Leghe Ferro Carbonio: Acciaio e Ghisa, IED Presentazione

Leghe Ferro-Carbonio: Definizioni

Acciaio

· L'acciaio è una lega ferro -
carbonio a basso tenore (%) di
carbonio C: C < 2,06%. L'acciaio
fonde tra i 1400 ed i 1500 °℃ in
funzione del tenore (%) di
carbonio.
· Pro. Offre la migliore resistenza
meccanica. È duttile, malleabile.
Trasmette calore ed elettricità,
· Contro. Fonde ad una
temperatura molto alta. È
costoso.

Ghisa

· La ghisa è una lega ferro -
carbonio ad alto tenore (%) di
carbonio C: 2,11% < C < 6,67%
(limite di saturazione). La ghisa
fonde a circa 1200 °C.
· Pro. Trasmette molto bene il
calore, fonde ad una
temperatura molto minore
dell'acciaio. Costa poco. Molto
dura.
· Contro. È fragile, ha una
resistenza meccanica molto
minore dell'acciaio.

Il Diagramma Ferro-Carbonio

· Il diagramma di fase Ferro-Carbonio descrive il sistema di
leghe ferro carbonio contenenti tenori di carbonio fino a
6,67%, riporta le composizioni delle fasi e le loro
trasformazioni che si verificano nella lega durante il
riscaldamento ed il raffreddamento.
· Il contenuto di carbonio al 6,67% corrisponde alla
composizione fissa del carburo di ferro Fe3C (cementite)

Le Forme Allotropiche del Ferro

T (C)
3000
-
a
2500
Vapore
Liquido
2000
a
1538 ℃
1500
-
Ferro (CCC)
1394 ℃
Ferrite y
fcc
Ferro 7(CFC)
1000
910 ℃
a
a
a
Ferrite a
bcc
Ferro o(CCC)
-12
-10
10 10"
10 10 10 10 1 10 100
P (bar)
a
a
Ferrite 8
bcc

Forme Allotropiche del Ferro Puro

· Il ferro puro (in natura non esiste). Allo stato solido
presenta tre forme allotropiche:
· ferro a: struttura cristallina cubica a corpo centrato (CCC), stabile
fino a 912 °C.
· ferro y: struttura cristallina cubica a facce centrate (CFC) , stabile
tra 912 °℃ e 1394 ℃.
· ferro 5: struttura cristallina cubica a corpo centrato (CCC) stabile
tra 1394 ℃ e 1538 °℃ (temperatura di fusione).
· Queste tre forme allotropiche del ferro sono in grado, in
misura diversa, di dar luogo a soluzioni solide con il
carbonio.

Le Fasi delle Leghe Ferro-Carbonio

· Nel diagramma le fasi presenti sono quindi le seguenti:
· Fase a: Ferrite. Soluzione interstiziale formata da piccole quantità di
carbonio nel reticolo CCC del ferro a. La presenza di atomi di carbonio nel
reticolo CCC del ferro a produce delle notevoli distorsioni, per questo la
solubilità del carbonio nel ferro a è molto limitata e può raggiungere un
valore massimo dello 0.02% (a 727 °℃). Al di sopra della temperatura di
Curie (771°C) diventa Paramagnetico invece che ferromagnetico ed era
anche detta Beta ferrite.
· Fase y: Austenite. È la soluzione solida interstiziale del carbonio nel
ferro y (CFC). La struttura cristallina del ferro y, favorisce una maggiore
solubilità del carbonio, dal diagramma si nota infatti un campo di stabilità
dell'austenite decisamente più ampio
· Fase 5: È la soluzione interstiziale del carbonio nel ferro o (CCC).
Valgono considerazioni analoghe a quelle sulla ferrite a. La maggiore
costante di cella consente un lieve aumento della solubilità del carbonio.

Ferromagnetismo e Paramagnetismo

· Ferromagnetismo è la proprietà di alcuni materiali, detti materiali
ferromagnetici, di magnetizzarsi molto intensamente sotto l'azione di
un campo magnetico esterno e di restare a lungo magnetizzati quando
il campo si annulla, diventando così magneti. Questa proprietà si
mantiene solo al di sotto di una certa temperatura, detta temperatura
di Curie, al di sopra della quale il materiale si comporta come un
materiale paramagnetico
.
· Paramagnetismo è una forma di magnetismo che alcuni materiali
mostrano solo in presenza di campi magnetici, e si manifesta con una
magnetizzazione avente stessa direzione e verso di quella associata
al campo esterno applicato al materiale paramagnetico stesso.
Contrariamente ai materiali ferromagnetici (che pure sono attratti da
campi magnetici), i materiali paramagnetici non conservano la
magnetizzazione in assenza di un campo esterno applicato.

Diagramma Ferro-Carbonio Dettagliato

1600
1536 ℃
D'
A
_8 + L
Liquido (L)
1500
B 1495℃
H
8
I
1400
8 + Y
N
1394℃
1300
L+Y
L + Fe3C
1200
Temperatura (°C)
1100
G 912 ℃
900
800
S'
738 ℃
700
P
-S
727°℃
K
8
a + Fe3C
4.30
0
-
2
3
4
5
6
6.69
%C (in peso)
acciai
ghise
IED
C'
1154°℃
E'
E
1148 ℃
ic
F
y + Fe3C
600
0.77
2.119

Cementite

· Fe3C. La cementite.
· È un composto interstiziale metastabile che tende a decomporsi
secondo la reazione Fe3C -> 3Fe + C (ferro e grafite) ma per la
maggior parte delle condizioni pratiche il Fe3C è molto stabile
· La cementite è un composto intermetallico duro e fragile, costituito
da ferro (93,3% in peso) e carbonio (6,67% in peso). Dal punto di
vista chimico si tratta di una ceramica, di un carburo di ferro
indicato con il simbolo Fe3C (3 atomi di Fe per ogni atomo di C).
· 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 presenza negli acciai di cementite genera l'aumento delle
proprietà meccaniche di durezza e resistenza, ma di contro
favorisce un comportamento fragile della lega.

Diagramma Ferro-Carbonio: Temperature e Fasi

Temp (ºC)
1100
Austenite
1000
000
900
Ac3
800
Austenite
+ Ferrite
C
Ac1
Ac1 = Ac3
700
E
Ferrite + Pearlite
Pearlite + Cementite
600
1
I
1
1
1
1
1
1
%C
0
0.35
0.5
0.8
1
1.5
1.7
2
IED
ACH
Austenite +
Cementite11

Fasi delle Leghe Ferro-Carbonio: Riepilogo

carbonio
ferro
Ferrite
stable)
(0° - 910℃)
Austenite
stable)
(911° - 1394℃)
Cementite Fe3C
C = 6,67%
Metastable = not stable. It comes back to previous status.

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