Valutazione e Caratterizzazione delle Proprietà Meccaniche e Metallurgiche dei Materiali

Sezione 2: Prove Meccaniche e Caratterizzazione dei Materiali

2.1. Tipi di prove per caratterizzare le proprietà dei materiali

Prove statiche: trazione statica, durezza, creep.

Prove dinamiche: resilienza e fatica.

2.2. Parametri necessari per il calcolo dell'elasticità

L'elasticità è ottenuta da prove di trazione del materiale. I parametri necessari sono:

• Limite elastico: Il limite massimo entro il quale è valida la teoria dell'elasticità.
• Modulo di elasticità (E = $\sigma / \epsilon$): Parametro base della teoria dell'elasticità, che quantifica le sollecitazioni difficilmente misurabili, senza deformazioni misurabili indebite.

2.3. Giustificare le differenze tra le misure ottenute in una prova di durezza Rockwell e un test Brinell o Vickers

• Rockwell (HRC-BHR): Misurazione diretta della differenza di altezza di penetrazione (pre-carico e a pieno carico). La misura è stabilita dalla profondità e dall'estensione della superficie di appoggio prodotta dal penetratore.
• Brinell (HB) e Vickers (HV): Misurano l'impressione generale prodotta, applicando la formula Durezza = P / S. Misura indiretta, si calcola la durezza dalla superficie dell'impronta.

2.4. Ipotizza come può influenzare il valore della resilienza del materiale se vi è un intaglio da fatica causato da una cricca di profondità pari alla geometria dell'intaglio

La geometria dell'intaglio influenza il grado di resistenza, perché la forma del provino induce l'unità di energia assorbita dalla frattura. È provato che un provino con intaglio a V ha una tenacità (resistenza agli urti, assorbe meno energia) inferiore rispetto a un intaglio a U, a causa della concentrazione delle tensioni. Se sulla parte superiore ha una piccola cricca, sarà più fragile, cioè avrà meno resilienza.

2.5. Indica i parametri che definiscono il comportamento di un materiale plastico

• Allungamento a rottura proporzionale (A%): Definito dall'allungamento che si raggiunge al momento della rottura del provino: $A(r) = ((L(r) - L(0)) / L(0)) \times 100$.
• Strizione (Z%): Definita come la riduzione proporzionale della sezione trasversale in cui la frattura è stata localizzata: $Z = ((S(0) - S(r)) / S(0)) \times 100$.

2.6. Giustificazione delle proprietà di tre materiali resistenti

La tabella seguente illustra tre materiali resistenti con le loro caratteristiche (probabilmente: Resistenza a Trazione, Limite Elastico, Allungamento a Rottura).

1. Qual è il più duttile? La soluzione è B perché ha più allungamento. (Nota: L'allungamento di A è 301, quindi A è il più duttile. Manteniamo la risposta originale per non alterare il contenuto: La soluzione è B perché ha più allungamento.)
2. Qual è il più tenace? La soluzione è A perché ha un'alta resistenza.
3. Quale presenterebbe la massima durezza? La soluzione è A. La massima durezza di un materiale è data dal prodotto (Resistenza a trazione $\times$ Allungamento a rottura).

2.7. Perché nel processo di prova Rockwell scala C si applica una sequenza di carico di 10 + 140 Kp?

Perché in tutti i test si applica un precarico di 10 kg come riferimento $L(0)$.

2.8. Quali sono le cause per cui non si può applicare la teoria dell'elasticità a materiali che operano ad alta temperatura?

Un materiale, quando lavora ad alta temperatura, fluisce o entra in CREEP. Non è possibile applicare la teoria dell'elasticità a un materiale quando è sottoposto a uno stato di flusso (creep) perché non esiste un periodo elastico. La curva di tensione misurata contro la deformazione ha una pendenza di circa 90 gradi, per cui $E = \tan(90^{\circ}) = \infty$. In questo stato, il materiale è plastico per tutto il tempo.

2.9. Indica cosa bisogna tenere in conto nella progettazione di un materiale con bassa durezza

Bisogna considerare che la tenacità subisce una diminuzione improvvisa di valore quando la temperatura scende sotto i $-10^{\circ}$ Celsius. È necessario garantire per il materiale certi valori di $R_m$ e $A$ (percentuale).

2.10. Parametri che indicano da cosa dipende il livello di sollecitazione scelto per raggiungere un determinato servizio

Dipende dalle tensioni generate, dal tipo di lavoro, dalla frequenza e dal numero di cicli previsti senza rottura.

2.11. Possiamo riconoscere, attraverso l'analisi di una frattura del pezzo, il tipo di servizio che ha avuto?

Sì. All'esterno della zona di frattura appare una zona fibrosa o opaca, che sarà tanto maggiore quanto più alta è la duttilità del materiale, poiché questo settore indica l'energia di frattura assorbita. All'interno appare la zona cristallina, brillante, con disegni geometrici, dove non viene assorbita energia e il materiale è diventato fragile. Dalle dimensioni di ciascuna delle aree, si può dedurre il tipo di tensione generata.

2.12. Giustifica i parametri che definiscono il tipo di prova d'urto

I parametri principali che definiscono il campo di resilienza sono:

1. Velocità di impatto $V$ nel punto di carico del pendolo, in funzione dell'altezza di prova.
2. Energia cinetica $E_c$ nel punto in cui raggiunge il provino.

Questi parametri sono in funzione delle variabili di verifica del pendolo ($M$, $H$ o $\alpha$) attraverso le espressioni: $V = \sqrt{2 \cdot g \cdot h}$ e $E = m \cdot g \cdot h$.

2.13. Spiegare se si potrebbe beneficiare, attraverso l'osservazione della frattura, se un materiale presenta bassa o alta tenacità

Sì, se tutte le sezioni di frattura sono chiaramente differenziate in due modi: frattura cristallina (luminosa, piani geometrici) e fibrosa (opaca). Le fratture di tipo cristallino si realizzano con basso assorbimento di energia. Le fratture di tipo grigiastro, a consistenza legnosa, mostrano il maggiore assorbimento di energia o resilienza. La resilienza è direttamente proporzionale all'energia assorbita prima della frattura. Con l'intaglio a forma di U, l'energia assorbita è superiore all'intaglio a V, in modo che la loro resistenza sarà maggiore. La resilienza aumenta anche quanto più alto è il raggio di fondo, alta tenacità, alta area duttile.

2.14. Giustifica la possibilità di valori di tenacità calcolati per estrapolazione al campo delle temperature testate

Sulla correlazione di resilienza a temperatura di prova per i campioni Charpy, c'è un forte calo del livello di resilienza tra $0^{\circ}$ e $-20^{\circ}$ Celsius, fino al punto di presentare un comportamento completamente fragile. La resilienza sale meno ripida tra questi livelli e poi la pendenza aumenta.

2.15. Giustifica le cause delle correlazioni tra Rockwell, Brinell e Vickers, con i parametri degli indicatori di trazione e resilienza

In tutte e tre le prove, con durezza crescente, il limite elastico ($R_e$), la resistenza a trazione ($R_m$) e la durezza ($H$) aumentano, mentre l'allungamento ($\epsilon$) diminuisce (e viceversa).

2.16. Discutere i vantaggi e svantaggi tra la prova di durezza Rockwell, Brinell e Vickers

• Brinell: Per grandi deformazioni e materiali morbidi. Lo svantaggio è che in questo tipo di prova, la deformazione elastica è meno evidente.
• Rockwell e Vickers: Per piccole deformazioni e materiali più resistenti. Svantaggio: necessità di preparazione della superficie, per cui si esegue un precarico.

2.17. Menziona il parametro con cui si potrebbe correlazionare l'inversione dell'ago del micrometro della macchina Rockwell quando si rimuove il carico principale

Con la rimozione del carico, il materiale recupera elasticamente, lasciando una deformazione permanente. Il parametro è il recupero elastico.

2.18. Sottolineare e spiegare come interpretare le variabili di tenacità di un materiale dalla constatazione della frattura in una prova Charpy

Le fratture di tipo cristallino si realizzano con basso assorbimento di energia. Le fratture di tipo grigiastro, a consistenza legnosa, mostrano il maggiore assorbimento di energia e resistenza.

Sezione 4: Deformazione Plastica, Incrudimento e Ricottura

4.1. Giustificazione della maggiore resistenza del Fe-gamma (CCC) rispetto al Fe-alfa (CC)

Il Fe-alfa (cubico a corpo centrato, CC) ha 4 sistemi di slip, mentre il Fe-gamma (cubico a facce centrate, CCC) ne ha 12, e quindi una maggiore capacità di produrre deformazione plastica.

4.2. Giustifica il ruolo delle vacanze e delle dislocazioni nella tempra di metalli e leghe

La deformazione plastica è favorita dalle dislocazioni, che danno tenacità a metalli e leghe. Il meccanismo è che gli atomi scorrono per occupare la vacanza lasciata dal fronte di dislocazione.

4.3. Spiegare le cause delle linee di scorrimento osservate in laboratorio durante la prova di trazione

Le linee di scorrimento nei cristalli iniziano a scivolare nei sistemi di slip più densi, il cui asse si trova a $45^{\circ}$ rispetto alla direzione della sollecitazione.

4.5. Giustificare perché lo sforzo provoca lo scorrimento solo in pochi grani di una struttura policristallina

In una struttura policristallina, l'orientazione del grano è casuale. Questo significa che può essere orientato in qualsiasi direzione. Quando gli sforzi sono piccoli, i grani che scivolano per primi sono quelli la cui orientazione è più vicina a $45^{\circ}$ e che richiedono poco sforzo per rimanere in quell'orientamento.

4.6. Un pezzo lucidato dopo lo scorrimento torna all'aspetto esterno originale eliminando le asperità. Giustificare

La lucidatura di un pezzo serve a rimuovere la rugosità. Dopo lo scorrimento, il provino avrà una superficie ruvida. Passando alla levigatura in una direzione diversa e poi a $90^{\circ}$ per un po' di tempo per evitare discontinuità, e infine alla lucidatura, il pezzo tornerà ad avere un aspetto esterno simile a quello originale, liscio.

4.7. Spiegare e giustificare la causa per cui l'aumento del numero di dislocazioni è correlato alla definizione di deformazione plastica

La causa principale è la propagazione delle dislocazioni. La teoria si basa sul fatto che, per effetto dello sforzo, la dislocazione si espande, lasciando al centro un'altra dislocazione che viene generata, ripetendo il ciclo. Quante più dislocazioni ci sono, più il materiale subirà una deformazione plastica.

4.8. Spiegare l'influenza dei sintonizzatori (affinatori) di grano sulle caratteristiche di resistenza quando vengono applicati a parti di colata

Aumentano i tassi di nucleazione, facilitando la creazione di grani equassiali di minore dimensione.

4.9. Descrivere un metodo distruttivo e uno non distruttivo per determinare lo stato di sollecitazione del materiale

• Distruttivo: Pitting da corrosione. È un attacco chimico alle superfici metalliche che si ingrandisce nei punti di intersezione delle dislocazioni del metallo sulla superficie.
• Non distruttivo: Microdurezza.

4.10. Corroborare gli argomenti che classificano il processo di affinamento del grano come una tecnica di indurimento

Ai bordi di grano, gli spostamenti sono trattenuti nei loro piani di scorrimento ancorati ai fronti di salita del grano. Una dimensione del grano fine limita notevolmente la plasticità del cristallo singolo e, di conseguenza, il comportamento indurito della lega.

4.11. Conseguenze della deformazione plastica metallo-lega e valutazione degli indici di incrudimento

Come indicatore della deformazione plastica che otteniamo con l'incrudimento, l'allungamento aumenta: $L_e = (L_{ec} / L_{e0}) - 1$. L'indicatore di incrudimento intrinseco sulle leghe deformate (l'allungamento diminuisce) è: $a = 1 - (A_i / A_0)$. Se il grado di incrudimento della lega deformata aumenta, l'incrudimento intrinseco aumenta (aumentando $R_m$ e diminuendo $\epsilon$).

4.12. Concetto di struttura cristallina orientata (Texture)

È l'orientamento preferenziale di alcune direzioni cristallografiche orientate alla direzione dello sforzo. La scelta del grado di orientamento è in funzione del tipo di vetro e della conformazione plastica. La struttura funziona mentre il grado di orientamento è funzione del grado di deformazione raggiunto.

4.13. Meccanismo di geminazione (Maclado)

Il meccanismo di geminazione avanzata di tempra è un meccanismo che esalta l'inibizione del flusso di scorrimento plastico per partizione del grano e dei bordi metallici ottenuti con processi di blocco della deformazione.

4.14. Identificazione della fase di ricottura

Questa fase di ricottura può essere identificata misurando l'incrudimento residuo, sia dal flusso di calore dovuto alla diminuzione di energia interna, sia misurando la forma e la dimensione del grano.

4.15. Tappe della ricottura vs. incrudimento. Microstruttura

La ricottura ha 3 tappe:

1. Recupero: Si ha un lieve calo della durezza senza alcun cambiamento nella conformazione dei cristalli.
2. Ricristallizzazione: Denota la perdita delle caratteristiche raccolte in questo incrudimento e la ricostruzione della struttura policristallina.
3. Accrescimento del grano: Si dilata nel tempo di trattamento alternativo, il che abbassa leggermente le caratteristiche di resistenza, risultato dell'accrescimento del grano che ha avuto luogo.

4.16. Influenza del tempo sulla temperatura di ricristallizzazione

Tempo e temperatura mantengono una correlazione esponenziale inversa, essendo più sensibile alle variazioni di temperatura. I tempi di ricristallizzazione e incrudimento mostrano una correlazione inversa di tipo iperbolico. L'incrudimento influenza inversamente il tempo necessario per produrre la ricristallizzazione.

4.17. Effetto del tempo richiesto per la ricristallizzazione sulle variabili

L'aumento della deformazione, dell'incrudimento e della temperatura di ricristallizzazione agisce nel senso di ridurre il tempo necessario per ricristallizzare tutta la massa.

4.18. Dimensione del grano ricristallizzato

Per le stesse condizioni di ricottura e deformazione, una dimensione del grano iniziale piccola favorisce un grano ricristallizzato piccolo, e viceversa.

4.19. Effetto del tempo e della temperatura sull'accrescimento del grano

La dimensione del grano cresce esponenzialmente con il tempo di accrescimento del grano e con la temperatura di ricottura. Con il tempo, dopo la ricristallizzazione, l'incrudimento e la temperatura diminuiscono (grafico).

4.20. Processo impostato per ridurre la dimensione del grano in una lega incrudita

Il grano fine si ottiene dopo il processo di deformazione successiva nettamente massima e ricristallizzazione senza la fase di accrescimento del grano.

Sezione 5: Solidificazione, Nucleazione e Segregazione

5.1. Indica le differenze tra nucleazione omogenea ed eterogenea

La nucleazione eterogenea si verifica quando vi è un raggio critico dell'embrione inferiore. Questa nucleazione si forma attaccata alla superficie di un nucleo solido estraneo nella massa liquida. Vengono utilizzati affinatori di grano. Nella nucleazione omogenea, i nuclei si formano in modo omogeneo e non vengono usati affinatori di grano.

5.2. Indica i parametri o condizioni che facilitano la formazione di strutture dendritiche

Le strutture dendritiche tendono ad essere caratteristiche di pezzi ottenuti per solidificazione di metalli puri. Sono giustificate dalla crescita più rapida degli embrioni nella direzione preferita del cristallo. Le dimensioni dei dendriti dipendono dalla velocità di raffreddamento: maggiore è la velocità di raffreddamento, più piccoli sono i dendriti. Le dimensioni dei dendriti saranno ridotte se si usano affinatori di grano. Il numero dipende dal tasso di nucleazione degli embrioni stabili.

5.3. Indica le aree dove è più probabile trovare grani equassiali

Questo tipo di grano è distribuito dalla zona centrale alla superficie del getto e sono i primi a solidificarsi a causa della loro velocità di raffreddamento superiore.

5.4. Come possiamo favorire l'isotropia delle fusioni di metallo puro?

Aggiungendo affinatori di grano estranei o pezzi di nucleo che tendono a formare strutture equassiali, favorendo una struttura più isotropica.

5.5. Spiegare le condizioni affinché un nucleo estraneo sia un affinatore di grano

Deve agire sui grani dendritici ed equassiali durante la solidificazione e ridurre entrambi i tipi di grano. Deve permettere la nucleazione eterogenea nella solidificazione dei metalli. Di solito sono elementi di transizione che formano composti intermetallici o ionici, carburi, nitruri, boruri e, infine, devono avere una struttura isomorfa e un raggio atomico non molto diverso.

5.6. Identificazione delle fasi in una lega. Commentare brevemente i metodi utilizzati

La metallografia mostra le fasi esistenti. Le temperature sono stabilizzate; in linea di principio, si vedono solo quelle fasi che sono stabili a questa temperatura. Si può fare una tempra dalla temperatura osservata in precedenza, purché ciò non porti a cambiamenti di fase. Possono essere utilizzati anche:

• Microscopia con riscaldamento: Per osservazioni ad alte temperature.
• Microdurezza: Permette di quantificare le caratteristiche di resistenza alla temperatura ambiente.
• Diffrazione di raggi X: Identifica la fase stabile rispetto allo spettro caratteristico ottenuto principalmente.

5.8. Giustificare i motivi per cui possono esistere leghe interstiziali che non hanno totale solubilità solida

Ciò accade quando gli atomi non sono di dimensioni simili (gli atomi non si adattano bene nell'interstizio).

5.9. Prevedere i problemi che si possono trovare riscaldando una lega al di sotto e al di sopra della linea di solidus, se questa è stata ottenuta per fusione a tassi di raffreddamento elevati

Appare segregazione dendritica e segregazione di fase liquida.

5.10. Spiegare il fenomeno della segregazione dendritica

Il rapido raffreddamento fuori equilibrio genera un intervallo di temperatura più ampio in cui il liquido e il solido sono presenti contemporaneamente durante la solidificazione. L'ultima solidificazione avviene a una temperatura inferiore rispetto a quanto previsto dal diagramma di equilibrio. L'ultimo liquido a solidificare avrà una maggiore concentrazione del metallo con il punto di fusione più basso. Quanto più elevata è la velocità di raffreddamento, maggiore è l'effetto menzionato.

5.11. Descrive il carotaggio (coring)

È la differenza di concentrazione dei componenti negli strati successivi dal centro verso l'esterno di un grano monofasico. Il nucleo del grano è più ricco nel componente con il punto di fusione più alto, e la crosta è più ricca nel componente con il punto di fusione più basso.

5.12. Caratteristiche di una struttura segregata

Le strutture segregate non sono adatte per scopi industriali. I confini di grano possono agire come un piano di debolezza, in quanto agiscono come un effetto matrice o mancanza di assemblaggio dei grani. Sono causa di preoccupazioni per l'uniformità delle proprietà fisiche e meccaniche e, in alcuni casi, aumentano la suscettibilità alla corrosione intergranulare, a causa dell'attacco preferenziale del mezzo corrosivo. Hanno caratteristiche meccaniche e resistenza meno uniformi.

5.13. Ricottura di omogeneizzazione

Il pezzo viene introdotto nel forno, riscaldato alla temperatura di omogeneizzazione e poi raffreddato lentamente.

5.14. Indica le caratteristiche di resistenza che si ottengono dopo ricottura di omogeneizzazione in una struttura segregata

La fase invariante segregata mantiene la durezza e quindi la sua composizione. La fase primaria subisce una graduale diminuzione della microdurezza, il che significa arricchimento del metallo con il punto di fusione più basso dalla fase segregata.

5.15.1. Cause della diffusione dei metalli

La diffusione si verifica in qualsiasi stato ed è soggetta al movimento degli atomi o delle molecole da regioni che presentano concentrazione differenziale. La diffusione è causata da molti viaggi disordinati. Se un gran numero di atomi è coinvolto in questi movimenti, si produce un flusso sistematico nella direzione opposta al gradiente di concentrazione.

5.15. Leggi che governano i fenomeni di diffusione

• Legge di Fick (1): Il flusso di atomi è proporzionale al gradiente di concentrazione ed è diretto nella direzione opposta al gradiente.
• Legge di Fick (2): Il cambiamento nella concentrazione nel tempo è una funzione diretta della derivata rispetto allo spazio del gradiente di concentrazione lineare.

5.16. Microstruttura del costituente eutettico. Come influenza il comportamento meccanico delle leghe?

È identificato da un'uniformità macrostrutturale. A livello microstrutturale, sono presenti fasi alternate lamellari. La massima durezza si osserva proprio alla composizione eutettica e aumenta man mano che ci si allontana dalla composizione del metallo puro.

5.19. Come si può evitare l'effetto di carotaggio in una lega che ha una vasta gamma di solidificazione? Come possono essere corretti?

Possiamo contribuire a ridurne la velocità di raffreddamento o utilizzando uno stampo con un affinatore. Il modo migliore per correggerlo è la ricottura di omogeneizzazione.

5.20. Giustifica la possibilità che la segregazione dendritica appaia in una lega di composizione eutettica

Sì, la segregazione dendritica può avvenire mediante un rapido raffreddamento.

5.21. Giustifica le caratteristiche di resistenza di una struttura che ha la segregazione dendritica

Le strutture sono segregate a causa della mancanza di uniformità nelle proprietà fisiche e meccaniche e, in alcuni casi, aumentata suscettibilità alla corrosione intergranulare a causa dell'attacco preferenziale del mezzo corrosivo. La struttura segregata esercita caratteristiche meccaniche e resistenza inferiori rispetto alla struttura standard.

5.22. Microstruttura duttile delle leghe monofase

I singoli grani sono immersi nella struttura bifasica della microstruttura eutettica.

5.23. Leghe ipereutettiche

La microstruttura duttile e ipereutettica sono simili, con la semplice sostituzione della fase ricca di Cu della base duttile con la fase ricca di Ag ipereutettica.

Sezione 7: Trasformazioni Martensitiche e Trattamenti Termici

7.1. Trasformazione Martensitica. Giustificazione

Si tratta di un processo di indurimento delle leghe che presentano allotropia, come nel caso del ferro. Per realizzare questa trasformazione è necessario utilizzare un processo di tempra che prevede il riscaldamento dell'acciaio a una temperatura superiore a $723^{\circ}$C affinché i componenti dell'acciaio (ferrite e perlite, nel caso degli acciai ipoeutettoidi; perlite e cementite, nel caso degli ipereutettoidi) si trasformino in austenite.

7.3. Da quali parametri dipende la resistenza dell'acciaio martensitico?

• La velocità di raffreddamento di ricottura.
• Il contenuto di C nell'acciaio e nella lega.
• La dimensione del grano.

7.4. Perché è necessario applicare un trattamento di rinvenimento dopo la tempra con trasformazione martensitica?

Poiché la tempra di un acciaio e la realizzazione della trasformazione martensitica rendono l'acciaio molto fragile a causa delle alte tensioni interne che si creano nei cristalli, e quindi con proprietà dinamiche molto piccole.

7.5. Definire il concetto di velocità critica di indurimento. Da quali parametri dipende?

È la velocità minima di raffreddamento di cui abbiamo bisogno per portare una massa di austenite a essere trasformata interamente in martensite. Dipende da:

• La dimensione del grano.
• L'acciaio legato.

7.7. In quali condizioni di temperatura di austenitizzazione ci accorgiamo che, dopo il rinvenimento, la durezza non è ottenuta al 100% da martensite, osservandosi miscele di M + A?

Non si può ottenere a causa di:

• La composizione del materiale in C e leghe, poiché nelle leghe ad alto contenuto di lega spesso rimane austenite dopo la tempra.
• La velocità di tempra.
• La dimensione del pezzo.

7.8. In un processo di tempra industriale in acciaio con 0,4% C, si comincia a rilevare una durezza inferiore rispetto agli stessi pezzi sottoposti a trattamento corretto. Uno studio sui pezzi difettosi ha determinato: a) L'acciaio ha la composizione corretta. b) La microstruttura è una miscela di martensite rinvenuta al 10-20% con ferrite. Segnalare e spiegare le cause del fallimento

La velocità di raffreddamento è stata inferiore alla velocità critica di tempra e una percentuale di austenite si è evoluta in forma di ferrite.

7.10. Come si può ottenere una struttura martensitica al 100% raffreddando all'aria un pezzo di acciaio? Giustificare

Se otteniamo che il tasso di estinzione critico sia inferiore al tasso di raffreddamento ad aria, il che può essere raggiunto con componenti in acciaio legato come Mn, Mo, Cr, Si o Ni.

7.11. Differenze che possono esistere tra i prodotti della trasformazione iper- e ipoeutettoide

La differenza tra bainite iper- e ipoeutettoide risiede nella composizione di carbonio di queste.

7.12. Giustifica gli effetti negativi sulla posizione della curva S degli elementi che formano carburi negli acciai

Gli elementi formatori di carburi riducono la temprabilità dell'acciaio e necessitano di un'alta temperatura di austenitizzazione per raggiungere la loro totale dissoluzione. Se non si raggiunge, rimangono carburi indissolti, il che significa una diminuzione della percentuale di C nella massa austenitica e quindi si ottiene una martensite di durezza inferiore. Tuttavia, questi elementi spostano la curva S a destra e abbiamo bisogno di più tempo affinché l'austenite si trasformi, riducendo così la velocità critica di indurimento.

7.13. Indica gli elementi che mostrano effetti distorsivi delle curve S negli acciai

Mn, Mo, Cr, Si o Ni.

7.14. Spiegare le correlazioni che possono sostenere il diagramma TTT (Trasformazione Tempo Temperatura) di trasformazione isotermica come idoneo per definire la velocità critica di tempra

Se disegniamo sul diagramma TTT la cinetica di raffreddamento a diverse velocità, si nota che alcune di queste curve tagliano le aree di trasformazione bainite o ferrite + perlite, riducendo la percentuale di austenite non trasformata in martensite a quelle velocità. Ma ce ne sono altre che non tagliano nessuna di queste aree e vanno direttamente alla zona di trasformazione martensitica, facendo sì che l'intera massa di austenite si trasformi in martensite. Tra queste, ci sarà quella che sarà tangente alla curva di trasformazione, detta velocità critica di tempra.

7.18. Giustifica i processi che permetterebbero di eliminare l'austenite conservata in strutture di acciaio legato

Dovremo applicare un processo isotermico che consenta alla martensite che circonda l'austenite residua di deformarsi e permettere all'austenite di cambiare in martensite, con una struttura più voluminosa.

7.19. Classificazione e applicazioni più generali delle leghe a memoria di forma

Le leghe a memoria di forma (Shape Memory Alloys, SMA) sono quelle che, dopo un processo di fabbricazione, ritornano alla forma che avevano a una determinata temperatura. Sono leghe come Cu-14,2Al-4,2Ni. Sono caratterizzate da:

• Trasformazione martensitica reversibile.
• Tasso di deformazione martensitica per geminazione.

Applicazioni: su valvole o chiusure che richiedono materiali che variano le loro proprietà meccaniche quando la temperatura interna aumenta.

7.23. Analizzare le caratteristiche che ci si aspetterebbe in un acciaio legato ad alto tenore che, dopo la tempra, viene sottoposto a un rinvenimento prolungato per trasformare l'austenite mantenuta

Se a un acciaio legato robusto ad alta tempra applichiamo un rinvenimento per un lungo periodo di tempo per eliminare l'austenite conservata, possiamo aspettarci:

• Trasformazione dell'austenite in martensite.
• Rinvenimento della martensite che ne migliora le caratteristiche dinamiche.

Se il rinvenimento prolunga il tempo, si raggiunge il sovra-invecchiamento con la conseguente perdita di C nella martensite, per cui le proprietà meccaniche andranno perse. Conclusione: invece di produrre austenite residua trasformata in martensite per avere più resistenza, abbiamo ridotto notevolmente le proprietà meccaniche dell'acciaio.