Trattazione generale acciai.

[Aldebaran]

AMPLIAMENTO DISCUSSIONE ACCIAI PER RASOI E STRUMENTI DA TAGLIO: Leghe che influenzano le proprieta' del ferro:
Indice:
Lega nichel-ferro.

Influenza del manganese sulle proprieta' degli acciai.

Influenza del cobalto sulle proprieta' degli acciai.

Influenza del rame sulle proprieta' degli acciai.

Influenza dell'azoto sulle proprieta' degli acciai.

Influenza dell'alluminio sulle proprieta' degli acciai.

Influenza del molibdeno sulle proprieta' degli acciai.

Influenza del cromo sulle proprieta' degli acciai.

Influenza del silicio sulle proprieta' degli acciai.

Influenza del titanio sulle proprieta'degli acciai.

Influenza del vanadio sulle prprieta' degli acciai.

Influenza del tungsteno sulle proprieta' degli acciai.

Influenza del boro sulle proprieta' degli acciai.

Agenti inquinanti degli acciai
Lega nichel-ferro:
Il Nichel aumenta la resistenza alla corrosione, la duttilità e l’elasticità ma non dovrebbe essere presente in quantità troppo elevate negli acciai da coltelleria (massimo 2%) perchè altrimenti farebbe diventare l’acciaio troppo “morbido”, facendo diminuire la sua tenuta del filo e diminuendo il limite di deformazione plastica.

Il nichel e' l'elemento che,legato al ferro, tra piu' di tutti gli altri metalli apporta cambiamenti alle proprieta'base di esso .
Precisamente:
*Ni=25-28% (perdita proprieta'magnetiche)
*Ni=36-38% (minimi o massimi netti in molte curve che rappresentano l'andamento delle grandezze rappresentate),vedere fig.1
*Ni=78% (massimo della curva in figura 1,probabilmente in connessione al fenomeno della formazione di una superstruttura ordinata che per lento raffreddamento assumono le leghe prossime alla composizione FeNi3, corrispondente a Ni=76%)
Figura 1:http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi. ... 19-20,sono le migliori che ho trovato.
Coefficiente di dilatazione:
Il coefficiente di dilatazione termica linerare subisce al crescere del tenore di nichel fortissime variazioni e precisamente :
dal valore
a(alfa)=12x10alla (-6)
del ferro,dapprima sale lentamente,poi bruscamente,attraverso una zona di transizione,corrispondente alle strutture intermedie,fino al valore
a(alfa)=20x10 alla (-6)
il cui ordine di grandezza e' quello comune a tutte le strutture austenitiche usuali;per un ulteriore aumento del tenore del nichel si ha una vera e propia caduta fino a toccare un minimo estremamente basso di circa
alfa=2x10(-6)
Per un tenore di nichel intorno al 36%;con un ampio raccordo,seguito da un tratto quasi orizzontale,si raggiunge poi il valore di circa
alfa=13x10(-6) per il nichel puro.
Proprieta'elettromagnetiche: Grande importanza rivestono le variazioni di questa proprieta'pe leghe ferro-nichel in funzione di quest'ultimo.
Tra i casi piu' interessanti annoveriamo quella con 25%di nichel che rende il ferro non magnetico e quella con il 78,5% di nichel,che rende il ferro permeabile in senso magnetico ovvero lo rende capace di magnetizzarsi.
Altre proprieta'fisiche: IL calore specifico presenta un massimo molto neto a circa 38% di nichel;anche la conduttivita'termica e la resistivita' elettrica presentano un'analoga anomalia nell'intervallo di nichel =30-40%.
Proprieta' chimiche:


A partire dal 20-25% di nichel la resistenza a molti agenti corrosivi migliora enormemente.
Leghe Fe-Ni-C:

La presenza di carbonio,elemento che appartiene anch'esso al gruppo che promuove l'allargamento del campo di esistenza del ferro,accentua notevolmente l'influenza del nichel nell'abbassare i punti critici e rende possibile l'ottenimento a temperaura ordinaria di strutture austenitiche.
Il diagramma di Guillet http://books.google.it/books?id=y1eTDQR ... am&f=false pag.304 -permette di rendersi conto delle strutture ottenibili a temperatura ordinaria e raffreddamento lento per tutti gli acciai con nichel fino al 25%e carbonio fino al 2,06%.In questo diagramma son indicate inoltre le tre zone corrispondenti alla struttura perlitica,martensitica e austenitica.
Le zone sono separate non da linee nette di demarcazione,ma da piccole zone di transizione attraverso le quali,a seconda delle condizioni particolari dell'acciaio o del raffreddamento,viene ottenuta o l'una o l'altra struttura oppure una struttura intermedia.
Segue che per avere sicuramente una determinata struttura,per esempio quella austenitica,e' opportuno che il punto rappresentativo dell'acciaio sia nettamente entro il rispettivo campo,come per esempio il punto intorno al 25%.
In poche parole,secondo il diagramma strutturale di Guillet,per ogni valore del tenore di carbonio vi e' un tenore limite di nichel oltre il quale con la ricottura l'austenite non si decompone piu' in perlite,ma la trasformazione diviene di tipo martensitico;cio' si verifica quando lo spostamento delle curve anisoterme e' tale da portarle completamente oltre la traiettoria di ricottura.
Principali effetti del nichel sugli acciai: Si ricorda che durante l'elaborazione della colata,il nichel non prende parte ad alcuna reazione,non si ossida minimamente e puo' essere quindi aggiunto in un periodo qualunque della colata.
*In realta' pero' io penso che sia meglio fare l'aggiunta di nichel durante la prima parte della colata,quando il bagno e' ancora in effervescenza:quando il nichel e' disponibile come materia prima sotto forma di catodi,infatti,in questo caso,contiene dell'idrogeno che si deve evitare di farlo passare nell'acciaio.
Nella pratica normale di acciaieria si seguono pertanto opportunatamente i seguenti criteri:una parte del nichel si trova generalmente nei rottami,una parte viene aggiunta appena nota la composizione chimica del bagno allo stato fuso,in modo da portare il tenore di nichel entro i limiti fissati per l'acciaio da fabbricare,e infine un'eventuale piccola aggiunta di catodi,anche nel secondo periodo della colata,puo' essere effettuata per una lieve correzione della composizione chimica.
Poiche' il nichel con il carbonio ,non forma alcun carburo stabile,segue che tutto il nichel contenuto negli acciai si trova sempre disciolto nella soluzione solida alfa o lambda;a differenza del manganese e altri elementi che,avendo viceversa notevole tendenza a formare carburi si ripartiscono tra la ferrite (o l'austenite)e i carburi,influenzando quindi in modo complesso le proprieta' dell'acciaio.
Quindi e' da tenere presente che il nichel e' uno degli elementi che,come il silicio,favorisce la grafitizazione del carbonio;questo ha notevole importanza per questioni riguardanti le strutture delle ghise.*Oltre all'influenza gia' esaminata sulle varie costanti fisiche,il nichel conferisce all'acciaio un complesso di importanti proprieta'che ne facilitano i trattamenti termici e ne migliorano le caratteristiche meccaniche:
1)DIMINUZIONE DELLA TEMPERATURA DI RICOTTURA E TEMPRA:conseguenza dell'abbassamento dei punti critici al riscaldo,con tutti i vantaggi pratici che ne derivano;
2)DIMINUZIONE DELLA VELOCITA' CRITICA : con la possibilita' di temprare con mezzi meno energici (olio),diminuendo i pericoli di spaccature anche in pezzi di notevoli dimensioni e di forma irregolare.
3)AUMENTO DELLA PENETRAZIONE DELLA TEMPRA:in conseguenza anch'essa della minore velocita' critica ,influenza questa di una eccezionale importanza pratica perche' permette di annullare o almeno attenuare in notevole misura le differenze di caratteristiche tra la periferia e il centro di un pezzo di medie o grandi dimensioni .
4)AUMENTO DELLA TENACITA' A PARITA'DI RESISTENZA ALLA TRAZIONE:proprieta'di fondamentale importanza comune a tutte le strutture di ricottura e di rinvenimento della martensite;quindi in generale per gli acciai da costruzione il nichel e' da considerarsi un elemento desiderabile;diventa poi indispensabile,ed e' caratterizzante,la sua presenza negli acciai per impieghi alle basse temperature.
5)Nessun peggioramento della deformabilita'dell'acciaio ne' a caldo ne' a freddo.
Influenza del manganese sulle prorpieta'degli acciai:
Anche il manganese e' completamente solubile nel ferro in tutte le proporzioni.
L'azione di questo sui punti critici del ferro e' perfettamente analoga a quella del nichel salvo che e' sufficiente un tenore di manganese di poco piu' del 12%per portare l'austenite stabile a temperatura ordinaria con un raffreddamento lento.
In definitiva i diagrammi di Guillet per il manganese sono analoghi a quelli per il nichel.
In particolare il manganese conferisce all'acciaio le seguenti proprieta':
Diminuzione delle temperature di ricottura e di tempra:
Diminuzione della velocita'critica:si puo' normalmente passare alla tempra in olio.
Aumento della penetrazione di tempra: Diminuzione delle deformazioni di tempra:questa proprieta' di deformarsi pochissimo con la tempra e' una caratteristica notevole e importante degli acciai perlitic al manganese ,che consente una diminuzione dei sovrametalli lasciti per le operazioni di finitura;
Aumento della tenacita'a parita'di resistenza alla trazione(acciai perlitici),rispetto agli acciai al carbonio,e cio' specialmente allo stato bonificato,per quanto tale miglioramento sia inferiore a quello apportato dal nichel;
Forte aumento della resistenza alla trazione,circa 100 N/mm2 per ogni 1%di manganese equivale,da questo punto di vista,allo 0,12%di carbonio;
Miglioramento della deformabilita' a caldo,per quanto questa specifica influenza piu' che al manganese come elemento di lega ,sia da mettersi in relazione all'abbassamento dei tenori di ossigeno e zolfo dovuti alle azioni specifiche disossidanti e desolforanti delmanganese durante la fabbricazione dell'acciaio.
Influenza del cobalto sulle proprieta' degli acciai
L'influenza del cobalto sulle proprieta'delle leghe ferro-cobalto e' degli acciai e' per alcuni aspetti analoga a quella del nichel,ma se ne diversifica nettamente per gli altri.
Il cobalto non si ossida ,puo' quindi venire aggiunto ,come il nichel,in ogni periodo della colata.
Una prima notevole differenza rispetto al nichel,si ha in quanto il cobalto e' il solo elemento che aumenta il valore della velocita' critica,ossia diminuisce la penetrazione della tempra.
Come il nichel,il cobalto favorisce la grafitizzazione ,ma in aniera molto piu' accentuata.
Un'importante proprieta' del cobalto e' quella di rendere piu' stabile la martensite,e di rendere quindi meno sensibili le leghe che lo contengono al rinvenimento.
La lavorabilita' a caldo e' ridotta come conseguenza della maggiore stabilita'delle strutture a caldo;quella a freddo,come pure la saldabilita',non vengono praticamente modificate.
Sulla cementazione il cobalto ha infine un'interessante influenza :quella di ridurre il massimo tenore di carbonio ed elevare i tenori oltre una certa profondita',attenuando cosi la pendenza della curva.
Influenza del rame sulle proprieta'degli acciai:
Anche il rame puo'essere aggiunto in qualunque momento del processo di fabbricazione;lo si ritrova integralmente nell'acciaio a fine colata.
E' interessante notare che,in seguito al crescere delle aggiunte di rame in acciai strutturali e per applicazioni varie,poiche' tutto il rame presente in carica passa all'acciaio ,si e' potuto constatare ovunque un progressivo,per quanto lentissimo,aumento del tenore medio di rame di tutti gli acciai provenienti da cariche solide.
Sulgi acciai allo stato ricotto il rame provoca un migioramento delle caratteristiche anche a caldo,nonnostante in alcuni intervalli di temperatura potrebbe verificarsi una riduzione della duttilita'a caldo in seguito alla segregazione del rame ai bordi dei grani.
Un'aggiunta dello 0,25%-0,30%di rame aumenta sensibilmente la durata delle strutture di acciaio esposte agli agenti atmosferici.
Oltre l'1,7% di presenza di rame nell'acciaio provoca una consistente diminuzione della duttilita' a caldo (effetto nocivo).
Questo fenomeno e' dovuto al fatto che il rame quando si trova all'interno del ferro gamma possiede un coefficente di attivita' superiore ad 1 ,circa 8.
Una tale situazione termodinamica implica una scarsa solubilita' del rame all'inetrno del ferro gamma e cio' comporta la segregazione del rame sulbordo dei grani austenitici;tutto cio'puo' comportare il cedimento precoce dell'acciaio,anche in seguito dell'applicazione di esigue deformazioni.

Influenza dell'azoto sulle proprieta' degli accai:
Riguardo a questo argomento vi sono ipotesi controverse;le poche cose si ritengono assodate riguardo ai benefici che questo elemento possa avere sgli acciai sono:
1.L'azoto ha un'azione stabilizzatrice sull'austenite (allarga il campo di esistenza della fase gamma)e quindi sarebbe utile unire l'elemento a leghe quali acciaio inossidabile-cromo,cromo-nichel,cromo-nichel-manganese.
2.Aumenta la resistenza superficiale dell'acciaio (nitrurazione),migliora la resistenza alla trazione e all'allungamento.
Influenza dell'alluminio sulle proprieta'degli acciai:
L'alluminio conferisce all'acciaio una notevole resistenza all'ossidazione a caldo.
Nella fabbricazione di acciai all'alluminio deve essere posta grande cura nell'evitare l'ossidazione di questo elemento essendo l'allumina molto dannosa sia perche' inquina l'acciaio come inclusione non metallica,sia perche'peggiora notevolmente le proprieta' come la resilienza.
L'alluminio favorisce la separazione della grafite;ostacola la diffusione del carbonio,esso forma con l'azoto nitruri durissimi.
Influenza del molibdeno sulle proprieta' degli acciai:
Il molibdeno come il cromo forma carburi complessi molto duri e stabili,in particolare:
1.Il molibdeno puo' venire aggiunto,come il nichel,in qualunque momento del processo metallurgico;a parte il quantitativo eventualmente presente nei rottami,lo si aggiunge sotto forma di ferro- lega;
2.Con il 3% circa di molibdeno,si chiude il campo di esistenza della fase gamma;la solubilita' del ferro alfa e' limitata,alla temperatura ordianria,al 10%circa,al di sopra di tale percentuale compare il composto Fe3Mo2;
3.Il molibdeno aumenta la temprabilita'ancor piu' del cromo;
4.Ha un effetto indurente maggiore del cromo
5.Aumenta in modo spiccato la stabilita' della martensite alle temperature elevate,caratteristica questa posseduta dal molibdeno e dal tungsteno,che son due elemnti base degli acciai per utensili rapidi.
6.Migliora le caratteristiche meccaniche,e in particolare il limite di fatica e quello di scorrimento a caldo.
7.Conferisce proprieta'magnetiche adatte per magneti permanenti.
8.Diminuisce l'effetto del surriscaldamento.
9.Aggiunto agli acciai al cromo,al cromo-nichel,cromo-manganese,ecc.,elimina il pericolo della fragilita'di rinvenimento.
10.Conserva all'acciaio buon lavorabilita' sia a freddo che a caldo,e buona saldabilita'.
Influenza del cromo sulle proprieta'degli acciai
Data la sua tendenza ad ossidarsi il cromo viene aggiunto nel periodo riducente del processo di fabbricazione,dopo che e' stata completata la disossidazione.
Il cromo e' uno degli elementi che ha piu'spiccata la tendenza a formare negli acciai dei carburi stabili.
http://www.calphad.com/pdf/Fe_Cr_Phase_Diagram.pdf
http://www.calphad.com/thermo_calc.html
http://www.calphad.com/iron-chromium.html
A proposito di tali diagrammi struturali degli acciai al cromo vi sono innanzitutto alcune osservazioni riguardanti i campi nei quali esso e' suddiviso:
1.Il campo degli acciai a struttura di tipo perlitico allo stato ricotto e' ripartito in due parti relative a strutture di acciai ipo-e ipereutettoidi.
2.Il campo di strutture ferritiche,le quali appartengono ad acciai che non hanno punti critici e quindi possono essere scaldate a qualunque temperatura fino a quelle di fusione senza che si verifichi alcuna trasformazione di fase.
3.Il campo delle ghise,a struttura ledeburitica.
Circa le caratteristiche meccaniche si puo' dire in generale che,fino a che la struttura dell'acciaio rimane perlitica (stato ricotto,con raffreddamento molto lento ),il cromo aumenta la resistenza a trazione senza che l'allungamento ,la strizione e la resilienza siano eccessivamente abbassati;viceversa,a strutture con carburi doppi corrispondono resilienze molto basse.
Sulla temprabilita' dell'acciaio e' notevole l'influenza del cromo,infatti,sopratutto per piccoli pezzi,si giunge presto alla tempra all'aria;cosi'considerando una serie di acciai con l'1% di carbonio e tenori crescenti di cromo e alzando progressivamente la temperatura,si ottiene dapprima la tempra usando come mezzo di raffreddamento l'acqua,poi l'olio e infine l'aria.
Tra le altre proprieta'interessanti per le applicazoni che il cromo puo' conferire e che verranno esaminate dettagliatamente nello studio delle varie categorie di acciai vi e' l'elevata resistenza al logoramento per attrito,l'inossidabilita' rispetto a numerosi agenti corrosivi.

Influenza del silicio sulle proprieta' degli acciai:
Il silicio e il manganese sono elementi sempre presenti negli acciai.
Sulle caratteristiche mccaniche degli acciai,il silicio ha una notevole influenza,elevando sensibilmente la resistenza ,il limite di sneravameto e la durezza ,mentre la diminuzione dell'allungamento,strizione e resilienza e' dapprima,per un limitato tenore di silicio ,in accordo con quell'aumento;al crescere ulteriore del tenore di silicio la tenacita' dell'acciaio precipita,tanto che per circa il 5% di silicio,allungamento ,la strizione e la resilienza si riducono praticamente a zero.
Anche il silicio e' uno degli elementi che aumentano notevolmente la temprabilita',poiche' riduce la velocita' critica di raffreddamento.
Il silicio conferisce poi all'acciaio particolari proprieta' chimiche :resistenza agli acidi e altri agenti corrosivi e resistenza a caldo.
Sulla cementazione il silicio ha un effetto dannoso,poiche' riduce la velocita' di diffusione di carbonio e quindi riduce sia la sua profondita',sia i tenori di carbonio.
Il silicio ha un'influenza dannosa sulla deformabilita' a caldo,sulla deformabilita' a freddo,sulla saldabilita' e conferisce all'accaio una tendenza al surriscaldo (ingrossamento del grano).

Influenza del titanio (tantalio e niobio)sulle proprieta' degli acciai:
Il titanio appartiene anch'esso al gruppo del cromo:con l'1%circa di titanio si chiude il campo di esitenza della fase gamma.
Il titanio si presta ,in primo luogo,alla fabbricazione di acciai adatti ad un singolare indurimento per precipitazione da parte di particelle del composto intermentallico Fe3Ti o piu' frequentemente si tratta di precipitati ceramici con cella cfc del tipo TiN e TiC.
Il titanio e' caratterizzato da una notevole affinita'per l'ossigeno e l'azoto,e viene ,quindi,usato frequentemente nella fabbricazione degli aciai speciali come energico disossidante e denitrurante.
La tendenza del titanio a formare carburi ,e' sfruttata negli acciai inossidabili austenitici.
Influenza del vanadio sulle proprieta' degli acciai
Il vanadio,appartenendo allo stesso gruppo del cromo dal punto di vista del diagramma di stato con il ferro,e avendo la stessa spiccata tendenza a formare carburi,conferisce al ferro e agli acciai proprieta' perfettamente analoghe a quelle del cromo.
Influenza del tungsteno sulle proprieta' degli acciai.
Il tungsteno unito al ferro produce effetti analoghi alle leghe fe-molibdeno.
Influenza del boro sulle proprieta' degli acciai
L'aggiunta del boro permette di aumentare notevolmente la temprabilita' degli acciai al carbonio o bassolegati con un contenuto aumento del costo di fabbricazione ,in quanto il boro puo' essere reperito a prezzi relativamente contenuti.
Il boro e' in grado di favorire un consistente aumento della quantita' delel strutture bainitiche.Questo effetto e' dovuto alla precipitazione di carburi di ferro e boro che si svilupano finemente ai bordi dei grani durante il reffreddamento del trattamento di tempra.
Altri pregi vengono identificati,relativamente a questo materiale, nel campo della bulloneria e delle costruzioni,lascerei quindi perdere e non mi dilungherei su simili argomenti.
Agenti inquinanti degli acciai
Sono lo zolfo,l'azoto,l'ossigeno,il fosforo e l'idrogeno.
Tutti questi,chi in misura maggore,chi in misura minore,agiscono a discapito delle caratteristiche meccaniche,sulle soluzioni di continuita' negli acciai,aumento della sensibilita' al surriscaldo,peggioramento della lavorabilita' a caldo.

GHISE E LORO CLASSIFICAZIONE
Le ghise,tra i prodotti ferrosi,hanno la piu' elevata percentuale di carbonio.
Questa circostanza,oltre a fornire loro proprieta' completamente differenti da quelle degli acciai,permette di raggiungere lo stato liquido a temperature molto basse e pertanto li rende paricolarmente adatti a ricavare getti,ossia quei prodottiche acquistano una forma e una dimensione definitiva direttamente dopo la solidificazione e quindi idonei alla realizzazione di pezzi di differenti sagome e dimensioni,tanto da aver ineressato praticamente tutti i settori dell'ingegneria,delle costruzioni civili e industriali.
CLASSIFICAZIONE DELLE GHISE
Le ghise per fonderia di getti,dette ghise di seconda fusione,possono essere classificate secondo criteri differenti in base all'aspetto della frattura,ai costituenti microstrutturali o a particolari proprieta';da un punto di vista pratico non vi e' motivo pero' di modificare la classificazione universalmente adottata e che prevede la suddivisione nei seguenti 5 gruppi .
La suddetta parte sottolineata e' una frase riportata da me fedelmente detta dal prof.Nicodemi durante uno dei suoi seminari.
Mi permetto di contraddirlo almeno in parte in quanto io affermo semplicemente che:
Ad un esame critico tale suddivisione non appare omogenea,in quanto ogni gruppo e' contraddistinto da altri in base a fattori tra loroeterogenei quali l'aspetto della frattura,le proprieta'meccaniche,la forma strutturale della grafite,gli elementi di lega.

GHISE GRIGIE:dal caratteristico aspetto delle fratture dovuto alla presenza delle lamelle di grafite;
GHISE BIANCHE:con aspetto della frattura che si differenzia nettamente dal tipo precedente perche' il carbonio e' combinato;
GHISE MALLEABILI:dal nome derivato dalla particolare proprieta'di potersi deformare permanentemente;
GHISE SFEROIDALI:nelle quali la grafite,grazie ad un appropiato processo di produzione,appare sotto frma di noduli;
GHISE LEGATE:deliberatamente fabbricate per soddisfare particolari esigenze quali la resistenza alla corrosione o al calore.

THE END

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Lega nichel-ferro:
Il nichel e' l'elemento che,legato al ferro, tra piu' di tutti gli altri metalli apporta cambiamenti alle proprieta'base di esso .
Precisamente:
*Ni=25-28% (perdita proprieta'magnetiche)
*Ni=36-38% (minimi o massimi netti in molte curve che rappresentano l'andamento delle grandezze rappresentate),vedere fig.1
*Ni=78% (massimo della curva in figura 1,probabilmente in connessione al fenomeno della formazione di una superstruttura ordinata che per lento raffreddamento assumono le leghe prossime alla composizione FeNi3, corrispondente a Ni=76%)
Figura 1:http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi. ... 19-20,sono le migliori che ho trovato.
Coefficiente di dilatazione:
Il coefficiente di dilatazione termica linerare subisce al crescere del tenore di nichel fortissime variazioni e precisamente :
dal valore
a(alfa)=12x10alla (-6)
del ferro,dapprima sale lentamente,poi bruscamente,attraverso una zona di transizione,corrispondente alle strutture intermedie,fino al valore
a(alfa)=20x10 alla (-6)
il cui ordine di grandezza e' quello comune a tutte le strutture austenitiche usuali;per un ulteriore aumento del tenore del nichel si ha una vera e propia caduta fino a toccare un minimo estremamente basso di circa
alfa=2x10(-6)
Per un tenore di nichel intorno al 36%;con un ampio raccordo,seguito da un tratto quasi orizzontale,si raggiunge poi il valore di circa
alfa=13x10(-6) per il nichel puro.
Proprieta'elettromagnetiche: Grande importanza rivestono le variazioni di questa proprieta'pe leghe ferro-nichel in funzione di quest'ultimo.
Tra i casi piu' interessanti annoveriamo quella con 25%di nichel che rende il ferro non magnetico e quella con il 78,5% di nichel,che rende il ferro permeabile in senso magnetico ovvero lo rende capace di magnetizzarsi.
Altre proprieta'fisiche: IL calore specifico presenta un massimo molto neto a circa 38% di nichel;anche la conduttivita'termica e la resistivita' elettrica presentano un'analoga anomalia nell'intervallo di nichel =30-40%.
Proprieta' chimiche:


A partire dal 20-25% di nichel la resistenza a molti agenti corrosivi migliora enormemente.
Leghe Fe-Ni-C:

La presenza di carbonio,elemento che appartiene anch'esso al gruppo che promuove l'allargamento del campo di esistenza del ferro,accentua notevolmente l'influenza del nichel nell'abbassare i punti critici e rende possibile l'ottenimento a temperaura ordinaria di strutture austenitiche.
Il diagramma di Guillet http://books.google.it/books?id=y1eTDQR ... am&f=false pag.304 -permette di rendersi conto delle strutture ottenibili a temperatura ordinaria e raffreddamento lento per tutti gli acciai con nichel fino al 25%e carbonio fino al 2,06%.In questo diagramma son indicate inoltre le tre zone corrispondenti alla struttura perlitica,martensitica e austenitica.
Le zone sono separate non da linee nette di demarcazione,ma da piccole zone di transizione attraverso le quali,a seconda delle condizioni particolari dell'acciaio o del raffreddamento,viene ottenuta o l'una o l'altra struttura oppure una struttura intermedia.
Segue che per avere sicuramente una determinata struttura,per esempio quella austenitica,e' opportuno che il punto rappresentativo dell'acciaio sia nettamente entro il rispettivo campo,come per esempio il punto intorno al 25%.
In poche parole,secondo il diagramma strutturale di Guillet,per ogni valore del tenore di carbonio vi e' un tenore limite di nichel oltre il quale con la ricottura l'austenite non si decompone piu' in perlite,ma la trasformazione diviene di tipo martensitico;cio' si verifica quando lo spostamento delle curve anisoterme e' tale da portarle completamente oltre la traiettoria di ricottura.
Principali effetti del nichel sugli acciai: Si ricorda che durante l'elaborazione della colata,il nichel non prende parte ad alcuna reazione,non si ossida minimamente e puo' essere quindi aggiunto in un periodo qualunque della colata.
*In realta' pero' io penso che sia meglio fare l'aggiunta di nichel durante la prima parte della colata,quando il bagno e' ancora in effervescenza:quando il nichel e' disponibile come materia prima sotto forma di catodi,infatti,in questo caso,contiene dell'idrogeno che si deve evitare di farlo passare nell'acciaio.
Nella pratica normale di acciaieria si seguono pertanto opportunatamente i seguenti criteri:una parte del nichel si trova generalmente nei rottami,una parte viene aggiunta appena nota la composizione chimica del bagno allo stato fuso,in modo da portare il tenore di nichel entro i limiti fissati per l'acciaio da fabbricare,e infine un'eventuale piccola aggiunta di catodi,anche nel secondo periodo della colata,puo' essere effettuata per una lieve correzione della composizione chimica.
Poiche' il nichel con il carbonio ,non forma alcun carburo stabile,segue che tutto il nichel contenuto negli acciai si trova sempre disciolto nella soluzione solida alfa o lambda;a differenza del manganese e altri elementi che,avendo viceversa notevole tendenza a formare carburi si ripartiscono tra la ferrite (o l'austenite)e i carburi,influenzando quindi in modo complesso le proprieta' dell'acciaio.
Quindi e' da tenere presente che il nichel e' uno degli elementi che,come il silicio,favorisce la grafitizazione del carbonio;questo ha notevole importanza per questioni riguardanti le strutture delle ghise.*Oltre all'influenza gia' esaminata sulle varie costanti fisiche,il nichel conferisce all'acciaio un complesso di importanti proprieta'che ne facilitano i trattamenti termici e ne migliorano le caratteristiche meccaniche:
1)DIMINUZIONE DELLA TEMPERATURA DI RICOTTURA E TEMPRA:conseguenza dell'abbassamento dei punti critici al riscaldo,con tutti i vantaggi pratici che ne derivano;
2)DIMINUZIONE DELLA VELOCITA' CRITICA : con la possibilita' di temprare con mezzi meno energici (olio),diminuendo i pericoli di spaccature anche in pezzi di notevoli dimensioni e di forma irregolare.
3)AUMENTO DELLA PENETRAZIONE DELLA TEMPRA:in conseguenza anch'essa della minore velocita' critica ,influenza questa di una eccezionale importanza pratica perche' permette di annullare o almeno attenuare in notevole misura le differenze di caratteristiche tra la periferia e il centro di un pezzo di medie o grandi dimensioni .
4)AUMENTO DELLA TENACITA' A PARITA'DI RESISTENZA ALLA TRAZIONE:proprieta'di fondamentale importanza comune a tutte le strutture di ricottura e di rinvenimento della martensite;quindi in generale per gli acciai da costruzione il nichel e' da considerarsi un elemento desiderabile;diventa poi indispensabile,ed e' caratterizzante,la sua presenza negli acciai per impieghi alle basse temperature.
5)Nessun peggioramento della deformabilita'dell'acciaio ne' a caldo ne' a freddo.

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Influenza del manganese sulle prorpieta'degli acciai:
Anche il manganese e' completamente solubile nel ferro in tutte le proporzioni.
L'azione di questo sui punti critici del ferro e' perfettamente analoga a quella del nichel salvo che e' sufficiente un tenore di manganese di poco piu' del 12%per portare l'austenite stabile a temperatura ordinaria con un raffreddamento lento.
In definitiva i diagrammi di Guillet per il manganese sono analoghi a quelli per il nichel.
In particolare il manganese conferisce all'acciaio le seguenti proprieta':
Diminuzione delle temperature di ricottura e di tempra:
Diminuzione della velocita'critica:si puo' normalmente passare alla tempra in olio.
Aumento della penetrazione di tempra: Diminuzione delle deformazioni di tempra:questa proprieta' di deformarsi pochissimo con la tempra e' una caratteristica notevole e importante degli acciai perlitic al manganese ,che consente una diminuzione dei sovrametalli lasciti per le operazioni di finitura;
Aumento della tenacita'a parita'di resistenza alla trazione(acciai perlitici),rispetto agli acciai al carbonio,e cio' specialmente allo stato bonificato,per quanto tale miglioramento sia inferiore a quello apportato dal nichel;
Forte aumento della resistenza alla trazione,circa 100 N/mm2 per ogni 1%di manganese equivale,da questo punto di vista,allo 0,12%di carbonio;
Miglioramento della deformabilita' a caldo,per quanto questa specifica influenza piu' che al manganese come elemento di lega ,sia da mettersi in relazione all'abbassamento dei tenori di ossigeno e zolfo dovuti alle azioni specifiche disossidanti e desolforanti delmanganese durante la fabbricazione dell'acciaio.
Il Manganese aumenta anch’esso, in concentrazioni superiori all’1%, la durezza massima ottenibile ma allo stesso tempo diminuisce i valori della T di ricottura e di tempra, dunque è presente in basse concentrazioni (o non è presente) negli acciai per lavorazioni a caldo.

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Influenza del cobalto sulle proprieta' degli acciai
L'influenza del cobalto sulle proprieta'delle leghe ferro-cobalto e' degli acciai e' per alcuni aspetti analoga a quella del nichel,ma se ne diversifica nettamente per gli altri.
Il cobalto non si ossida ,puo' quindi venire aggiunto ,come il nichel,in ogni periodo della colata.
Una prima notevole differenza rispetto al nichel,si ha in quanto il cobalto e' il solo elemento che aumenta il valore della velocita' critica,ossia diminuisce la penetrazione della tempra.
Come il nichel,il cobalto favorisce la grafitizzazione ,ma in aniera molto piu' accentuata.
Un'importante proprieta' del cobalto e' quella di rendere piu' stabile la martensite,e di rendere quindi meno sensibili le leghe che lo contengono al rinvenimento.
La lavorabilita' a caldo e' ridotta come conseguenza della maggiore stabilita'delle strutture a caldo;quella a freddo,come pure la saldabilita',non vengono praticamente modificate.
Sulla cementazione il cobalto ha infine un'interessante influenza :quella di ridurre il massimo tenore di carbonio ed elevare i tenori oltre una certa profondita',attenuando cosi la pendenza della curva.

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Influenza del rame sulle proprieta'degli acciai:
Anche il rame puo'essere aggiunto in qualunque momento del processo di fabbricazione;lo si ritrova integralmente nell'acciaio a fine colata.
E' interessante notare che,in seguito al crescere delle aggiunte di rame in acciai strutturali e per applicazioni varie,poiche' tutto il rame presente in carica passa all'acciaio ,si e' potuto constatare ovunque un progressivo,per quanto lentissimo,aumento del tenore medio di rame di tutti gli acciai provenienti da cariche solide.
Sulgi acciai allo stato ricotto il rame provoca un migioramento delle caratteristiche anche a caldo,nonnostante in alcuni intervalli di temperatura potrebbe verificarsi una riduzione della duttilita'a caldo in seguito alla segregazione del rame ai bordi dei grani.
Un'aggiunta dello 0,25%-0,30%di rame aumenta sensibilmente la durata delle strutture di acciaio esposte agli agenti atmosferici.
Oltre l'1,7% di presenza di rame nell'acciaio provoca una consistente diminuzione della duttilita' a caldo (effetto nocivo).
Questo fenomeno e' dovuto al fatto che il rame quando si trova all'interno del ferro gamma possiede un coefficente di attivita' superiore ad 1 ,circa 8.
Una tale situazione termodinamica implica una scarsa solubilita' del rame all'inetrno del ferro gamma e cio' comporta la segregazione del rame sulbordo dei grani austenitici;tutto cio'puo' comportare il cedimento precoce dell'acciaio,anche in seguito dell'applicazione di esigue deformazioni.

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Influenza dell'azoto sulle proprieta' degli accai:
Riguardo a questo argomento vi sono ipotesi controverse;le poche cose si ritengono assodate riguardo ai benefici che questo elemento possa avere sgli acciai sono:
1.L'azoto ha un'azione stabilizzatrice sull'austenite (allarga il campo di esistenza della fase gamma)e quindi sarebbe utile unire l'elemento a leghe quali acciaio inossidabile-cromo,cromo-nichel,cromo-nichel-manganese.
2.Aumenta la resistenza superficiale dell'acciaio (nitrurazione),migliora la resistenza alla trazione e all'allungamento.

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Influenza dell'alluminio sulle proprieta'degli acciai:
L'alluminio conferisce all'acciaio una notevole resistenza all'ossidazione a caldo.
Nella fabbricazione di acciai all'alluminio deve essere posta grande cura nell'evitare l'ossidazione di questo elemento essendo l'allumina molto dannosa sia perche' inquina l'acciaio come inclusione non metallica,sia perche'peggiora notevolmente le proprieta' come la resilienza.
L'alluminio favorisce la separazione della grafite;ostacola la diffusione del carbonio,esso forma con l'azoto nitruri durissimi.

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Influenza del molibdeno sulle proprieta' degli acciai:
Il molibdeno come il cromo forma carburi complessi molto duri e stabili,in particolare:
1.Il molibdeno puo' venire aggiunto,come il nichel,in qualunque momento del processo metallurgico;a parte il quantitativo eventualmente presente nei rottami,lo si aggiunge sotto forma di ferro- lega;
2.Con il 3% circa di molibdeno,si chiude il campo di esistenza della fase gamma;la solubilita' del ferro alfa e' limitata,alla temperatura ordianria,al 10%circa,al di sopra di tale percentuale compare il composto Fe3Mo2;
3.Il molibdeno aumenta la temprabilita'ancor piu' del cromo;
4.Ha un effetto indurente maggiore del cromo
5.Aumenta in modo spiccato la stabilita' della martensite alle temperature elevate,caratteristica questa posseduta dal molibdeno e dal tungsteno,che son due elemnti base degli acciai per utensili rapidi.
6.Migliora le caratteristiche meccaniche,e in particolare il limite di fatica e quello di scorrimento a caldo.
7.Conferisce proprieta'magnetiche adatte per magneti permanenti.
8.Diminuisce l'effetto del surriscaldamento.
9.Aggiunto agli acciai al cromo,al cromo-nichel,cromo-manganese,ecc.,elimina il pericolo della fragilita'di rinvenimento.
10.Conserva all'acciaio buon lavorabilita' sia a freddo che a caldo,e buona saldabilita'.
Il Molibdeno ha la stessa funzione del Wolframio di aumentare la resistenza della tempra ad elevate temperature e di aumentare la resistenza all’usura.
A differenza del Wolframio però il Molibdeno aumenta solamente la durezza massima ottenibile tramite la tempra, e questo è un effetto benefico perché in questo modo si riesce ad avere, aumentando la concentrazione di molibdeno, un intervallo di durezze ottenibili maggiore e dunque aumenta il numero di applicazioni possibili per un determinato acciaio. Inoltre migliora la stabilità della pellicola protettiva dell’acciaio (formata dal cromo).

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Influenza del cromo sulle proprieta'degli acciai
Data la sua tendenza ad ossidarsi il cromo viene aggiunto nel periodo riducente del processo di fabbricazione,dopo che e' stata completata la disossidazione.
Il cromo e' uno degli elementi che ha piu'spiccata la tendenza a formare negli acciai dei carburi stabili.
http://www.calphad.com/pdf/Fe_Cr_Phase_Diagram.pdf
http://www.calphad.com/thermo_calc.html
http://www.calphad.com/iron-chromium.html
A proposito di tali diagrammi struturali degli acciai al cromo vi sono innanzitutto alcune osservazioni riguardanti i campi nei quali esso e' suddiviso:
1.Il campo degli acciai a struttura di tipo perlitico allo stato ricotto e' ripartito in due parti relative a strutture di acciai ipo-e ipereutettoidi.
2.Il campo di strutture ferritiche,le quali appartengono ad acciai che non hanno punti critici e quindi possono essere scaldate a qualunque temperatura fino a quelle di fusione senza che si verifichi alcuna trasformazione di fase.
3.Il campo delle ghise,a struttura ledeburitica.
Circa le caratteristiche meccaniche si puo' dire in generale che,fino a che la struttura dell'acciaio rimane perlitica (stato ricotto,con raffreddamento molto lento ),il cromo aumenta la resistenza a trazione senza che l'allungamento ,la strizione e la resilienza siano eccessivamente abbassati;viceversa,a strutture con carburi doppi corrispondono resilienze molto basse.
Sulla temprabilita' dell'acciaio e' notevole l'influenza del cromo,infatti,sopratutto per piccoli pezzi,si giunge presto alla tempra all'aria;cosi'considerando una serie di acciai con l'1% di carbonio e tenori crescenti di cromo e alzando progressivamente la temperatura,si ottiene dapprima la tempra usando come mezzo di raffreddamento l'acqua,poi l'olio e infine l'aria.
Tra le altre proprieta'interessanti per le applicazoni che il cromo puo' conferire e che verranno esaminate dettagliatamente nello studio delle varie categorie di acciai vi e' l'elevata resistenza al logoramento per attrito,l'inossidabilita' rispetto a numerosi agenti corrosivi.

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Influenza del silicio sulle proprieta' degli acciai:
Il silicio e il manganese sono elementi sempre presenti negli acciai.
Sulle caratteristiche mccaniche degli acciai,il silicio ha una notevole influenza,elevando sensibilmente la resistenza ,il limite di sneravameto e la durezza ,mentre la diminuzione dell'allungamento,strizione e resilienza e' dapprima,per un limitato tenore di silicio ,in accordo con quell'aumento;al crescere ulteriore del tenore di silicio la tenacita' dell'acciaio precipita,tanto che per circa il 5% di silicio,allungamento ,la strizione e la resilienza si riducono praticamente a zero.
Anche il silicio e' uno degli elementi che aumentano notevolmente la temprabilita',poiche' riduce la velocita' critica di raffreddamento.
Il silicio conferisce poi all'acciaio particolari proprieta' chimiche :resistenza agli acidi e altri agenti corrosivi e resistenza a caldo.
Sulla cementazione il silicio ha un effetto dannoso,poiche' riduce la velocita' di diffusione di carbonio e quindi riduce sia la sua profondita',sia i tenori di carbonio.
Il silicio ha un'influenza dannosa sulla deformabilita' a caldo,sulla deformabilita' a freddo,sulla saldabilita' e conferisce all'accaio una tendenza al surriscaldo (ingrossamento del grano).

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Influenza del titanio (tantalio e niobio)sulle proprieta' degli acciai:
Il titanio appartiene anch'esso al gruppo del cromo:con l'1%circa di titanio si chiude il campo di esitenza della fase gamma.
Il titanio si presta ,in primo luogo,alla fabbricazione di acciai adatti ad un singolare indurimento per precipitazione da parte di particelle del composto intermentallico Fe3Ti o piu' frequentemente si tratta di precipitati ceramici con cella cfc del tipo TiN e TiC.
Il titanio e' caratterizzato da una notevole affinita'per l'ossigeno e l'azoto,e viene ,quindi,usato frequentemente nella fabbricazione degli aciai speciali come energico disossidante e denitrurante.
La tendenza del titanio a formare carburi ,e' sfruttata negli acciai inossidabili austenitici.
La corrosione galvanica può aver luogo quando metalli diversi tra loro vengono accoppiati insieme e richiede:
Che un metallo sia sostanzialmente meno resistente alla corrosione dell’altro;
Un buon contatto elettrico tra i metalli;
Un percorso elettrolitico (acqua, acqua marina, acido, alcale o soluzione salina) tra i metalli; Se uno o l’altro di questi requisiti non si verifica, non si avrà la corrosione galvanica.
Il tasso di corrosione galvanica del metallo meno resistente (o meno nobile) della coppia può variare a seconda dell’area di superficie attiva o esposta dei due metalli accoppiati, il rapporto anodo (corrosivo)/catodo. Si verificherà una maggiore corrosione sul meno nobile metallo anodico quando il catodo è grande in relazione all’anodo. Poco o nessun danno avrà luogo quando l’anodo è grande in confronto al catodo.
Il titanio è altamente resistente alla corrosione, e normalmente accelera il processo di danneggiamento del materiale attivo meno resistente a cui è accoppiato. Nella cella galvanica il titanio normalmente è il metallo più nobile e il catodo.
Il titanio non dovrebbe essere accoppiato direttamente con metalli meno nobili, come per esempio il magnesio, lo zinco e l’alluminio. Questi molto facilmente andranno incontro ad un’accelerazione della corrosione e, nel processo, il titanio potrebbe catturare l’idrogeno che viene generato come prodotto catodico della reazione di corrosione.
Il titanio può essere accoppiato con leghe a base di rame o acciaio al carbonio. Per questi materiali meno nobili deve essere fornita un’efficace protezione contro l’attacco galvanico.

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Influenza del vanadio sulle proprieta' degli acciai
Il vanadio,appartenendo allo stesso gruppo del cromo dal punto di vista del diagramma di stato con il ferro,e avendo la stessa spiccata tendenza a formare carburi,conferisce al ferro e agli acciai proprieta' perfettamente analoghe a quelle del cromo.
Il Vanadio aumenta la resistenza all’usura di un acciaio diminuisce la crescita de grano durante il processo di riscaldamento dell’acciaio.

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Influenza del tungsteno sulle proprieta' degli acciai.
Il tungsteno unito al ferro produce effetti analoghi alle leghe fe-molibdeno.
Il Wolframio (Tungsteno) aumenta in maniera esponenziale la resistenza all'usura e innalzano i valori della curva di rnvenimento.
Dunque la presenza di W in acciai a basso o medio-basso tenore di C può essere utile per aumentare la durezza ottenibile dopo tempra alla resistenza all'usura. Su acciai con buone-alto contenuto di C il W fa si che l'acciaio posso essere temprato solamente a durezze elevate, rendendo duqnue più fragile l'acciaio (a meno che di non andare nella zona di rinvenimento dell'acciaio, cosa abbastanza sconsigliata perchè in quella zona della curva di rinvenimento una variazione di pochi gradi può portare ad ottenere una durezza diversa da quella preventivata ecc).
Il Wolframio eTungsteno inoltre aumentano la resistenza della tempra ad elevate temperature. Dunque viene usato, in buone-elevate quantità, per gli acciai rapidi e super rapidi (Hs e Hss).

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Influenza del boro sulle proprieta' degli acciai
L'aggiunta del boro permette di aumentare notevolmente la temprabilita' degli acciai al carbonio o bassolegati con un contenuto aumento del costo di fabbricazione ,in quanto il boro puo' essere reperito a prezzi relativamente contenuti.
Il boro e' in grado di favorire un consistente aumento della quantita' delel strutture bainitiche.Questo effetto e' dovuto alla precipitazione di carburi di ferro e boro che si svilupano finemente ai bordi dei grani durante il reffreddamento del trattamento di tempra.
Altri pregi vengono identificati,relativamente a questo materiale, nel campo della bulloneria e delle costruzioni,lascerei quindi perdere e non mi dilungherei su simili argomenti.