Industria fusorria_3 2015

tecnico
Il maggior campo d’applicazione
di questi materiali è naturalmente
l’industria meccanica:
vengono impiegati nella produzione
di portasatelliti, componenti
per le sospensioni veicolari,
componenti per sistemi di
frenata, ingranaggi, alberi a gomiti,
corone e svariati altri
componenti nel settore automotive,
ferroviario, movimento
terra, escavazione ed equipaggiamenti
agricoli |2, 5|.
AUSTEMPERING
Il trattamento termico di austempering
prevede inizialmente
il riscaldamento e mantenimento
del materiale ad una
temperatura di austenitizzazione
superiore, di norma, agli
850°C, cui segue un rapido raffreddamento
in un bagno di sali
fusi ad una temperatura compresa
solitamente tra 230 e
400°C. In questo intervallo di
temperatura, avvengono le
principali trasformazioni microstrutturali
che, in base alla
durata del trattamento, si possono
suddividere in due stadi
|1, 3, 4, 6|.
• Nel primo stadio si verifica la
trasformazione dell’austenite
instabile in una struttura lamellare
costituita da ferrite
aciculare ed austenite sovrassatura
di carbonio; dal bordo
grano austenitico infatti, essendo
una zona instabile, iniziano
a formarsi i primi agglomerati
o grani di ferrite aciculare,
mentre il carbonio, eliminato
dalla stessa ferrite, tende
invece ad essere riassorbito
dall’austenite, che così si stabilizza.
• Per un tempo di trattamento
sufficientemente lungo, si attiva
il secondo stadio di reazione
dove l’austenite sovrassatura
si trasforma in una struttura
fine di austenite e carburi
di ferro, comunemente noti
come carburi epsilon, che, assieme
alla ferrite aciculare,
concorreranno alla formazione
della bainite completando
così le possibili trasformazioni
microstrutturali.
Se il processo appena descritto
viene arrestato quando il fenomeno
di migrazione del carbonio
dalla ferrite all’austenite si è
realizzato in tutta la struttura,
si ottiene la particolare struttura
ausferritica tipica delle ADI
(Fig. 3) che garantisce le eccellenti
proprietà meccaniche e
tecnologiche di questo materiale
|2, 3, 6|.
Le proprietà delle ADI possono
essere modificate variando
sia la composizione chimica sia
i parametri di processo, in particolare,
la durata dei trattamenti
e le temperature di austenitizzazione
e del bagno di
sali |1|; proprio queste ultime
assumono il ruolo di variabili
critiche dell’intero trattamento
avendo una notevole influenza
sulla microstruttura finale
e, di conseguenza, sulle
proprietà meccaniche. È quindi
chiara l’importanza di avere a
disposizione degli strumenti e
delle tecniche adatte ad affrontare
uno studio microstrutturale
completo così da poter
stimare a priori l’entità delle
prestazioni meccaniche.
Tecniche e metodi
di indagine
microstrutturale
Le fasi principali presenti nelle
ghise ADI sono la grafite, la ferrite
aciculare e l’austenite stabilizzata
con un alto contenuto
di carbonio. Altre fasi che tuttavia
si possono trovare sono la
martensite (dopo brevi tempi
di trattamento) e i carburi epsilon
(che precipitano in tempi
lunghi di trattamento). Nell’ottica
di una corretta caratterizzazione
microstrutturale per
trattamenti che ricadono all’interno
della “finestra di processo”
descritta in Fig. 3, è importante
individuare e quantificare
correttamente le tre fasi principali
(austenite, ferrite, grafite) e
la loro evoluzione.
A questo scopo possono essere
adottate varie tecniche cosiddette
“convenzionali”, tra le
quali: microscopia ottica, affiancata
alle tecniche di analisi di
immagine per identificare e
quantificare la grafite e la ferrite,
e la diffrazione a raggi X (X-
Ray Diffraction, XRD) per valutare
il contenuto di austenite.
Fig. 3 - Evoluzione microstrutturale di una ghisa sferoidale durante il trattamento termico
di austempering |7|.
Allo studio di quest’ultima fase
si prestano molto bene anche
tecniche di indagine di sviluppo
più recente; si segnala, tra le
tecniche “innovative”, la diffrazione
da elettroni retrodiffusi
(Electron Back-Scattered Diffraction,
EBSD).
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Industria Fusoria 3/2015