DIAGRAMMA DI STATO Fe - C

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DIAGRAMMA DI STATO Fe - C

Prof. G. Poli

Univ. di Modena e Reggio Emilia

Adattamento da:

Prof. F. Iacoviello,Univ. di Cassino Prof . A. Tiziani, Univ. di Padova

Ferro puro

Densità ρ (20°C): 7870 Mg/m

³

R

_m

= 180-290 MPa

R

_p02

= 100-170 MPa A% = 40-50%

Z = 80-95%

HB = 45-55 E = 210 GPa

Oltre alla fusione, il ferro puro presenta due trasformazioni di fase allo stato solido;

le temperature corrispondenti

vengono indicate con A3 ed A4

(nelle condizioni di equilibrio).

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Allotropia nel Fe puro

Influenza degli elementi di lega Il Fe forma delle leghe con un elevato numero di elementi. La messa in soluzione di elementi di lega nel Fe comporta lo spostamento dei punti A3 ed A4.

• Si definiscono alfageni quegli elementi che stabilizzano la fase ccc, aumentando la temperatura del punto A3 e diminuendo quella

del punto A4.

• Si definiscono gammageni quegli elementi che stabilizzano la fase cfc, diminuendo la temperatura del punto A3 ed aumentando quella

del punto A4.

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3 Elementi fortemente

gammageni

Elementi debolmente gammageni

Elementi fortemente alfageni

Elementi debolmente

alfageni

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Soluzioni solide di equilibrio nel sistema Fe-C:

Ferrite α= soluzione solida interstiziale di C in ferro ccc stabile fino a 911^oC. La massima solubilità si ha a 723^oC e vale circa 0,02%, mentre a temperatura ambiente si riduce a un terzo: in pratica è ferro tecnicamente puro.

Ferrite δ= soluzione solida interstiziale di C in ferro ccc stabile oltre 1392^oC. La solubilità massima è in questo caso di 0.09% a 1493^oC.

Austenite= soluzione solida interstiziale di C in ferro cfc, stabile tra 723 e 1493^oC detta anche fase γ. La solubilità è massima a 1143^oC (temperatura eutettica) e vale circa 2,06%.

Cementite = composto intermetallico di formula Fe₃C,corrispondente alla composizione di 6,67% in peso (25% atomico) di C.

Reticolo ortorombico con 12 atomi di Fe e 4 atomi di C per cella.

La cementite

T_f=1550 °C; durezza elevata; duttilità nulla

fase metastabile

a morfologia lamellare, globulare o a maglie La fase stabile è la grafite (lamellare, o a fiocchi o nodulare)

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5 Diagramma Fe-C:

•sistema metastabile tratto intero;

•sistema stabile tratto tratteggiato

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Campo di stabilità del sistema monofasico ferrite α α α α

Campo di stabilità del sistema monofasico

ferrite δ δδ δ

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7 Campo di stabilità del sistema monofasico austenite γγγγ

Campo di stabilità del sistema monofasico

cementite Fe

₃

C

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Campo di stabilità del sistema monofasico C grafitico

Trasformazione eutettica

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9 Trasformazione eutettoidica

Trasformazione perittetica

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Definizioni:

A

₁

= luogo dei punti T limite inferiore di esistenza di γ (723 °C) A

₃

= Luogo dei punti T che separano il campo di γ da quello

del sistema bifasico α + γ

A

₄

= Luogo dei punti T che separano il campo di γ da quello del sistema bifasico γ + δ

A

_cm

= Luogo dei punti T che separano il campo di γ da quello del sistema bifasico γ + Fe

₃

C

Punto T = valore di temperatura

Per ognuno dei punti critici si possono distinguere:

Ae : T di equilibrio della trasformazione

Ac : T alla quale la trasformazione avviene mediante riscaldamento Ar : T alla quale la trasformazione avviene mediante raffreddamento

Punti critici nel sistema Fe-C

A

₁

A

₃

A

₄

A

_cm

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11 Forma semplificata del diagramma di

stato:

• Si considera nulla la solubilità del C nel reticolo ccc del ferro α;

• Si trascura l’esistenza della reazione peritettica;

Una semplificazione

Suddivisioni

convenzionali

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Diagramma Fe-C: il campo degli acciai

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13 La struttura dell’acciaio eutettoidico

Le strutture degli acciai ipoeutettoidici

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PERLITE

•aggregato eutettoidico generato dalla trasformazione isotermica dell’austenite .

•Presenta l’11% in peso di cementite Fe₃C e l’89% in peso di ferrite α.

•L’aggregato è generalmente lamellare.

•La cementite è la fase nucleante.

•Un parametro importante è la distanza interlamellare ∆

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15 SISTEMA Fe – C: riassunto fasi e strutture

1° approfondimento:

Perché il C è più solubile nel Fe- γγγγ che nel Fe-α α α? α

Nel reticolo ccc c’è più spazio libero che in quello

cfc, ma :

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concentrato al centro della cella unitaria.

C (diametro atomico = 0.8 Å) deve infilarsi in un sito ottaedrico nel Fe-g di dimensioni = 0.52 Å provocando una leggera distorsione del reticolo Solubilità max del Carbonio nel Fe-γ = 2.03% in peso

Nel reticolo ccc,

lo spazio vuoto è suddiviso in varie zone del reticolo, e perciò è più difficilmente utilizzabile da atomi estranei per formare soluzioni solide interstiziali.

C (diametro atomico = 0.8 Å) deve infilarsi in uno spazio di diametro 0.36 Å : forte distorsione del reticolo

Solubilità max del Carbonio nel Fe-αααα = 0.02% in peso

Conclusione:

La solubilità del carbonio nel ferro α esiste ma nella gran parte dei casi è trascurabile ai fini pratici

Se considerata in concomitanza ad altri fattori, quali per es: la presenza di azoto o di ossigeno, può avere una influenza assai importante agli effetti di un

fenomeno spettacolare nelle sue manifestazioni esteriori, quale l’invecchiamento dell’acciaio!!!