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Esercitazione di metallografia Osservazione e studio dei costituenti strutturali e della microstruttura dei materiali metallici. Finalità principali: Valutazione.

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Presentazione sul tema: "Esercitazione di metallografia Osservazione e studio dei costituenti strutturali e della microstruttura dei materiali metallici. Finalità principali: Valutazione."— Transcript della presentazione:

1 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 lindagine metallografica in due branche principali: la Macrografia, cioè losservazione a basso ingrandimento (1x-10x); la Micrografia, ovvero losservazione ad ingradimenti più elevati (da 50x a 1000x, per quanto riguarda il microscopio ottico)

2 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 losservazione può avvenire ad occhio nudo o con lausilio di semplice lente dingrandimento

3 Esercitazione di metallografia Scelta e prelievo del campione

4 Esercitazione di metallografia Inglobamento Si utilizzano solitamente resine acriliche termoindurenti che scaldate a temperature dellordine 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.

5 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 lutilizzo di un panno su cui è depositata della pasta formata da cristalli di diamante di dimensioni micrometriche.

6 Esercitazione di metallografia MICROSCOPIO OTTICO

7 Esercitazione di metallografia Attacco Metallografico e Osservazione al Microscopio Ottico Lattacco 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; …

8 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.

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

10 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.

11 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 lausilio 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.

12 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.

13 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.

14 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

15 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

16 ACCIAIO INOX FERRITICO AISI 430 Sezione trasversale Sezione longitudinale

17 Sez.trasv. Sez.long. VALBRUNA 8 mm, 430FR, MG2 (attacco Kallings 2)

18 Sez.trasv. Sez.long. CARPENTER 11.5 mm, 416, P70 + P/N (attacco Kallings 2)

19 AISI 440 C - Matrice martensitica con presenza di carburi primari e secondari

20 LEGA 6061 – BARRA LAMINATA A FREDDO

21 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

22 MICROSTRUTTURE DELLE GHISE Ghise: Leghe ferro – carbonio con tenori di carbonio superiori al 2,15%. Tipicamente. %C: 3 4,5 %. Basso punto di fusione ( °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)

23 MICROSTRUTTURE DELLE GHISE Ghisa grigia: %C: % %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.

24 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: MPa), maggiore duttilità Alberi, valvole …

25 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

26 MICROSTRUTTURE DELLE GHISE Ghisa malleabile: Carbonio in fiocchi di forma a rosetta Ghisa bianca portata ad alta temperatura ( °C) per tempi lunghi: Trasformazione della fase instabile cementite in fase stabile grafite. grafite in forma a rosette matrice ferritica o perlitica

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

28 ALCUNE MICROSTRUTTURE PARTICOLARI DEGLI ACCIAI T1T2 Acciai Dual Phase Struttura mista ferrite-martensite; Tempra intercritica dal campo misto

29 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.

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31 Micrografia elettronica SEM su ago iniettore. AISI 440 C

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33 Spettro di emissione raggi X e microanalisi Semiquantitativa a ridosso della cricca

34 Superfici di Frattura di Acciai Frattura Duttile Aspetto rugoso e poco brillante

35 Superfici di Frattura di Acciai Frattura Duttile Particolare di un microdimple

36 Superfici di Frattura di Acciai Frattura Duttile Inclusione che ha dato origine al microdimple

37 Superfici di Frattura di Acciai Frattura FragileIntergranulare In questo caso particolare si tratta di una frattura fragile da idrogeno. Lingresso e la successiva diffusione dellidrogeno nella matrice metallica causa linfragilimento del materiale che sfocia, tipicamente, in una frattura intergranulare fragile.

38 Superfici di Frattura di Acciai Frattura FragileIntergranulare Nellimmagine è possibile notare la forma tridimensionale dei grani cristallini

39 Superfici di Frattura di Acciai Frattura FragileTransgranulare (Clivaggio)

40 Superfici di Frattura di Acciai Frattura Mista Zona di frattura fragile Zona di frattura duttile

41 Superfici di Frattura di Acciai Frattura per Fatica

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