Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Diagramma Fe-C e le strutture cristallografiche degli acciai (Diagramma Fe…
Diagramma Fe-C e le strutture cristallografiche degli acciai
Diagramma Fe-C
rappresenta le fasi termodinamicamente più stabili (minor contenuto di energia libera)
due tipi
Diagramma Fe-C stabile
Rappresenta le fasi teoriche a minor contenuto di energia libera, si enfatizza il minor deltaG a patto di permettere al sistema il tempo di raggiungere l'equilibrio.
Usato se si ha a che fare con fasi solide.
Diagramma Fe-C metastabile
Rappresenta le fasi che nella pratica si possono avere, tenendo conto del fatto che non sempre c'è il tempo per la formazione delle fasi stabili.
Usato se si sta lavorando con solidificazione delle ghise.
In condizioni normali (ossia quando non si hanno riscaldamenti prolungati e quindi il C non ha il tempo per dissociarsi completamente) il Fe e il C si combinano per formare la
cementite
Fe3C
Forme allotropiche del Fe
Ferro alfa
-> reticolo CCC, stabile fino a 912°C, magnetico sino a 770°C (spesso chiamato Ferro beta), %C=0 / 0,022
Ferrite gamma
-> CFC, stabile tra 912 e 1394°C, %C= 0 / 2,14
Ferro delta
-> CCC, stabile tra 1394 e 1538°C (fusione ferrro), %C= 0 / 0,09
Fasi presenti nel diagramma
Fase alfa: ferrite
-> soluzione solida interstiziale formata da piccole quantità di carbono nel reticolo CCC del ferro alfa. Solubilità del C limitata perché creano notevoli distorsioni.
Fase gamma: austenite
-> soluzione solida interstiziale del carbonio in ferro gamma CFC. Il C ha una soluzione maggiore per via del reticolo del ferro, che ha più spazi interstiziali.
Fase delta
->soluzione solida interstiziale formata da piccole quantità di carbono nel reticolo CCC del ferro delta. La maggiore costante di cella permette un lieve aumento della percentuale di C solubile.
Fe3C- Cementite
->composto stechiomentrico, percentuale carbonio 6,69%
!!! A determinate pressioni, si può avere la presenza di una nuova fase, detta
Fase Eta
Trasformazioni invarianti
Eutettica
-> avviene a 1147°C e 4,3%C
liquido -> austenite + cementite (tale miscela è nota come ledeburite)
Peritettica
-> avviene a 1495°C e 0,17%C
liquido+ferro delta-> austenite
Eutettoidica
-> avviene a 723°C e 0,8%C
austenite-> ferrite alfa+cementite (perlite)
Solidificazione delle leghe
Leghe con C < 2,11%
C <= 0,53%
Ci troviamo nella zona di esistenza del ferro delta, limitata ad alte temperature e piccole percentuali di C.
T da 1538°C sino a 1395°C
N.B.Come abbiamo potuto notare, si finisce sempre con la completa trasformazione del ferro delta in ferro gamma. Da qui in avanti, trascureremo la descrizione di questa trasformazione
C tra 0 e 0,09
a)Partiamo dal liquido e T quindi superiore a 1538°C
b)attraversiamo la linea di liquidus, entrando nella zona
delta+liq
e dove iniziano a formarsi i primi cristalli di ferro delta
c) incontro con linea del solidus, tutto il liquido si solidifica, ho interamente fase delta
d)incontro con linea di suddivisione zona bifasica
delta+gamma
, iniziano ad apparire i primi cristalli di ferro gamma
e)incontro con seconda linea di suddivisione, tutti i cristalli di delta si sono trasformati in gamma (austenite)
C tra 0,09 e 0,16
Siamo prima della trasformazione peritettica.
La solidificazione è analoga alla precedente, cambia che non otteniamo un passaggio alla zona monofasica di solo ferro delta, ma passiamo da
delta+liq
a
delta+gamma
direttamente.
C= 0,17
Attraversamento della trasformazione peritettica:
abbiamo un passaggio diretto da liquido+ferro delta a ferro gamma (austenite)
C tra 0,17 e 0,53
a)Partiamo dal liquido
b)attraversiamo la linea di liquidus, entrando nella zona
delta+liq
e dove iniziano a formarsi i primi cristalli di ferro delta
c) incontro con l'orizzontale peritettica, ho arresto termico e il ferro delta si trasforma in ferro gamma, ottenendo
gamma+liquido
d)incontro con linea di solidus, tutto il liquido si è solidificato e rimane quindi solo fase solida
gamma
C tra 0,53 e 2,11
Analogamente a prima, tutte queste solidificazioni portano alla zona monofasica di
austenite
Leghe con C > 2,11 e C <6,69
C tra 2,11 e 4,3
a)Partiamo da liquido
b)Attraversamento linea liquidus, formazione cristalli austenite
c) attraversamento orizzontale eutettica, completa solidificazione del liquido, a T costante continua la solidificazione e la formazione della ledeburite (austenite+cementite)
La struttura sarà costituita da cristalli primari di austenite in una matrice di ledeburite.
C = 4,3
Composizione uguale a quella del punto eutettico, quindi la struttura finale sarà completamente costituita da ledeburite.
C tra 4,3 e 6,69
liquido->liquido+cementite->cristalli di cementite primaria in matrice di ledeburite
Trasformazioni allo stato solido
Leghe con C < 2,11%
C <= 0,77%
a)Partiamo da austenite, ci troviamo a T superiori a 912°C
b)Incontro con linea di trasformazione solida-> comincio trasformazione da austenite a ferrite alfa
c)Incontro con linea orizzontale eutettoidica: in questo istante ho ferrite alfa + austenite con 0,77%C
d)a T costante, ho trasformazione di austenite in
perlite
.
La struttura della lega risulta costituita da cristalli di ferrite alfa e perlite
C = 0,77%
Austenite non satura -> Ferrite alfa + Cementite (perlite) con trasformazione eutettoidica
Avrò una struttura completamente perlitica.
C > 0,77% e C<2,11
Austenite non satura ->(smiscelamento) Austenite+Cementite secondaria->(a t costante, l'austenite si trasforma in perlite)ferrite+cementite (perlite) con residua cementite secondaria
Struttura perlite + cementite secondaria
Leghe con C > 2,11 e C <6,69
Partiamo sempre da miscela di Austenite + Cementite secondaria (ledeburite).
Raggiunta la temperatura di trasformazione eutettoidica (747°C), l'austenite si trasforma in perlite, analogamente a come visto per il raffreddamento tra C a 0,77 e 2,11
Struttura cristallografica
Nelle leghe ferrose, le più comuni sono:
CCC -> numero atomi per cella= 8x1/8+1 = 2
CFC -> numero atomi per cella = 8x1/8 + 6x1/2= 4
la CFC gode di un piano cristallografico con indici di Miller {1;1;1} con maggiore fattore di impacchettamento rispetto alla CCC, questo determina una maggiore deformabilità plastica dell'austenite (maggiore solubilità del C)
il volume per atomo aumenta per effetto della dilatazione termica
durante la trasformazione da ferrite alfa ad austenite, il volume subisce una brusca diminuzione per l'aumentato fattore di impacchettamento atomico dell'austenite.
viceversa, da austenite a ferrite alfa, il volume subisce un brusco aumento.
Siti interstiziali
sono una porzione di regione in cui sono presenti cavità lasciate libere, che possono essere occupate a atomi più piccoli rispetto a quelli che formano il reticolo.
CFC
si rileva la presenza di un interstizio ottaedrico di forma regolare.
Ciò permette di avere un atomo interstiziale centrato delimitato da 8 atomi di Fe del reticolo.
L'atomo interstiziale è equidistanze rispetto agli 8 reticolari, ciò permette di avere uno stato uniforme di tensione/deformazione -> ecco perché C è più solubile in questi reticoli
Sono presenti anche interstizi tetraedrici, ma le loro dimensioni ridotte impediscono l'interstizio di atomi delle dimensioni del C
CCC
Sono presenti quattro interstizi tetraedrici, tuttavia difficilmente possono collocarvisi atomi delle dimensioni di C e N.
Due celle CCC adiacenti formano un interstizio ottaedrico, irregolare, l'atomo interstiziale non genera un campo uniforme di tensioni/deformazioni. Il diverso stato tensionale tra due celle fa si che a livello macroscopico si ottenga una struttura con stato tensionale uniforme.
Solubilità: molto maggiore in austenite (siti interstiziali più grandi)
Diffusività: maggiore in ferrite alfa (minore impaccamento atomico) a parità di T
Rafforzamento per soluzione solida: molto maggiore in alfa ( a parità di %C) a causa della non regolarità degli interstizi