Presentazione di PowerPoint

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 meccaniche.
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)
Esercitazione di metallografia
Lo schema di lavoro sia per la macro che per la micrografia può essere riassunto
nei punti seguenti:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Scelta e prelievo del campione;
Eventuale inglobamento;
Levigatura meccanica;
Lucidatura meccanica o elettrochimica;
Attacco metallografico chimico o elettrochimico;
Osservazione macro e/o microscopica;
Documentazione (Foto, note, etc.).
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
Esercitazione di metallografia
 Scelta e prelievo del campione
Esercitazione di metallografia
 Inglobamento
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.
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.
Esercitazione di metallografia
MICROSCOPIO OTTICO
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;
•…
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.
PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
Ferrite:
 grani poligonali di
forma tondeggiante;
 aspetto chiaro;
 non sembra attaccata
ad ingrandimenti non
troppo elevati.
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.
PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
Perlite:
 si presenta in noduli
non omogenei formate 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.
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.
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.
PRINCIPALI STRUTTURE METALLOGRAFICHE
DEGLI ACCIAI
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
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.
ACCIAIO INOX FERRITICO AISI 430
Sezione trasversale
Sezione longitudinale
VALBRUNA
8 mm, 430FR, MG2
(attacco Kalling’s 2)
Sez.trasv.
Sez.long.
CARPENTER
11.5 mm, 416, P70 + P/N 107764
(attacco Kalling’s 2)
Sez.trasv.
Sez.long.
AISI 440 C - Matrice martensitica con presenza di carburi
primari e secondari
LEGA 6061 – BARRA LAMINATA A FREDDO
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
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 grafite)
MICROSTRUTTURE
DELLE GHISE
Ghisa grigia:
%C: 2.5  4 %
%Si: 1  3 % (grafitizz)
 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.
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 …
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
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
ALCUNE MICROSTRUTTURE PARTICOLARI
DEGLI ACCIAI
Acciaio cementato:
 Diffusione del
carbonio ad alta
temperatura
ALCUNE MICROSTRUTTURE PARTICOLARI
DEGLI ACCIAI
Acciai Dual Phase
Struttura mista
ferrite-martensite;
Tempra intercritica dal campo
misto a+g
T1
T2
ANALISI MICROSTRUTTURALE
Cricche da tempra:
 Gli sforzi dovuti ad
una tempra troppo
drastica su pezzi di
grande spessore possono
portare alla formazione
di cricche ed alla rottura
del pezzo.
Micrografia elettronica SEM su ago iniettore. AISI 440 C
07/01/19 01:19:02 PM
Project 1
Spectrum processing :
No peaks omitted
Processing option : All elements analysed (Normalised)
Number of iterations = 5
Standard :
C K CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM
O K SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM
Na K Albite 1-Jun-1999 12:00 AM
Si K SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM
S K FeS2 1-Jun-1999 12:00 AM
Cl K KCl 1-Jun-1999 12:00 AM
K K MAD-10 Feldspar 1-Jun-1999 12:00 AM
Ca K Wollastonite 1-Jun-1999 12:00 AM
Cr K Cr 1-Jun-1999 12:00 AM
Fe K Fe 1-Jun-1999 12:00 AM
Element
CK
OK
Na K
Si K
SK
Cl K
KK
Ca K
Cr K
Fe K
Totals
App
Conc.
12.44
8.92
0.17
0.79
0.72
0.44
1.13
0.85
17.64
12.35
Intensity
Corrn.
0.5565
0.6492
0.4866
0.7494
0.9025
0.8128
1.1108
1.0673
0.9126
0.8288
Weight%
29.85
18.36
0.46
1.40
1.06
0.72
1.36
1.07
25.82
19.90
Weight%
Sigma
0.44
0.53
0.07
0.05
0.05
0.05
0.06
0.06
0.29
0.28
Atomic%
53.21
24.57
0.43
1.07
0.71
0.44
0.74
0.57
10.63
7.63
100.00
Comment:
Spettro di emissione raggi X e microanalisi
Semiquantitativa a ridosso della cricca
Superfici di Frattura di Acciai
Frattura Duttile
Aspetto rugoso
e poco brillante
Superfici di Frattura di Acciai
Frattura Duttile
Particolare di un
microdimple
Superfici di Frattura di Acciai
Frattura Duttile
Inclusione che ha dato
origine al microdimple
Superfici di Frattura di Acciai
Frattura Fragile
Intergranulare
In questo caso
particolare si tratta di
una frattura fragile
da idrogeno.
L’ingresso e la
successiva diffusione
dell’idrogeno nella
matrice metallica
causa l’infragilimento
del materiale che
sfocia, tipicamente, in
una frattura
intergranulare fragile.
Superfici di Frattura di Acciai
Frattura Fragile
Intergranulare
Nell’immagine è possibile notare
la forma tridimensionale dei grani
cristallini
Superfici di Frattura di Acciai
Frattura Fragile
Transgranulare (Clivaggio)
Superfici di Frattura di Acciai
Frattura Mista
Zona di frattura
fragile
Zona di frattura duttile
Superfici di Frattura di Acciai
Frattura per Fatica
07/06/19 03:53:33 PM
Project 1
Spectrum processing :
Peak possibly omitted : 1.749 keV
Processing option : All elements analysed (Normalised)
Number of iterations = 3
Standard :
C K CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM
O K SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM
S K FeS2 1-Jun-1999 12:00 AM
Cl K KCl 1-Jun-1999 12:00 AM
Ca K Wollastonite 1-Jun-1999 12:00 AM
Cr K Cr 1-Jun-1999 12:00 AM
Fe K Fe 1-Jun-1999 12:00 AM
Ni K Ni 1-Jun-1999 12:00 AM
Element
CK
OK
SK
Cl K
Ca K
Cr K
Fe K
Ni K
Totals
Comment:
App
Conc.
0.51
4.81
0.36
0.45
0.10
1.94
7.40
0.22
Intensity
Corrn.
0.3845
1.0261
0.8663
0.7850
1.0694
1.0138
0.8929
0.8424
Weight%
7.51
26.73
2.39
3.24
0.53
10.90
47.23
1.47
100.00
Weight%
Sigma
0.14
0.14
0.02
0.03
0.02
0.06
0.14
0.06
Atomic%
17.60
46.98
2.10
2.57
0.37
5.90
23.79
0.70