Diagramma di fase Fe – C
M t ll iMetallurgiaDiagramma di fase Fe - C
Prof. Francesco Iacoviello
Studio: piano terra Facoltà di Ingegneria, stanza 25i di i i l dOrario di ricevimento: Mercoledì 14.00-16.00
Tel.-fax 07762993681E mail: iacoviello@unicas itE-mail: [email protected]
Sito didattico: http://webuser.unicas.it/iacoviello
Francesco Iacoviello Università di Cassino
Il Ferro puroDiagramma di fase Fe – C
pDensità ρ (20°C): 7870 kg/m3
Rm = 180-290 MPaTemperatura
Feδ (CCC) ⇔ liquidoTf (1538°C)m
Re = 100-170 MPaA% = 40-50%Z 80 95%Z = 80-95%HB = 45-55E = 210 GPa
A4 (1394°C) Feγ (CFC) ⇔ Feδ (CCC)E 210 GPa
Oltre alla fusione, il ferro puroOltre alla fusione, il ferro puropresenta due trasformazioni difase allo stato solido;
A3 (912°C) Feα (CCC) ⇔ Feγ (CFC)
le temperature corrispondentivengono indicate con A3 ed A4(nelle condizioni di equilibrio)
770°C
(nelle condizioni di equilibrio).
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Influenza degli elementi di legaIl Fe forma delle leghe con un elevato numero di elementi La messa
Diagramma di fase Fe – C
Il Fe forma delle leghe con un elevato numero di elementi. La messain soluzione di elementi di lega nel Fe comporta lo spostamento deipunti A3 ed A4.p 3 4• Si definiscono alfageni quegli elementi che stabilizzano la faseCCC, aumentando la temperatura del punto A3 e diminuendo quelladel punto A4.• Si definiscono gammageni quegli elementi che stabilizzano la faseCFC diminuendo la temperatura del punto A ed aumentando quellaCFC, diminuendo la temperatura del punto A3 ed aumentando quelladel punto A4.
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DIAGRAMMA Fe-CDiagramma di fase Fe – C
Il sistema stabile si riferisce al diagramma Fe-C (linee tratteggiate) epermetterà di analizzare i processi di solidificazione e raffreddamento dellep pghise grigie (o grafitiche)
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DIAGRAMMA Fe-CDiagramma di fase Fe – C
Il sistema metastabile si riferisce al diagramma Fe-Fe3C (linee continue) epermetterà di analizzare i processi di solidificazione e raffreddamento deglip p gacciai e delle ghise bianche (o cementitiche)
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Le leghe binarie Fe C presentano le fasi seguenti:
Diagramma di fase Fe – C
Le leghe binarie Fe-C presentano le fasi seguenti:• Ferrite α: soluzione solida interstiziale di C nel ferro α(solubilità max pari a 0 02% a 727°C); il reticolo è CCC;(solubilità max pari a 0.02% a 727 C); il reticolo è CCC;
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Le leghe binarie Fe C presentano le fasi seguenti:
Diagramma di fase Fe – C
Le leghe binarie Fe-C presentano le fasi seguenti:• Ferrite δ: soluzione solida interstiziale di C nel ferro δ (solubilitàmax pari a 0 1% a 1487°C); il reticolo è CCC;max pari a 0.1% a 1487 C); il reticolo è CCC;
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Le leghe binarie Fe C presentano le fasi seguenti:
Diagramma di fase Fe – C
Le leghe binarie Fe-C presentano le fasi seguenti:• Austenite γ: soluzione solida interstiziale di C nel ferro γ; ilreticolo è CFC;reticolo è CFC;
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Le leghe binarie Fe C presentano le fasi seguenti:
Diagramma di fase Fe – C
Le leghe binarie Fe-C presentano le fasi seguenti:• Cementite (Fe3C): la sua composizione corrisponde ad un tenoredel 6 67% in C Si tratta di un composto interstiziale metastabiledel 6.67% in C. Si tratta di un composto interstiziale, metastabileche tende a decomporsi in ferrite (oppure austenite) e grafitesecondo la reazionesecondo la reazione
Fe3C → 3Fe + Cgr
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Le leghe binarie Fe C presentano le fasi seguenti:
Diagramma di fase Fe – C
Le leghe binarie Fe-C presentano le fasi seguenti:• Carbonio puro (grafite) Cgr: la solubilità del Fe nel Cgr è nulla
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Il sistema binario Fe C p ò s bire d e tipi differenti di e ol ione in
Diagramma di fase Fe – C
Il sistema binario Fe-C può subire due tipi differenti di evoluzione, infunzione della fase ricca in C che si forma (cementite oppure Cgr).
I due tipi di evoluzione non avvengono mai simultaneamente.
I due diagrammi sono caratterizzati da:• una trasformazione eutettica• una trasformazione eutettica
CCFeCl )%112()%34( γ+⇔Diagramma metastabile
ledeburiteC
CCFeCl )%11.2()%3.4( 31148γ+⇔
°
Diagramma stabile
)%03.2()%25.4(1153
CCCl grCγ+⇔
°
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Il sistema binario Fe C p ò s bire d e tipi differenti di e ol ione in
Diagramma di fase Fe – C
Il sistema binario Fe-C può subire due tipi differenti di evoluzione, infunzione della fase ricca in C che si forma (cementite oppure Cgr).
I due tipi di evoluzione non avvengono mai simultaneamente.
I due diagrammi sono caratterizzati da:• una trasformazione eutettoidica• una trasformazione eutettoidica
( ) ( )077% 002%C F C C⇔ +Diagramma metastabile
γ α( . ) ( . )077% 002%727
3C Fe C CC
perlite
⇔ +°
Diagramma stabileγ α( . ) ( . )069% 002%
738C C C
Cgr⇔ +
°
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Il sistema binario Fe C p ò s bire d e tipi differenti di e ol ione in
Diagramma di fase Fe – C
Il sistema binario Fe-C può subire due tipi differenti di evoluzione, infunzione della fase ricca in C che si forma (cementite oppure Cgr).
I due tipi di evoluzione non avvengono mai simultaneamente.
I due diagrammi sono caratterizzati da:• una trasformazione peritettica• una trasformazione peritettica
)%16.0()%1.0()%51.0(1487
CCClCγδ
°⇔+
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Punti criticiDiagramma di fase Fe – C
A1 : T equilibrio austenite ⇔ perliteA3 : T equilibrio austenite ⇔ ferrite αA T ilib i i f i δA4 : T equilibrio austenite ⇔ ferrite δAcm : T equilibrio austenite ⇔ cementite
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Punti criticiDiagramma di fase Fe – C
A1 : T equilibrio austenite ⇔ perliteA3 : T equilibrio austenite ⇔ ferrite αA T ilib i i f i δA4 : T equilibrio austenite ⇔ ferrite δAcm : T equilibrio austenite ⇔ cementite
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Punti criticiDiagramma di fase Fe – C
A1 : T equilibrio austenite ⇔ perliteA3 : T equilibrio austenite ⇔ ferrite αA T ilib i i f i δA4 : T equilibrio austenite ⇔ ferrite δAcm : T equilibrio austenite ⇔ cementite
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Punti criticiDiagramma di fase Fe – C
A1 : T equilibrio austenite ⇔ perliteA3 : T equilibrio austenite ⇔ ferrite αA T ilib i i f i δA4 : T equilibrio austenite ⇔ ferrite δAcm : T equilibrio austenite ⇔ cementite
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Punti criticiDiagramma di fase Fe – C
Per ognuno di questi punti critici si possono distinguere:A : T di equilibrio della trasformazioneAe : T di equilibrio della trasformazioneAc : T alla quale la trasformazione
avviene mediante riscaldamentoA : T alla quale la trasformazioneAr : T alla quale la trasformazione
avviene mediante raffreddamento
La differenza fra la Ac ed Ar è dovutac ralla cinetica di reazione delle nuovefasi ed a quella di diffusione del C.Solitamente Ac ≅ Ae
Di i i di A ll’ tDiminuzione di Ar1 all’aumentare della velocità di raffreddamento
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Influenza degli elementi di l ll’ id
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di lega sull’eutettoide
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Spesso si farà riferimento sia per il diagramma stabile che per
Diagramma di fase Fe – C
Spesso si farà riferimento, sia per il diagramma stabile che perquello metastabile, ad una forma semplificata del diagramma difase in cui:ase cu :• Si considera nulla la solubilità del C all’interno del reticolo CCCdel ferro α;• Si trascura l’esistenza della reazione peritettica;
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La presenza dell’eutettico individua convenzionalmente due diversi materialiferrosi: gli acciai e le ghise I primi hanno n tenore di carbonio inferiore alla
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ferrosi: gli acciai e le ghise. I primi hanno un tenore di carbonio inferiore allamassima solubilità nell’austenite, le seconde formano, durante la solidificazione,una fase grafitica o cementitica. Nel caso di leghe binarie il confine convenzionale
i d i li è i di id d l di 2 11%Ctra i due materiali è individuato dal tenore di 2,11%C.
ACCIAI GHISE
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ACCIAI GHISE
Gli acciai possono essere suddivisi in ipoeutettoidici, eutettoidici o
Diagramma di fase Fe – C
p pipereutettoidici, in base al tenore di carbonio, nel caso in cui esso siarispettivamente inferiore, uguale o superiore al tenore dell’eutettoide (che nelcaso di leghe binarie Fe-C e pari allo 0,77%C).caso di leghe binarie Fe C e pari allo 0,77%C).
dici
ici
oidi
ci
eutt
etto
id
utte
ttoi
di
reut
tett
o
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ipoe eu iper
Per quanto riguarda le ghise possono essere distinte in ipoeutettiche,
Diagramma di fase Fe – C
q g g p peutettiche o ipereutettiche, in base al tenore del carbonio rispettivamenteinferiore, uguale o superiore all’eutettico (nelle leghe binare Fe-C è pari allo4,3%).4,3%).
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Solidificazione di leghe binarie Fe-C
Diagramma di fase Fe – C
secondo il diagramma metastabile
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Solidificazione di leghe binarie Fe-C
Diagramma di fase Fe – C
secondo il diagramma stabile
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Nella micrografia, le zone scure
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Raffreddamento acciaio eutettoidicog ,
sono le lamelle di cementite (Fe3C), mentre la fase chiara è la
ferrite αBordo grano austenite
(°C
)
Bordo grano austenite
pera
tura
(
Cementite Direzione di
Eutettoide
Tem
p Cementite(Fe3C)
Diffusione del C
Direzione di crescita della
perlitePerlite
(%C)
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Diagramma di fase Fe – C
Raffreddamento acciaio ipoeutettoidico°C
) Perlite
erat
ura
(°
α proeutettoideα eutettoide
Tem
pe α eutettoide
(%C)( )
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Diagramma di fase Fe – C
Raffreddamento acciaio ipoeutettoidico
La perlite è un aggregato eutettoidico ottenuto mediante latrasformazione isotermica dell’austenite .Presenta l’11% in peso di cementite Fe3C e l’89% in pesop 3 pdi ferrite α.L’aggregato è generalmente lamellare.La cementite è la fase nucleante
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La cementite è la fase nucleante.Un parametro importante è la distanza interlamellare Δ
Diagramma di fase Fe – C
Applicazione della regola della leva per la determinazione dellaApplicazione della regola della leva per la determinazione della percentuale di perlite in una lega binaria Fe-C ipoeutettoidica
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Diagramma di fase Fe – C
Raffreddamento acciaio ipereutettoidico°C
) Perlite
erat
ura
(°
Fe3C proeutettoide Fe C eutettoide
Tem
pe proeutettoide Fe3C eutettoide
(%C)( )
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Diagramma di fase Fe – C
Raffreddamento acciai: influenza tenore di C su microstruttura
Francesco Iacoviello Università di CassinoIpoeutettoidico eutettoidico ipereutettoidico
Diagramma di fase Fe – C
Raffreddamento acciai: influenza tenore di C su microstruttura
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Diagramma di fase Fe – C
Acciai ferrito-perlitici: microstruttura e proprietà meccanicheLe proprietà meccaniche e tecnologiche di questo tipo di acciai dipendono da:• Frazioni in peso e ripartizione di ogni fase
P t i i t tt li d d l di t i t l ll
p p p
• Parametri microstrutturali come grandezza del grano, distanza interlamellaredella perlite…
Influenza del tenore di C
Influenza della dimensione del grano ferritico d
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Acciai ferrito-perlitici: microstruttura e proprietà meccaniche
Diagramma di fase Fe – C
p p pInfluenza degli elementi di lega
• Modifica delle reazioni, delle temperature e dei tenori corrispondenti alle, p ptemperature eutettiche ed eutettoidiche;• Modifica dell’estensione dei domini di esistenza delle soluzioni solide (effettogammageno ed alfageno)gammageno ed alfageno)
Ad esempio (per %C<0,6):Ac1(°C) = 727 + 10,7(%Mn) - 16,9 (%Ni) + 29,1 (%Si) + 16,9 (%Cr) + 6,38 (%W) 1+ 290 (%As)
( )R R X k di i= + +∑ −0
1 2β % /( )R R X k de e i ii
+ +∑0 β %
Rm(MPa)=265+(480+1,95(%Mn))(%C)+20,6(%Mn)+(0,17+0,008(C))(%Mn)+700(%P) + 235(%Si) + k(%P) + 235(%Si) + kove k dipende dalle dimensioni del provino di trazione e va da -20 a +20 MPa.
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