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:   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 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 longitudinale Sezione trasversale

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 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

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