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Nella sua forma pura, il ferro è morbido e generalmente non utile come materiale di ingegneria. Il metodo principale per rafforzarlo è l’aggiunta di piccole quantità di carbonio e convertirlo in acciaio [continua]
Nella sua forma pura, il ferro è morbido e generalmente non utile come materiale di ingegneria.
Il metodo principale per rafforzarlo è l’aggiunta di piccole quantità di carbonio e convertirlo in acciaio (come dimostrato nel diagramma ferro-carbonio).
Nell’acciaio solido, il carbonio si trova generalmente in due forme.
O è in soluzione solida in austenite e ferrite o si trova come un metallo duro.
La forma del carburo può essere il carburo di ferro (Fe3C, noto come cementite), oppure può essere un carburo di un elemento di lega come il titanio. (D’altra parte, nel ferro grigio, il carbonio appare come scaglie o grappoli di grafite, a causa della presenza di silicio, che sopprime la formazione di carburo.)
Gli effetti del carbonio sono meglio illustrati da un diagramma di equilibrio ferro-carbonio.
La linea A-B-C rappresenta i punti del liquidus (cioè le temperature alle quali il ferro fuso inizia a solidificarsi) e la linea H-J-E-C rappresenta i punti del solidus (a cui la solidificazione è completata).
La linea A-B-C indica che le temperature di solidificazione diminuiscono all’aumentare del contenuto di carbonio di una fusione di ferro. (Questo spiega perché il ferro grigio, che contiene oltre il 2% di carbonio, viene lavorato a temperature molto più basse dell’acciaio.)
L’acciaio fuso contenente, ad esempio, un contenuto di carbonio dello 0,77% (mostrato dalla linea tratteggiata verticale nella figura) inizia solidificare a circa 1.475 ° C (2.660 ° F) ed è completamente solido a circa 1.400 ° C (2.550 ° F). Da questo punto in poi, i cristalli di ferro sono tutti in una disposizione austenitica, cioè FCC, e contengono tutto il carbonio in soluzione solida. Raffreddandosi ulteriormente, si verifica un cambiamento drammatico a circa 727 ° C (1.341 ° F) quando i cristalli di austenite si trasformano in una sottile struttura lamellare costituita da piastrine alternate di ferrite e carburo di ferro.
Leggi anche: Acciaio e le sue proprietà
Questa microstruttura si chiama perlite e il cambiamento si chiama trasformazione eutectoidica.
La perlite ha una durezza piramidale al diamante (DPH) di circa 200 chilogrammi di forza per millimetro quadrato (285.000 libbre per pollice quadrato), rispetto a un DPH di 70 chilogrammi di forza per millimetro quadrato per ferro puro.
Il raffreddamento di acciaio con un contenuto di carbonio inferiore (ad esempio 0,25 percento) determina una microstruttura contenente circa il 50 percento di perlite e il 50 percento di ferrite; questo è più morbido della perlite, con un DPH di circa 130.
L’acciaio con oltre lo 0,77 percento di carbonio, ad esempio l’1,05 percento, contiene nella sua microstruttura la perlite e la cementite; è più duro della perlite e può avere un DPH di 250.
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