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Acciai a basso tenore di carbonio (Zincatura (le lamiere vengono ricoperte…
Acciai a basso tenore di carbonio
Introduzione
Due proprietà caratterizzanti:
Saldabilità
Deformabilità a freddo
Applicazioni:
Acciai per costruzioni saldate/imbutite
Tubi e recipienti in pressione
Profili per edifici/ ingegneria civile
Classi
Acciai Fe-P ferritici-perlitici
Tenore di C < 0,25%
Ciclo di lavoro:
laminazione a caldo
raffreddamento non controllato in aria
le proprietà sono modificate da:
tenore elementi legati (Mn, Si, N liberi)
dimensioni grani cristallini
aumento tenore elementi legati comporta aumento resistenza a snervamento così come diminuzione diametro medio grani.
allungamento percentuale a rottura:
non dipende da affinamento grano
il tenore di elem. ha un effetto negativo
impatta negativamente anche la percentuale di perlite
Temperatura di transizione duttile-fragile
effetto positivo per affinamento del grano
Mn e Si effetto positivo per rafforzamento sol. solida
effetto positivo da percentuale di perlite
Il basso tenore di C rende trattamenti termici poco efficaci
Deformazione plastica, affinamento grano
Impilamento dislocazioni lungo BdG
Incremento tensioni per impilamento dislocazioni su bdg
inizio deformazione su grano adiacente
Possibilità di innesco frattura per clivaggio
Quindi un grano GRANDE comporta una maggiore deformabilità ma minore resistenza mentre un grano FINE rende il materiale più tenace e più resistente
Grano Grande ->
scarsa area Bdg per unità di volume e quindi scarsa densità di dislocazioni impilate
le impurità si concentrano su Bdg inibendo lo scorrimento delle dislocazioni
maggior rischio di rottura intergranulare
Acciai laminati a freddo
prodotti piani sottili (1 - 3 mm), non possono essere laminati a caldo
Cicli di lavorazione
Colata continua
lam a caldo
lam a freddo
Ricottura per recuperare lavorabilità dopo deformazione a freddo, per deformazione plastica in stampi:
a lotti (subcritica)
: lamiere avvolte o sovrapposte, ha una durata elevata perché abbiamo un riscaldamento e un successivo raffreddamento lenti
continua (subcritica, ma poss. intercritica)
: lamiera singola, processo in linea, tempi brevi, riscaldamento e raffredd. veloci.
lieve laminazione finale a freddo (skinpass o temper rolling)
imbutitura
Skinpass -> processo di def plastica superficiale ridotta, con funzione di assicurare planarità e precisione dimensionale.
viene eseguito come ultimo processo in acciaieria
!Ricottura
permettono la ricirstallizzazione, formando grani più grandi e con perlite a Bdg
la Ricottura continua può essere sia subcritica che intercritica.
Bisogna tenere conto del fenome di
overaging
a)lo skinpass ha come effetto quello di eleminare lo snervamento apparente visibile nel diagamma true stress, true strain. così da evitare la formazione di bande di
Leurdes
, ovvero zone indeformate e zone deformate plasticamente.
b) sottoponendo la lamiera a più cicli di carico a tempi diversi, il C presente nella ferrite migra dopo la deformazione, venendo segregato in corrispondenza delle linee di dislocazione:
arresto dislocazioni;
ricomparsa snervamento apparente;
lo skinpass diventa inefficace
Tale fenomeno è chiamato
Strain-aging
l'
overaging
consiste in una serie di raffreddamenti lenti che seguono il raffreddamento rapido, così da far precipitare i carburi ed evitare che C si depositi nella matrice ferritica
Acciai per imbutitura profonda
Caratteristiche
elevata deformabilità nel piano della lamiera
scarsa deformazione (riduzione) dello spesso
r = coefficiente di anisotropia plastica
è dato dal rapporto della deformazione in larghezza su deformazione spessore.
desideriamo r il più distante possibile da 1 e sempre maggiore di 1
dipende da:
entità della deformazione plastica
direzione di laminazione, ossia direzione forza sollecitante.
lam a freddo con fine di introdurre texture in lamiera (111) [110] così da avere una direzione privilegiata di orientazione dei cristalli
mi permette di ottenere r = 1,5 / 1,8
Acciai con Al e N
una ricristallizzazione in seguito alla laminazione a freddo comporterebbe l'eliminazione della texture.
durante la ricottura, introduco elementi che limitano la ricristallizzazione, Al e N
questi elementi agiscono introducendo precipitazione di seconda fase
una percentuale di Al viene introdotta durante il calmaggio nella linea di produzione, se l'acciaio è destinato ad imbutitura profonda, si tende ad aggiungere un quantitativo maggiore.
durante la laminazione a caldo e raffreddamento veloce (900 -> 500 °), ovvero da fine laminazione ad avvolgimento in rotoli, l'Al e il N sono in soluzione solida nella ferrite
durante la lam. a freddo, Al e N continuano ad essere in soluzione solida
durante la ricottura a lotti, mentre avviene il riscaldamento, ho precipitazione di nitruri di alluminio, che inibiscono la ricristallizzazione
questo permette il mantenimento della texture ottenuta in precedenza e un r maggiore di 1
Acciai IF
in caso di ricottura continua, e quindi un riscaldamento veloce, non ho tempo di far precipitare i nitruri negli acciai Al e N.
In qusto caso si usano degli acciai che prendono il nome di "acciai IF" (interstizial free).
hanno un ridotto tenore di C e N, elementi interstiziali, quindi è molto simile al Fe puro.
Caratteristiche:
Tenore di C e N < 50 ppm
vengono introdotti Nb e Ti al fine di formare carburi e nitruri -> formazione di seconda fase durante laminazione a caldo e stabilizzazione durante ricottura.
Hanno la proprietà di allontanare dalla matrice C e N e di inibire la ricristallizzazione durante la ricottura.
%P > %C, permette il rafforzamento della matrice in caso in cui sia richiesta maggiore deformabilità e significativa resistenza.
Una piccolissima parte di C si trova a bdg, per evitare la frattura intergranulare, per contrastare l'effetto di P.
cold work embrittlement
infragilimento da deformazione a freddo, dovuto al diffondere di C sulle linee di dislocazione (analogamente allo strain aging), acquista una particolare rilevanza per la fragilità dei Bdg dovuta al P.
Acciai BH
consistono in una variante degli acciaio IF (Bake hardening).
Caratteristiche principali:
Possiedono un maggior tenore di C in soluzione solida
lieve incrudimento indotto da imbutitura (aumento densità dislocazioni)
si ottiene strain-aging con riscaldamento a 175°C per un paio di ore durante la verniciatura, così da far diffondere il C sulle dislocazioni (aumento resistenza meccanica) per poi avere un lieve raffreddamento
applicazione per pannelli e telai automobilistici resistenti ad ammaccature.
Acciai HSLA
High strenght low alloy
Caratteristiche:
Alta resistenza meccanica a basso tenore di elementi leganti, resistenza maggiore rispetto ai Fe-P
in genere prodotti per laminazione a caldo
microlegati con Nb, Ti, V che concorrono alla formazione di carburi
%C 0,1
Rafforzamento:
affinamento grano (formula di Hall patch)
precipitazione carburi (con effetto minore)
Produzione:
laminazione a caldo
comporta una deformazione a caldo dell'austenite con successivo incrudimento
ricristallizzazione durante ricottura, rafforzamento per affinamento di grano
a) laminazione a caldo T> T della ricristallizzazione:
ho contemporaneamente deformazione a caldo e ricristallizzazione . Questo comporta grani austenitici grossi con pochi difetti e quindi ferrite a grano grosso per scarsa densità dei siti di nucleazione.
b) laminazione a caldo T< T della ricristallizzazione:
ottengo ferrite con grani in tensione, densità di difetti maggiori a grana fine
c) Preferisco avere i due fenomeni in contemporanea: per fare ciò, aggiungo all'acciaio Nb e Ti, così da aumentare la temperatura di ricristallizzazione.
I carburi di Nb inibiscono la ricristallizzazione dell'austenite durante la ricottura per gli ultimi passaggi della laminazione a caldo, così da avere grana fine per il maggior numero di siti di nucleazione
d) eseguendo una laminazione a freddo ho un grana ancora più fine. L'effetto risulta maggiorato se eseguo un raffreddamento rapido dopo la laminazione.
Combinando queste procedure, ottengo degli ottimi HSLA
Acciai DP
acciai dual phase:
hanno una matrice bifasica (ferrite e martensite)
sono ottenuti con un particolare processo continuo di lavorazione eseguito su lamiere:
laminazione a caldo
laminazione a freddo
trattamento termico intercritico
si parte da una struttura di perlite + ferrite (acciai ipoeutettoidici???) deformata con laminazione a freddo e si arriva ad una microstruttura di ferrite + austenite che durante il raffreddamento si trasforma in ferrite + martensite.
in pratica, durante il processo, il C diffonde dalla ferrite all'austenite, rendendo quest'ultima temprabile ( si raggiunge un 0,4% C).
% C può essere regolata, così da determinare la frazione di martensite che sarà presente nella struttura a fine trattamento.
possiedono una resistenza meccanica notevolmente aumentata, a fronte di una diminuzione della deformabilità.
rispetto agli HSLA, possiedono un carico di snervamento minore, carico di rottura simile e deformabilità maggiore grazie alla presenza di ferrite nella struttura.
la ferrite prossima ai grani martensitici risulta essere in parte incrudita, a causa della trasformazione (e variazione di volume) dell'austenite.
Questa ferrite possiede uno snervamento maggiore rispetto a quella più lontana che non risente dello stato tensionale dovuto alla trasf. displasiva.
valori tipici di Rm= 600/1200 Mpa con allungamento max di 10%
Acciai TRIP
Transfrmation Induced Plasticity.
Si riferisce all'incrudimento indotto dalla transizione di fase.
A causa di ci ho 5% di austenite residua a T amb: questa si trasformerà in martensite quando il materiale è soggetto a sollecitazioni. Così ho un incremento della resistenza meccanica.
L'austenite a T amb è ottenuta grazie a:
un rapido raffreddamento in corrispondenza della transizione di fase;
una %C localmente elevata, stabilizzante la struttura a t basse e abbassando quindi Ms.
Ciclo di produzione:
colata in continuo
laminazione a caldo
lam a freddo della miscela ferr+ perlite.
tratt. termico diviso cosi:
a. Riscaldamento per austenetizzazione,
b. raffredd rapido compreso tra Bs e Ms (400°C) e quindi inizio di
una certa frazione di bainite
c. raff che porterà alla trasformazione di una parte di austenite in martensite con restante parte che si stabilizza come austenite residua.
grazie alla partizione del C tra ferr e austenite in prima battuta e tra bainite e austenite in seconda, ho un abbassamento complessivo di Ms.
L'introduzione di Si ha lo stesso effetto, poiché concorre a inibire la formazione di cementi durante il raffreddamento, abbassando quindi Mf.(stabilizza austenite)
la T a cui avviene la strizione è molto importante:
se troppo elevata, la transizione da austenite a martensite non avviene completamente, non ho l'effetto indurente che aumenta resistenza e duttilità;
se troppo bassa la trasformazione avviene immediatamente e la strizione avviene quando già tutta l'austenite è diventata martensite, meno duttile e rottura quasi immediata.
Acciai martensitici
es 22Mnb5 -> 0,22 C e 1,2 Mn - poco B
non sono imbutibili
Ciclo di produzione
Colata in continuo
lam a caldo
lam a freddo
ricottura
def plastica a freddo
tempra
un ciclo più economico comprende invece uno stampaggio a caldo e tempra nello stampo anziché lam a freddo
Stampo aperto -> raffreddamento in aria -> autorinvenimento
Stampo chiuso -> raggiungimento Ms, trasformazione
! Non ho rinvenimento, in quanto il tenore di C è particolarmente basso e quindi sono acciai duttili.
Boro aumenta la temprabilità (aumento velocità critica di tempra), inoltre inibisce trasformazione perlitica/bainitica.
Zincatura
le lamiere vengono ricoperte da uno strato superficiale di Zn spesso 5-10 micrometri per proteggerle dalla corrosione.
può avvenire a caldo, per immersione della lamiera in zn liquido a 460°C
in alternativa, elettroforesi, la lamiera funziona da catodo e in questo caso avremo uno strato meno spesso e aderente, si rischia assorbimento idrogeno
in DP e TRIP, la zincatura va fatta contemporaneamente a trattamento termico finale, cosi da non danneggiare lo strato di zinco o causare rinvenimento della martensite
negli acciai per imbutitura, si esegue prima dell'ibutitura ma dopo la ricottura
negli acciai martensitici non viene eseguita, viene sostituita da un rivestimento di Al e Si