Metallurgia - Principi generali

Indice generale

Prefazione alla seconda edizione

viii

Prefazione alla prima edizione

ix

Apparizione dei primi metalli

1

1. Inquadramento cronologico e geografico

1

2. Apparizione dei primi metalli

4

3. Cenni sulla riduzione dei primi materiali

6

4. L’alligazione

8

5. Le antiche tecnologie 6. I primordi della siderurgia

9 11

6.1. Il processo di riduzione

11

6.2. Effetti della comparsa del ferro

12

6.3. La diffusione della siderurgia presso gli etruschi

13

Capitolo 1. Richiami introduttivi e di metallurgia di processo

17

1.1. Richiami introduttivi

17

1.1.1. Sistemi chimici

17

1.1.2. Energia libera e affinit` a

20

1.1.3. Equilibri chimici

23

1.2. Breve trattazione della metallurgia di processo

32

1.2.1. Materie prime e operazioni preliminari

33

1.2.2. Trattamenti preliminari dei minerali

37

1.2.3. Operazioni metallurgiche per via termica

38

1.2.4. Idrometallurgia

48

1.2.5. Trattamento di sali fusi

49

1.2.6. Raffinazione

51

1.2.7. Colata del metallo e solidificazione

55

Capitolo 2. Cenni di fisica dei metalli

59

2.1. Metalli e leghe di solidificazione

59

2.2. Reticoli cristallini

63

2.2.1. Aggregazione di atomi

63

2.2.2. Forme cristalline

64

2.2.3. Celle elementari di maggior interesse ai fini pratici

65

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2.2.4. Definizione dei piani cristallografici 2.2.5. Difetti reticolari 2.3. L’effetto dell’aggiunta di un secondo elemento alla struttura di un metallo

Indice generale v

68 69 71

2.3.1. Soluzioni solide

71

2.3.2. Composti intermetallici e interstiziali

72

2.3.3. Fenomeni di diffusione

75

2.4. Cenni sulla teoria delle dislocazioni

75

2.4.1. Deformazione dei reticoli cristallini

75

2.4.2. Definizione e tipi di dislocazione

76

2.4.3. Cenni sulla teoria

77

2.5. Cenni sui meccanismi di rafforzamento

81

2.6. Trasformazioni allo stato solido

83

2.6.1. Trasformazioni polimorfe

84

2.6.2. Ricristallizzazione e ingrossamento del grano

85

Capitolo 3. Diagrammi di stato delle leghe metalliche

87

3.1. Regole generali per l’interpretazione dei diagrammi di stato

88

3.2. Introduzione ai diagrammi di stato delle leghe binarie

90

3.2.1. Caso della completa miscibilit`a allo stato solido

90

3.2.2. Caso della parziale miscibilit` a allo stato solido

93

3.2.3. Caso della parziale miscibilit` a con trasformazione peritettica

97

3.2.4. Caso della completa immiscibilit`a allo stato solido

98

3.2.5. Caso della formazione di composti intermetallici

99

3.2.6. Caso della esistenza di ulteriori modificazioni 3.3. Diagrammi di stato con pi` u di due componenti

101 101

3.3.1. Diagrammi di stato ternari

102

3.4. Tracciamento dei diagrammi di stato

104

3.5. Diagrammi di stato di particolare interesse metallurgico

106

3.5.1. Leghe dell’alluminio

107

3.5.2. Leghe del rame

108

3.5.3. Leghe del ferro

118

3.5.4. Leghe del nichel

128

3.6. Diagramma ferro carbonio

129

3.6.1. Descrizione dei fenomeni al raffreddamento di leghe con C < 2,11%

131

3.6.2. Descrizione dei fenomeni al raffreddamento di leghe con C=2,11 % ≤ C≤ 6,69 %

135

3.6.3. Fasi e costituenti delle leghe Fe-C

137

3.6.4. Propriet` a dei costituenti del diagramma Fe-C, e degli acciai allo stato ricotto

138

Capitolo 4. Trattamenti termici 4.1. Generalit` a 4.1.1. Punti critici: le temperature di trasformazione degli acciai

141 141 141

4.1.2. Influenza della velocit` a di raffreddamento

143

4.1.3. Le curve di Bain (o curve isoterme)

144

4.1.4. Le curve di trasformazione anisoterma dell’austenite

150

vi

Indice generale

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4.1.5. La temprabilit` a degli acciai 4.1.6. Le strutture degli acciai 4.2. Trattamenti termici di interesse applicativo

153 155 168

4.2.1. Trattamenti che prevedono un riscaldamento a temperature superiori ai punti critici

168

4.2.2. Trattamenti che avvengono senza variazioni di fasi

174

4.2.3. Trattamenti termici particolari

177

4.2.4. Trattamenti termochimici di diffusione

182

Capitolo 5. Metodi di studio e controllo dei materiali metallici 5.1. Propriet` a chimiche

189 189

5.1.1. Composizione chimica

189

5.1.2. Corrosione

190

5.2. Propriet` a fisiche

191

5.3. Caratteristiche meccaniche

191

5.3.1. Prova di resistenza alla trazione

191

5.3.2. Prova di resistenza alla compressione

201

5.3.3. Prova di resistenza alla flessione

201

5.3.4. Prova di resistenza alla torsione

202

5.3.5. Prove di scorrimento a caldo

202

5.3.6. Prove di durezza

203

5.3.7. Prove di resistenza all’urto su barretta intagliata

210

5.3.8. Prove di resistenza alla fatica

214

5.3.9. Prove di carattere tecnologico

218

5.3.10. Osservazioni sul controllo qualitativo dei materiali metallici

221

5.4. Esami metallografici

227

5.4.1. Esami macroscopici

228

5.4.2. Microscopia ottica

229

5.4.3. Microscopia elettronica

233

5.5. Controlli non distruttivi 5.5.1. Controlli radiografici e gammagrafici

237 238

5.5.2. Controlli con ultrasuoni

239

5.5.3. Controlli magnetoscopici

240

5.5.4. Controlli con correnti indotte

241

5.5.5. Controlli con liquidi penetranti

242

Capitolo 6. Fenomeni metallurgici particolari 6.1. La fatica

243 244

6.1.1. Difetti e anomalie interne presenti nei metalli e nelle loro leghe

244

6.1.2. Difetti superficiali

246

6.1.3. Comportamento dei metalli tecnici alle sollecitazioni di fatica

248

6.1.4. Possibilit` a di ridurre la frequenza delle rotture a fatica in esercizio

250

6.1.5. Cenni sui criteri pratici per la scelta di materiali resistenti alla fatica

253

6.2. La fragilit` a 6.2.1. Cenni storici sulle principali rotture per fragilit` a verificatesi nelle costruzioni in acciaio

255 255

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6.2.2. 6.2.3. 6.2.4. 6.2.5.

Rotture tenaci e rotture fragili Il fenomeno della transizione La temperatura di transizione Fattori che favoriscono la frattura fragile

Indice generale vii

257 259 261 262

6.2.6. Altri tipi di prove di fragilit` a 6.2.7. Cenni sui criteri pratici per la scelta dei materiali con pericolo di rotture fragili 6.3. Lo scorrimento viscoso 6.3.1. Generalit` a sul fenomeno dello scorrimento viscoso 6.3.2. Risultati d’interesse applicativo

274 277 278 278 279

6.3.3. Altre prove meccaniche effettuate ad alta temperatura 6.3.4. Influenza dei fattori metallurgici sul limite di scorrimento 6.3.5. Cenni sui criteri di scelta dei materiali per impieghi a temperature elevate 6.4. La corrosione e l’ossidazione 6.4.1. Processi di corrosione 6.4.2. La passivazione dei metalli 6.4.3. Fattori che influenzano la corrosione 6.4.4. Accorgimenti per limitare i pericoli di corrosione

284 284 286 286 287 292 295 298

6.4.5. Alcuni aspetti morfologici della corrosione 6.4.6. Corrosione ad alta temperatura 6.5. L’usura 6.5.1. Metodi di misura e di indagine

299 307 314 315

6.5.2. Tipi di usura 6.5.3. Mezzi per incrementare la resistenza all’usura 6.5.4. Cenni sui criteri pratici per la scelta di materiali resistenti all’usura

317 325 326

Bibliografia

329

Indice analitico

337