Cos'è diagramma ferro carbonio?

Diagramma Ferro-Carbonio

Il diagramma ferro-carbonio è una rappresentazione grafica delle fasi e delle microstrutture che si formano nelle leghe ferro-carbonio (acciai e ghise) a diverse temperature e composizioni. È uno strumento fondamentale per comprendere il trattamento termico e le proprietà di questi materiali.

Fasi principali:

• Ferro α (Ferrite): Soluzione solida interstiziale di carbonio nel ferro con struttura cristallina cubica a corpo centrato (BCC). Ha una solubilità limitata di carbonio (massimo 0.022% a 727°C). È duttile e malleabile. [https://it.wikiwhat.page/kavramlar/Ferrite]

• Ferro γ (Austenite): Soluzione solida interstiziale di carbonio nel ferro con struttura cristallina cubica a facce centrate (FCC). Ha una solubilità maggiore di carbonio rispetto alla ferrite (massimo 2.11% a 1147°C). È duttile e tenace ad alte temperature. [https://it.wikiwhat.page/kavramlar/Austenite]

• Ferro δ (Delta ferrite): Soluzione solida interstiziale di carbonio nel ferro con struttura cristallina cubica a corpo centrato (BCC), stabile solo ad alte temperature (sopra i 1394°C). La solubilità massima di carbonio è 0.09% a 1495°C.

• Cementite (Fe3C): Carburo di ferro, un composto intermetallico con formula Fe3C. Contiene il 6.67% di carbonio in peso. È estremamente dura e fragile. [https://it.wikiwhat.page/kavramlar/Cementite]

• Grafite (C): Carbonio puro nella sua forma allotropica più stabile. Si forma in alcune ghise a seguito di trattamenti termici specifici o per la presenza di elementi che favoriscono la grafitizzazione (es. silicio).

Reazioni invarianti importanti:

• Reazione eutettoide (727°C, 0.76% C): Austenite → Ferrite + Cementite. La miscela eutettoide di ferrite e cementite è chiamata Perlite. [https://it.wikiwhat.page/kavramlar/Perlite]

• Reazione eutettica (1147°C, 4.3% C): Liquido → Austenite + Cementite. La miscela eutettica di austenite e cementite è chiamata Ledeburite. [https://it.wikiwhat.page/kavramlar/Ledeburite]

• Reazione peritettica (1495°C, 0.16% C): Liquido + Ferro δ → Austenite

Classificazione degli acciai e delle ghise:

• Acciai: Leghe ferro-carbonio con contenuto di carbonio inferiore al 2.11%.

  • Acciai ipoeutettoidi: Contenuto di carbonio inferiore allo 0.76%. Microstruttura composta da ferrite e perlite.
  • Acciai eutettoidi: Contenuto di carbonio pari allo 0.76%. Microstruttura interamente perlite.
  • Acciai ipereutettoidi: Contenuto di carbonio compreso tra 0.76% e 2.11%. Microstruttura composta da perlite e cementite secondaria.

• Ghise: Leghe ferro-carbonio con contenuto di carbonio superiore al 2.11%.

  • Ghise bianche: Contengono carbonio principalmente sotto forma di cementite. Sono dure e fragili.
  • Ghise grigie: Contengono carbonio sotto forma di grafite lamellare. Hanno buone proprietà di smorzamento delle vibrazioni.
  • Ghise sferoidali (o duttili): Contengono carbonio sotto forma di grafite sferoidale. Sono più resistenti e duttili delle ghise grigie.
  • Ghise malleabili: Ottenute da ghise bianche tramite trattamenti termici che trasformano la cementite in grafite in forma nodulare.

Utilizzo del diagramma ferro-carbonio:

Il diagramma ferro-carbonio consente di:

• Prevedere le fasi presenti in una lega ferro-carbonio a una determinata temperatura.
• Determinare le temperature di trattamento termico per ottenere le microstrutture desiderate.
• Comprendere l'effetto del carbonio sulle proprietà meccaniche delle leghe ferro-carbonio.
• Selezionare la lega appropriata per una specifica applicazione.