a temperature di almeno 55 ° al di sopra della temperatura critica superiore. Dopo un tempo sufficiente che consenta alla lega di trasformarsi tutta in austenite il trattamento si conclude con un raffreddamento in aria. • Tempra: consiste nel brusco raffreddamento di un acciaio dopo averlo portato a temperatura di austenizzazione, cioè una temperatura al di sopra della quale è possibile riscontrare solo austenite. Il rapido raffreddamento non avviene in acqua. • Indurimento per precipitazione: è un processo tramite il quale è possibile aumentare la resistenza e la durezza di alcune leghe metalliche attraverso la dispersione nella matrice metallica di particelle estremamente piccole e uniformemente distribuite di una seconda fase, dette precipitati. • Incrudimento: è un fenomeno metallurgico per cui un materiale metallico risulta rafforzato in seguito ad una deformazione plastica a freddo, spesso è sfruttato per migliorare le caratteristiche del materiale, come la durezza e la resistenza meccanica. Effetti sulle proprietà meccaniche: aumenta la tensione di snervamento Rs e la durezza; diminuisce le proprietà di duttilità (come allungamento e strizione) e di tenacità statica e dinamica (come la 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. + EVOLUZIONE MICROSTRUTTURA LEGHE FERRO-CARBONIO libro pag da 290 e da 317