Acciai

DEFINIZIONE

L'acciaio è una lega metallica composta principalmente da ferro e da carbonio, chiamata comunemente lega ferro-carbonio

COME SI FORMANO

Esso si ricava partendo da un'altra lega ferro-carbonio: la ghisa; che si differenzia dall’acciaio per una maggiore presenza di carbonio.

Tutto inizia nell’altoforno dove vengono inseriti dall’alto: minerali di ferro ; carbon coke, che viene bruciato per portare il tutto  a fusione; e fondenti. Tutto viene portato a temperatura di fusione e si forma la ghisa, che esce dal basso, mentre gli scarti galleggianti escono di lato e i fumi dall’alto. Una volta ricavata, la ghisa viene portata in un forno convertitore in cui viene trasformata in acciaio tramite due possibili metodi:

·         La tolta di carbonio, che avviene immettendo ossigeno che si combina con il carbonio, formando anidride carbonica che evapora

·         La aggiunta di ferro, che avviene aggiungendo rottami.

DIAGRAMMI DI STATO

Un diagramma di stato è quel diagramma che mette in relazione al temperatura col tempo, ed è usato per osservare il riscaldamento o il raffreddamento di un materiale.

I materiali possono essere:

·         Sostanze pure, in cui raggiunta la temperatura di passaggio di stato  il materiale rimane a temperatura costante perché il calore fornito serve a cambiare i legami chimici

·         Composti che hanno due temperature passaggio  diverse.

I composti, a loro volta, possono essere distinti in due categorie:

·         Non avviene nessun legame (A+B=A+B), in cui si ha la temperatura di passaggio del primo cristallo del materiale A (Ta) e la temperatura di passaggio dell’ultimo cristallo di B (Tb), formando così il grafico qua sotto

·         Avviene il legame (A+B=C), in cui si hanno diverse Ta e Tb che variano a seconda delle percentuali dei due materiali, formando così il grafico qua sotto                                                            

Se al di sopra del grafico c’è liquido allora il composto verrà chiamato eutettico; mentre se al di sopra è presente solido il composto verrà chiamato eutettoide

DIAGRMMA FE-C

Il grafico sopra mostrato mostra il diagramma specifico per gli acciai e le ghise.

Si nota che gli acciai sono compresi fino alla percentuale di carbonio di 2,07% e si possono suddividere, i base alla struttura atomica e al magnetismo, in tre categorie:

·         Ferrite α (fino a 911°), con una struttura cubica a corpo centrale e presenta magnetismo;

·         Ferrite δ (911°-1392°), con una struttura cubica a facce centrali e non presente magnetismo;

·         Ferrite γ (1392°-1538°), con la struttura uguale alla ferrite α, ma non presenta magnetismo.

Alla temperatura di 723° ed una percentuale di carbonio del 0,77% si forma la perlite, che è un composto di tutti gli acciai e di alcune ghise, e deriva dall’austenite solida; perciò:

·         Gli acciai con percentuali di C inferiori al 0,77%, essi verranno chiamati acciai ipoeutettoidi;

·         Gli acciai con percentuali di C superiori al 0,77%, essi verranno chiamati acciai ipereutettoidi.

Questo grafico si può ottenere SOLAMENTE con raffreddamenti molto lenti.

TRATTAMENTI TERMICI

I trattamenti termici si ottengono tramite un aumento più o meno veloce per cambiare la combinazione chimico-fisica degli atomi. Per eseguire un trattamento le fasi da compiere sono:

·         Riscaldamento fino a una temperatura leggermente superiore a quella di fusione;

·         Mantenimento della temperatura, per permettere la totale fusione del materiale;

·          Raffreddamento più o meno veloce.

Il trattamento termico più comune e conosciuto è la tempra; essa si ottiene raggiungendo la temperatura di completa austenizzazione, ovvero una temperatura in cui tutto l’acciaio diventa austenite, e si ottiene:

·         Martensite con un raffreddamento molto veloce, è un materiale molto duro ma fragile;

·         Bainite con un raffreddamento medio-veloce,

CURVE DI BAIN

Le curve di Bain definiscono la composizione dell’acciaio in funzione della velocità di raffreddamento. Si possono suddividere in:

·         Curve di raffreddamento isotermico (TTT), ovvero quando l’acciaio viene raffreddato in un bagno a temperatura costante, e si suddividono in TTT ipoeutettoidiche, eutettoidiche e ipereutettoidiche;

·         Curve  di raffreddamento continuo (CCT), quando l’acciaio viene raffreddato in un bagno a temperatura variabile, e si suddividono in CCT ipoeutettoidiche, eutettoidiche e ipereutettoidiche.