ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE “G. MARCONI” …

1 Prof. Roberto RiguzziDIAGRAMMI STATO DIAGRAMMI STATO E MATERIALIE MATERIALI(PAG 61 DEL LIBRO DI TESTO)1 ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE G. MARCONI TECNOLOGIE CHIMICHE INDUSTRIALICLASSE 3 ACHDEFINIZIONI:Sistema: porzione di materia che stiamo : porzione di materia distinguibile che prossiede propriet intensive uniformiSostanza pura: porzione di materia con un solo individuo chimico. Possono essere elementi o : porzione di materia costituito da due o pi sostanze pure. Se presenta pi fasi eterogeneo, se una fase omogeneo o soluzione. Se il miscuglio omogeno solido, si definisce : il numero di variabili sufficienti a definire lo stato del corso di chimica generale sono stati studiati i passaggi di stato di sostanze pure e sono stati sottolineati alcuni aspetti di notevole importanza: durante i passaggi di stato la temperatura si mantiene costante; durante i passaggi di stato viene comunque messa in gioco una quantit di energia per unit di materia costatente; la densit varia in particolare misura durante l'evaporazione-condensazione.

2 Questo rappresentato dalla curva sperimentale che mostra la variazione di temperatura nel tempo quando la sostanza sottoposta a riscaldamento (o raffreddamento)Al contrario, i miscugli omogenei durante i passaggi di stato la temperatura non costante (avviene in un range di temperature). Durante i passaggi di stato comunque messa in gioco una quantit di energia per unit di materia che dipende dalla composizione del miscuglio. Questo rappresentato dalla curva sperimentale che mostrala variazione di temperatura nel tempo quando la sostanza sottoposta a riscaldamento (o raffreddamento).DIAGRAMMA DI STATO Descrivono il comportamento di miscugli durante i passaggi di stato; Indicano il numero delle fasi, la composizione e la quantit ; Sono riferiti a pressione costante. Nel caso dei materiali di interesse tecnologico studiano il passaggio solido/liquido a pressione atmosferica.

3 Il diagramma riporta in ascissa la composizione del miscuglio (in % relativa tra i componenti) e in ordinata la temperatura. Sono rappresentati due ordinate (per esplicitare le temperature di fusione dei due componenti puri). Nel caso di un miscuglio solido riscaldato fino alla fusione, questa temperatura varier con la composizione della lega. La curva che congiunge le temperature di inizio fusione delle diverse composizioni della lega, si chiama curva di solidus. La fusione avverr entro un range di temperature ( un miscuglio!) fino ad una temperatura limite in cui tutto il solido fuso. La curva che congiunge le temperature di fine fusione della lega si chiama curva di liquidus. Sopra la zona di liquidus il miscuglio completamente liquido, sotto la curva di solidus il miscuglio completamente solido, tra le due cuurve coesistono solido e liquido.

4 Curve di solvus: rappresentano i limiti di solubilit dei due componenti. Nel diagramma avremo nel solido zone monofasiche (i componenti sono completamente solubili fra loro), a solidi dove osserviamo due diverse fasi (una fase costituita da A sciolto in B e una fase opposta).DIAGRAMMA DI STATOL inee di corrispondenza: sono rette isoterme che collegano due punti coniugati sulle curve di solidus e liquidus. Danno le composizioni del liquido e del solido in equilibrio fra loro. Si osservi come la fase liquida sia pi ricca del componente bassofondente rispetto al solido. Le rispettive composizioni si leggono sull' la regola della leva possiamo conoscere anche le quantit delle due diverse fasi. Si risolve il problema graficamente mettendo a sistema il bilancio di materia con il rapporto dei due bracci della leva (CsC0 e C0CL).A=L+SL*C0CL=S*CsC0 Curve di liquidus: AE e E fino a ordinata di di solidus: AB, BE, EG, G fino alla ordinata di di solvus:BC e GH.

5 = soluzione solida di Ag nel rame = soluzione solida di Cu nell'argento Eutettico (E) o composizione eutettica: la lega si comporta come una sostanza pura e cambia stato di aggregazione a temperatura costante. Punto a varianza zero. La temperatura di fusione inferiore a quella dei due componenti puri. Eutettoide: punto nel diagramma di stato a varianza zero all'interno della fase solida. Rappresenta il punto di minima solubilit tra due fasi solide. Peritettico: punto nel diagramma di stato a varianza zero tra la fase liquida e due o pi fasi DI STATO FERRO CARBONIOS erve per comprendere le caratteristiche degli acciai e delle carbonio fa con il Fe soluzioni interstiziali (sia nei reticoli CCC che CFC) oppure si lega in composti (carburo di ferro o cementite Fe3C, con il 6,67% di C).Il diagramma usato in realt Fe/cementite, ma la composizione sempre espressa in % C.

6 La temperatura del grafico raggiunge i 1600 C, oltre la quale tutti i componenti sono presenti le varie forme allotropiche del Fe: alfa (CCC) fino 911 C (sopra i 769 diventa paramagnetico), gamma (CFC) fino a 1394 C e delta (CCC ma con lato della cella elementare pi lungo) fino alla CEMENTITE un composto intermetallico duro e fragile, costituito da ferro (93,33% in peso) e carbonio (6,67% in peso). Dal punto di vista chimico si tratta, quindi, di un carburo di ferro indicato con il simbolo Fe3C. La cementite uno dei costituenti degli acciai. Generalmente si considerano gli acciai come leghe ferro-carbonio, ma pi correttamente andrebbero definiti come leghe "metastabili" ferro-cementite; la cementite infatti pu decomporsi, sotto certe condizioni, nelle fasi pi stabili di ferro e grafite, ma per la maggior parte delle condizioni pratiche il Fe3C molto stabile. La presenza negli acciai di cementite promuove un aumento delle propriet meccaniche di durezza e resistenza, ma di contro favorisce un comportamento fragile della - soluzione solida interstiziale composta da ferro alfa e carbonio.

7 La struttura normale degli acciai alla temperatura ambiente. Presenta propriet magnetiche che perde ad alte temperature quando diviene 'AUSTENITE una soluzione solida di tipo interstiziale di carbonio nel ferro (il quale presenta un reticolo cubico a facce centrate o "CFC"). L'austenite stabile solo ad alta temperatura (sopra i 723 C) fino al punto di fusione (1495 C con un tenore in peso di carbonio dello 0,17%), non ha propriet magnetiche e pu contenere al massimo il 2,06% in peso di carbonio alla temperatura di 1148 C. A seconda della modalit di raffreddamento, l'austenite si trasforma in perlite, bainite o martensite. Questa trasformazione ha un'importanza chiave nella tempra dell' presenza nella soluzione solida, oltre al ferro e al carbonio, di altri metalli in lega modifica la temperatura minima per ottenere l'austenite. Il molibdeno, il cromo e il silicio tendono a innalzarla, mentre il manganese e il nichel tendono ad abbassarla.

8 Nel caso di alcuni acciai inossidabili, detti acciai inossidabili austenitici, l'austenite stabile a temperatura la martensite una struttura cristallina che si forma partendo dall'austenite delle leghe ferro-carbonio, in seguito ad un rapido raffreddamento ha una grande quantit di carbonio presente nel ferro ( ). Ci succede perch il carbonio presente nel reticolo cubico non riesce ad uscire visto il rapido raffreddamento. PERLITE: La perlite una struttura caratteristica delle leghe ferro-carbonio (leghe con tenore di carbonio inferiore al 2,06% in peso, note come acciai). costituita da un aggregato lamellare di ferrite e cementite, ottenuto dalla trasformazione diretta dell'austenite per microstruttura della perlite caratterizzata dall'alternarsi regolare di lamelle. Nel caso della perlite, ad alternarsi sono la ferrite e la cementite. La perlite inizia a formarsi sul bordo dei grani austenitici con la nucleazione di un cristallo di ferrite.

9 Il carbonio presente viene espulso dal nucleo di ferrite e lo spazio circostante ne risulta pertanto pi ricco. Questo dar quindi origine a dei nuclei di cementite che affiancano il nucleo ferritico. I nuclei si accresceranno fino ad occupare tutto l'ex grano austenitico. Le lamelle che si formano non hanno per una precisa orientazione, grazie alla diversa orientazione dei bordi grano da cui nucleano. Il materiale risulta pertanto la sorbite una struttura cristallina che si ottiene portando la martensite a circa 500 C, raffreddandola in modo lento. Questa struttura presenta una buona durezza ma anche una discreta resilienza, inoltre ha una buona resistenza a trazione. la struttura pi ricorrente negli acciai da ricostruzione (o bonificati).DIAGRAMMA DI STATO FERRO CARBONIOPUNTI NOTEVOLI DEL DIAGRAMMA (presenza di tre fasi contemporanee: Punto eutettoide S, 0,77% di C e 727 C; Punto eutettico C al 4,30% di Ce 1147 C; Punto peritettico J, al 0,17% di C e 1493 C;Aree notevoli del grafico (una fasi) La linea di liquidus contrassegnata CBA e CD; Ferro delta delimitato dalle linee di solidus HA e di solvus HN; Ferrite (Fe alfa e C) delimitata dalla curva di solvus PG e PQ; Austenite (Fe gamma e C), delimitata dalla curva di solvus JN, GS, SE e dalla curva di solidus EJ Le altre zone del grafico presentano due fasiDIAGRAMMA DI STATO FERRO CARBONIO Raffreddiamo una lega austennica partendo da P1.)

10 Raggiunge il punto S senza incontrare la curva si solvus GS. Al punto S l'austenite (una fase) diventa perlite (bifasica), ferrite + cementite. La composizione della ferrite la leggiamo sulla curva PQ, quella della cementite sulla ordinata di destra. La traformazione austenite cemetnite isotermica (punto eutettoide). Se la linea del raffreddamento incrocia la curva GS (P2) si separa la ferrite dall'austenute e si forma una struttura bisasica austenite /ferrite. La composizione della ferrite sulla curva GP, quella della austenite sulla GS. Sotto la linea PS si forma la perlite e scompare l'austenite. Se la linea di raffreddamento incrocia la curva ES (P3), si forma cementite e il sistema bifasico (austenite e cementite). La composizione della austenite sulla curva ES, la cementite sulla ordinata di destra. Analoghi ragionamenti si possono fare partendo dal liquido, in coprrispondenza dell'eutettico C o della curva BCCLASSIFICAZIONE DEI MATERIALIMETALLI E LEGHEF erro e acciaiAlluminio e sue legheRame e sue legheNichel e sue legheTitanio e sue lgheSINTETICIT ermoplasticiTermoindurentiElastomeriFibr eMATERIALI COMPOSITIF ibra di VetroFibra di Carbonio rinforzataPolimeri rinforzatiAbbinamenti metallo/ceramicoAbbinamenti Metallo/plasticaMATERIALI CERAMICI E VETROM agnesiaAlluminaSilice e vetri silicatiCarburo di silicioNitruro di SilicioCementiNATURALIL egnoGomme naturaliPelle cuoioFibre naturali (cotone,Lana, seta, lino, ecc)POLIMERINANOMATERIALI(NANOTECNOLOGIE )CARATTERISTICHE DEI MATERIALILa scienza dei materiali studia le relazioni tra prestazioni di un materiale (resistenza meccanica, comportamento chimico, degradabilit e/o riciclabilit , propriet elettriche e termiche)