inox metallografie ghise

1. Acciai Inox
Inossidabilità:
- deriva dalle elevate concentrazioni di cromo (superiore al 12 %)
(si parla di passivabilità)
Tale caratteristica deriva dalla forte reattività del Cromo con l’ossigeno dell’aria
che permette la formazione di uno strato di ossido di cromo.
L’ossido di cromo è inerte e compatto e permette l’isolamento del metallo
sottostante. In più l’elevata velocità di passivazione permette un ripristino dello
strato d’ossido nel caso in cui la superficie del metallo venga scalfita.
L’elevata percentuale di elementi di lega rende tali acciai molto più costosi dei
comuni acciai basso legati e ne limita conseguentemente l’utilizzo (rappresentano
circa il 2 % della produzione mondiale di acciaio).
Alcune applicazioni non possono però prescindere dal loro utilizzo:
- applicazioni industriali (impianti chimici, ecc…)
- prodotti di consumo (elettrodomestici, ecc…)

2. Acciai Inox
Gli acciai inossidabili si dividono in vari gruppi a seconda della loro microstruttura:
• Acciai ferritici;
• Acciai martensitici;
• Acciai austenitici
• Acciai induriti per precipitazione (PH);
• Acciai duplex.
Saranno analizzate in dettaglio le prime tre categorie.

3. Acciai Inox
Acciai ferritici

4. Acciai Inox
Acciai ferritici
Composizione chimica:
C < 0.1 %
13 % < Cr < 25 %
Possibili aggiunte:
Mo: per resistenza a corrosione
localizzata
Nb, Ti: per resistenza a caldo
S, Se, P: lavorabilità
Caratteristiche meccaniche:
- allo stato di laminati a caldo: Ry ∼∼∼∼ 300 MPa; Rm ∼∼∼∼ 500 MPa;
- laminati a freddo: Ry ∼∼∼∼ 500 MPa; Rm ∼∼∼∼ 800 MPa

5. Acciai Inox
Acciai martensitici
Necessità di portare il
materiale in campo γγγγ per
poter formare martensite
Dal diagramma di stato:
il campo di esistenza della fase γγγγ
è a concentrazioni di cromo
inferiori a quelle necessarie a
garantire l’inossidabilità
Aggiunte di carbonio (elemento austenitizzante) permettono di estendere il campo γγγγ a
concentrazioni di cromo superiori al 13 %.
Nessuna difficoltà a temprare questi acciai:
Sono acciai autotempranti, è sufficiente un raffreddamento in aria (elevati tenori di
elementi di lega).

6. Acciai Inox
Acciai martensitici
Composizione chimica:
C > 0.1 % (fino anche a 1,2 %)
13 % < Cr < 18 %
altre aggiunte: Ni: per corrosione e tenacità;
S, P: per lavorabilità; Mo, V, W: resistenza a caldo
Attenzione bilanciamento C e Cr!
+ Cr: aumenta res. a corrosione, ma
impone + C che riduce la res. a
corrosione…
Caratteristiche generali:
migliore resistenze meccaniche (Ry ∼∼∼∼ 500 – 800 MPa; Rm fino a 1100 MPa)
ma peggiore resistenza a corrosione (struttura martensitica dislocata, maggiore
contenuto di carbonio, minori concentrazioni di cromo) rispetto agli inox ferritici

7. Acciai Inox
Acciai austenitici
Elevate aggiunte di Nichel (fino anche al 20 %)
Per avere austenite stabile a
temperatura ambiente è necessario
avere concentrazioni di Nichel ancora
più elevate.
Come fare ad avere microstruttura
austenitica?

8. Acciai Inox
Acciai austenitici
Effetto sinergico degli elementi di lega sulle curve CCT:
Concentrazioni di cromo di circa il 20 % e concentrazioni di Nichel di circa il 10 %
fanno si che le curve di trasformazione perlitica si spostino verso destra, e che le
curve di inizio trasformazione martensitica siano abbondantemente al disotto della
temperatura ambiente (fino a valori prossimi a 0 K).
L’austenite rimane quindi metastabile, ma, a tutti i fini pratici stabile.
Composizione chimica:
C < 0.1 %
18 % < Cr < 25%
8 % < Ni < 20 %
possibili modifiche:
aggiunta Mo: per corrosione localizzata;
riduzione C: per corrosione localizzata
Caratteristiche generali:
Caratteristiche meccaniche simili a quelle degli
acciai inox ferritici (Ry ∼∼∼∼ 200 – 300 MPa; Rm ∼∼∼∼
500 – 900 MPa);
Ottima resistenza alla corrosione;
Sono utilizzati per applicazioni criogeniche
data la loro elevata tenacità alle basse
temperature.

10. Esercitazione di metallografia
Osservazione e studio dei costituenti strutturali e della microstruttura dei
materiali metallici.
Finalità principali:
• Valutazione degli effetti sulla microstruttura di trattamenti termici,
termochimici, termomeccanici e di deformazioni plastiche a caldo o a freddo;
• Individuazione di difetti quali microvuoti, inclusioni non metalliche (ossidi,
solfuri) o cricche;
• studio della correlazione fra microstruttura e caratteristiche di impiego.
Possiamo dividere l’indagine metallografica in due branche principali:
• la Macrografia, cioè l’osservazione a basso ingrandimento (1x-10x);
• la Micrografia, ovvero l’osservazione ad ingradimenti più elevati (da 50x a
1000x, per quanto riguarda il microscopio ottico)

11. Lo schema di lavoro sia per la macro che per la micrografia può essere riassunto
nei punti seguenti:
1. Scelta e prelievo del campione;
2. Eventuale inglobamento;
3. Levigatura meccanica;
4. Lucidatura meccanica o elettrochimica;
5. Attacco metallografico chimico o elettrochimico;
6. Osservazione macro e/o microscopica;
7. Documentazione (Foto, note, etc.).
Esercitazione di metallografia
Per la macrografia i punti 4, 5 e 6 possono essere addirittura soppressi e
l’osservazione può avvenire ad occhio nudo o con l’ausilio di semplice lente
d’ingrandimento

12. Esercitazione di metallografia
Scelta e prelievo del campione

13. Esercitazione di metallografia
Inglobatura
Si utilizzano solitamente resine acriliche termoindurenti che scaldate a
temperature dell’ordine dei 150 °C e portate in pressione danno origine ad una
reazione di polimerizzazione.
In questo modo si riesce a creare una matrice plastica che ingloba il campione e lo
rende più maneggevole per le successive operazioni di lucidatura e attacco chimico,
specie se di piccole dimensioni.

14. Esercitazione di metallografia
Levigatura e Lucidatura
Si utilizzano carte abrasive al carburo di silicio.
Si parte da carte di granulometria elevata in modo da sgrossare il campione,
successivamente si utilizzano carte sempre più fini, in modo da diminuire sempre
più le dimensioni dei solchi lasciati dalle carte.
La fase finale consiste nella lucidatura a specchio della superficie interessata
tramite l’utilizzo di un panno su cui è depositata della pasta formata da cristalli di
diamante di dimensioni micrometriche o submicrometriche.

15. Esercitazione di metallografia
MICROSCOPIO OTTICO

16. Esercitazione di metallografia
Attacco Metallografico e Osservazione al Microscopio Ottico
L’attacco metallografico
utilizza reagenti chimici
capaci di aggredire in modo
differenziato le diverse
strutture del metallo:
• bordi di grano;
• fasi diverse;
• superfici di separazione fra
fasi diverse;
• inclusioni;
• precipitati;
• …

17. Esercitazione di metallografia
Diagramma Ferro-Carbonio

18. PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
I principali costituenti strutturali degli acciai sono:
• Ferrite
• Perlite
• Austenite
• Martensite
• Bainite
In un acciaio tali costituenti strutturali possono combinarsi diversamente a
formare differenti microstrutture. Queste determineranno le principali
caratteristiche degli acciai.

19. PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
Ferrite:
grani poligonali di
forma tondeggiante;
aspetto chiaro;
non sembra attaccata
ad ingrandimenti non
troppo elevati.

20. PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
Austenite:
grani poligonali
maggiormente squadrati
rispetto a quelli della
ferrite;
presenza di piani
geminati;
evidenziabile in acciai
inox austenitici, non è
una fase stabile a
temperatura ambiente.

21. PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
Perlite:
si presenta in noduli
non omogenei formati da
laminette alternate di
ferrite e cementite;
Negli acciai è
difficilmente
distinguibile anche con
l’ausilio del MO, più
evidente nelle ghise;
Negli acciai ipo- i
noduli di perlite sono
circondati da grani di
ferrite; in quelli iper- da
placche di cementite.

22. PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
Martensite:
presenta aspetti
differenti a seconda delle
tipologie di acciai e di
raffreddamento;
In generale si presenta
in forme aciculari: cioè
ad aghetti e a placchette.

23. PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
Bainite:
si presenta in forme
aciculari;
solitamente in forma
di aghetti circondati da
una matrice di
martensite;
La sua reale struttura
si può evidenziare ad
ingrandimenti superiori,
ad esempio tramite SEM.

24. Martensite
Rinvenuta (Sorbite):
E’ la struttura tipica
degli acciai bonificati;
costituita da ferrite
aciculare e carburi
dispersi;
le dimensioni dei
carburi sono troppo
piccole per essere risolte
al MO.
PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI

25. Ferrite-Perlite:
struttura tipica degli
acciai ipoeutettoidici
normalizzati;
costituita da noduli di
perlite immersi in una
matrice ferritica;
il MO non è in grado
di risolvere la struttura
delle lamelle di perlite,
che appaiono quindi
come grani
uniformemente scuri.
PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI

26. PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
Perlite:
Per risolvere le lamelle
di ferrite e cementite è
necessario utilizzare
microscopi elettronici.
Le caratteristiche
meccaniche della perlite
solo legate alla sua
finezza, ovvero alla
spaziatura interlamellare

27. Effetto dei trattamenti termici
ES: acciaio 0,36 % C
Ferrite - Perlite Ferrite – Cementite sferoidale
Bainite Martensite

28. MICROSTRUTTURE
DELLE GHISE
Ghise:
Leghe ferro – carbonio con tenori di carbonio superiori al 2,15%.
Tipicamente. %C: 3 ÷÷÷÷ 4,5 %.
• Basso punto di fusione (1150 ÷÷÷÷ 1300 °C)
• Elevata fragilità
⇒⇒⇒⇒ produzione tramite fusione
Il carbonio a questi tenori può presentarsi sotto forma di cementite o di grafite .
Questo dipende principalmente da 2 fattori:
• presenza di elementi grafitizzanti (come il Silicio)
• velocità di raffreddamento (basse v favoriscono la
formazione di grafite, che
rappresenta la fase stabile)

29. MICROSTRUTTURE
DELLE GHISE Ghisa grigia:
%C: 2.5 ÷÷÷÷ 4 %
%Si: 1 ÷÷÷÷ 3 % (grafitiz.)
Carbonio presente in
forma di fiocchi di grafite
Fragilità dovuta alla
forma allungata dei fiocchi
Buona resistenza usura,
basso costo, facilità di
colata, basso ritiro.
Ottimo comportamento
in compressione; buono
smorzamento vibrazionale,
prezzo basso.

30. MICROSTRUTTURE
DELLE GHISE Ghisa sferoidale:
Carbonio presente in
forma di particelle
sferoidali
Presenza di magnesio
o cerio; controllo delle
impurezze (S e P).
A seconda del T T si
può avere una matrice
ferritica o perlitica.
Maggiore resistenza
(R: 350 ÷÷÷÷ 450 MPa),
maggiore duttilità
Alberi, valvole …

31. MICROSTRUTTURE
DELLE GHISE Ghisa bianca:
Carbonio presente in
forma di cementite
Formazione di
cementite promossa da
basso contenuto di silicio
e alta velocità di
raffreddamento
Elevata durezza e
fragilità (poco
lavorabile)
Cilindri di
laminazione

32. MICROSTRUTTURE
DELLE GHISE Ghisa malleabile:
Carbonio in fiocchi di
forma a “rosetta”
Ghisa bianca portata
ad alta temperatura (800
÷÷÷÷ 900 °C) per tempi
lunghi: Trasformazione
della fase instabile
cementite in fase stabile
grafite.
grafite in forma a
“rosette”
matrice ferritica o
perlitica
Buona resistenza e
duttilità (simile alla ghisa
sferoidale)

33. ALCUNE MICROSTRUTTURE PARTICOLARI
DEGLI ACCIAI
Acciaio cementato:
Diffusione del
carbonio ad alta
temperatura

34. ALCUNE MICROSTRUTTURE PARTICOLARI
DEGLI ACCIAI
Acciai Tempcore
Bordo
Transizione Cuore

35. ALCUNE MICROSTRUTTURE PARTICOLARI
DEGLI ACCIAI
T1 T2
Acciai Dual Phase
Struttura mista
ferrite-martensite;
Tempra intercritica dal campo
misto α+γα+γα+γα+γ

36. Sez.trasv. Sez.long.
430FR, MG2
ALCUNE MICROSTRUTTURE PARTICOLARI
DEGLI ACCIAI

37. AISI 440 C - Acciaio inossidabile ad alto carbonio
Matrice martensitica con presenza di carburi
primari e secondari
ALCUNE MICROSTRUTTURE PARTICOLARI
DEGLI ACCIAI

38. LEGA 6061 – BARRA LAMINATA A FREDDO
ALCUNE MICROSTRUTTURE PARTICOLARI
DEGLI ACCIAI