Diagrammi TTT-CCT Le trasformazioni previste con i diagrammi di stato sono valide nel caso in cui vengano mantenute le condizioni d equilibrio durante il raffreddamento e quindi solo per raffreddamenti molto lenti. Nella realtà questo avviene raramente, sia perché il raffreddamento dei getti o dei semilavorati per ragioni economiche non può essere effettuato con velocità lentissime, sia perché le prestazioni dei materiali vengono spesso migliorate creando intenzionalmente un struttura di non equilibrio. I digrammi TTT (temperatura-tempo-trasformazione) o Curve di Bain descrivono le trasformazioni isoterme. Sono ottenute sperimentalmente studiando le trasformazioni che avvengono e i tempi necessari per il loro inizio e il loro termine. Tutte le curve TTT sono caratterizzate dalla presenza di un “naso” in corrispondenza della T a cui si verifica il max. della velocità di trasformazione. Le curve tendono asintoticamente alla temperatura di equilibrio della trasformazione (v=0) e allo zero assoluto (v=0).

Trasformazione di fase La velocità di trasformazione è data da : 1/ t0.5 Si può controllare il progredire della trasformazione sia mediante esame microscopico, sia mediante lo studio di proprietà fisiche.

Diagrammi di trasformazione isoterma Reazione eutettoide ferro-carburo di ferro g (0.76% C) a(0.022% C) + Fe3C (6,7% C)

Diagramma TTT con curva di trattamento isotermico

Perlite grossolana Perlite fine T>540°C Perlite grossolana Perlite fine

Bainite 215°C<T<540°

Sferoidite Microstruttura di un acciaio perlitico o bainitico riscaldato e mantenuto a circa 700 °C (appena al di sotto dell’eutettoide) per 18-24 ore. Ricottura di sferoidizzazione Fe3C in forma di particelle sferiche disperse in una matrice continua di fase a. Questa trasformazione avviene per diffusione del carbonio senza produrre variazioni di composizione e quantità relativa delle fasi di ferrite e cementite

Martensite Struttura monofasica di non equilibrio che risulta dalla trasformazione dell’austenite senza diffusione quindi a seguito di un raffreddamento rapido, Tempra. L’austenite CFC subisce una trasformazione polimorfa in a martensite tetragonale a corpo centrato. Atomi di C come impurezze interstiziali: soluzione sovrassatura

Trasformazione atermica

Determinazione microstrutture · Rapido raffreddamento a 350°C, mantenimento per 104 s e tempra a Tamb · Rapido raffreddamento a 250°C, mantenimento per 100 s e tempra a Tamb · Rapido raffreddamento a 650°C, mantenimento per 20 s, rapido raffreddamento a 400°C mantenimento per 103 s e tempra a Tamb

Diagramma TTT di una acciaio legato

Comportamento meccanico

Durezze delle diverse microstrutture

Proprietà della martensite Le proprietà meccaniche non sono correlate alla microstruttura ma all’efficacia degli atomi di carbonio nell’ostacolare il movimento delle dislocazioni e i pochi siatemi di scorrimento.

Martensite rinvenuta Martensite (TCC, monofasica) martensite rinvenuta (fasi a + Fe3C) Rinvenimento a 594 °C AISI 4340 C 0.43% Ni, Cr, Mo Rinvenimento: Trattamento termico tra 250 e 650 °C Attivazione processi di diffusione

Tempra e Rivenimento Microstruttura Fragilità di rinvenimento 375 - 575°C. Acciai legati contenenti: Mn, Ni, Cr, P, Ar, Sn. La presenza di questi elementi fa spostare verso l’alto la temperatura di transizione duttile-fragile quindi T ambiente nella regione fragile. Frattura intergranulare.

Diagrammi CCT-Continuos Cooling Treatment

Diagrammi CCT

Riepilogo delle trasformazioni

Trattamenti Termici Ricottura completa. Per gli acciai ipo e eutettoidici vengono riscaldati nella regione austenitica circa 40° sopra la linea di separazione tra austenite e ferrite. Mantenuti a questa temperatura e poi raffreddati in forno. Per gli acciai iper il trattamento avviene nella regione austenite + cementite. Microstruttura finale: perlite grossolana (+ fase proeutettoidica). Ricottura di lavorabilità o distensione. Addolcisce gli acciai deformati a freddo o in cui ci sono tensioni residue (per effetti termici) ma non influisce sugli effetti dell’incrudimento. T bassa: 650°C<T<700°C.

Trattamenti Termici Normalizzazione. Riscaldamento nella regione austenitica e raffreddamento in aria statica. Trattamento che si fa sugli acciai che hanno subito deformazione plastica es. laminazione e hanno grani grossi e di varia dimensione. Scopo del trattamento: Affinamento grano Aumento resistenza meccanica (rispetto acciaio ricotto) Riduzione segregazione, struttura più uniforme. Microstruttura finale contiene perlite fine. Normalizzazione più economica.

Trattamenti Termici Sferoidizzazione. Gli acciai a medio e alto contenuto di carbonio anche con perlite grossolana posso essere troppo duri per le lavorazioni. Riscaldamento al di sotto della temperatura eutettoidica in cui la microstruttura è cementite e ferrite si verifica la coalescenza della cementite per formare particelle sferoidali.