[Tecnologia Meccanica] Diagramma fasi lega binaria
Buongiorno,
una domanda forse banale, in letteratura non ho trovato (potrebbe essere una mia mancanza) un diagramma delle fasi per una lega binaria parzialmente miscibile allo stato solido e completamente miscibile allo stato liquido senza eutettico, è una situazione impossibile? Se si sapete spiegarmi x quale motivo?
Personalmente ho trovato sempre una configurazione di questo tipo:
quindi con eutettico.
Approfitto per fare un altra domanda ... se non ho capito male per sottoraffreddamento si intende il processo per il quale si porta il fuso a una temperatura prossima o inferiore (più o meno a seconda dei casi) a quella di fusione (è così?).
Inoltre (sempre se non ho capito male) la velocità di raffreddamento (da cui dipende poi la struttura microscopica del prodotto finito e quindi le proprietà del materiale) dipende solo ed esclusivamente dalla temperatura di sottoraffreddamento?
Grazie
una domanda forse banale, in letteratura non ho trovato (potrebbe essere una mia mancanza) un diagramma delle fasi per una lega binaria parzialmente miscibile allo stato solido e completamente miscibile allo stato liquido senza eutettico, è una situazione impossibile? Se si sapete spiegarmi x quale motivo?
Personalmente ho trovato sempre una configurazione di questo tipo:
quindi con eutettico.
Approfitto per fare un altra domanda ... se non ho capito male per sottoraffreddamento si intende il processo per il quale si porta il fuso a una temperatura prossima o inferiore (più o meno a seconda dei casi) a quella di fusione (è così?).
Inoltre (sempre se non ho capito male) la velocità di raffreddamento (da cui dipende poi la struttura microscopica del prodotto finito e quindi le proprietà del materiale) dipende solo ed esclusivamente dalla temperatura di sottoraffreddamento?
Grazie
Risposte
Ciao,
allora, per la prima domanda, posso portarti l’esempio di un’altra situazione in cui non c’è l’eutettico: per esempio, esiste un’altra orizzontale chiamata “peritettico”.
Il sottoraffreddamento è la differenza di temperatura tra la temperatura a cui è portato il corpo raffreddato e quella in cui inizia la solidificazione (per le leghe metalliche, non esiste un’unica temperatura in cui c’è il cambio di fase, ma esso avviene a cavallo di un intervallo di temperature).
La velocità di raffreddamento dipende dal sottoraffreddamento, ma non solo: il fluido che viene usato per il raffreddamento incide molto. Puoi avere aria o olio alla stessa temperatura, ma con uno o con l’altro, il metallo si raffredda a velocità diverse. In pratica, contano anche le proprietà termodinamiche di trasmissione del calore del fluido di raffreddamento.
allora, per la prima domanda, posso portarti l’esempio di un’altra situazione in cui non c’è l’eutettico: per esempio, esiste un’altra orizzontale chiamata “peritettico”.
Il sottoraffreddamento è la differenza di temperatura tra la temperatura a cui è portato il corpo raffreddato e quella in cui inizia la solidificazione (per le leghe metalliche, non esiste un’unica temperatura in cui c’è il cambio di fase, ma esso avviene a cavallo di un intervallo di temperature).
La velocità di raffreddamento dipende dal sottoraffreddamento, ma non solo: il fluido che viene usato per il raffreddamento incide molto. Puoi avere aria o olio alla stessa temperatura, ma con uno o con l’altro, il metallo si raffredda a velocità diverse. In pratica, contano anche le proprietà termodinamiche di trasmissione del calore del fluido di raffreddamento.
Grazie per i chiarimenti, in pratica il sottoraffreddamento è la differenza tra la $T_(liquidus)$ (quella del diagramma delle fasi) e la T alla quale viene fatto il raffreddamento vero e proprio, in un processo reale però non credo venga controllata questa temperatura ma solo la velocità di raffreddamento e la temperatura finale (come dicevi tu dipende dal mezzo con cui togli calore, o in aria, olio, ecc..).
Un'altra cosa per favore, faccio fatica a capire cosa si intende con lega parzialmente miscibile allo stato solido ... un altro esempio può essere questo di seguito:
di fatto non ho una completa miscibilità delle fasi allo stato solido, quindi può ritenersi una lega con parziale miscibilità allo stato solido? Credo che per definizione questa casistica rientri come terminologia nelle leghe non miscibili allo stato solido, ma non ne sono sicuro
Altra domanda (mi ritrovo le dispense scritte per me male e ho poco tempo per controllare la miriade di informazioni che si riescono a reperire online) ... la trasformazione eutettica per una lega binaria di fatto (sempre se non ho capito male) avviene così:
- abbiamo una lega binaria A e B in una particolare percentuale di composizione allo stato liquido (ad esempio $T_A>T_B$ sono le rispettive temperature di fusione degli elementi che compongono la lega)
- raffreddiamo fino alla $T_e$ temperatura eutettica
- iniziano a nucleare i grani di A facendo "repulsione" su gli atomi di B che sono ancora liquidi, questi si addensano e iniziano a nucleare e formare grani di B
- a temperatura costante avviene il passaggio di stato riportando la lega allo stato solido senza fasi intermedie e senza una transizione (liquido-solida)
E' così o sto scrivendo una miriade di cavolate? grazie ancora
Un'altra cosa per favore, faccio fatica a capire cosa si intende con lega parzialmente miscibile allo stato solido ... un altro esempio può essere questo di seguito:
di fatto non ho una completa miscibilità delle fasi allo stato solido, quindi può ritenersi una lega con parziale miscibilità allo stato solido? Credo che per definizione questa casistica rientri come terminologia nelle leghe non miscibili allo stato solido, ma non ne sono sicuro
Altra domanda (mi ritrovo le dispense scritte per me male e ho poco tempo per controllare la miriade di informazioni che si riescono a reperire online) ... la trasformazione eutettica per una lega binaria di fatto (sempre se non ho capito male) avviene così:
- abbiamo una lega binaria A e B in una particolare percentuale di composizione allo stato liquido (ad esempio $T_A>T_B$ sono le rispettive temperature di fusione degli elementi che compongono la lega)
- raffreddiamo fino alla $T_e$ temperatura eutettica
- iniziano a nucleare i grani di A facendo "repulsione" su gli atomi di B che sono ancora liquidi, questi si addensano e iniziano a nucleare e formare grani di B
- a temperatura costante avviene il passaggio di stato riportando la lega allo stato solido senza fasi intermedie e senza una transizione (liquido-solida)
E' così o sto scrivendo una miriade di cavolate? grazie ancora
Per la prima domanda, sì: è una lega con cosiddetta “parziale miscibilità” alla stato solido. Infatti puoi riconoscere più fasi (A o B ed E).
Una fase è una porzione del totale contraddistinta dalle stesse proprietà chimiche e stesso stato fisico, che sono diverse tra A (o B) ed E, che quindi sono fasi diverse e si dicono “parzialmente miscibili”.
Per la trasformazione eutettica:
1) parti dal liquido, che è una fase sola, perciò A e B sono totalmente disciolti e formano una sola fase; facciamo il caso che si abbiamo percentuali di A e B tali da trovarsi sopra al Liquidus (linea che segna l’inizio della solidificazione) di A.
2) cominci a raffreddare (ti muovi verticalmente verso il basso) e incontri la linea del Liquidus;
3) in quel momento, A comincia a solidificare, mentre B rimane liquido;
4) continuando il raffreddamento, si arriva alla orizzontale eutettica, che è anche la linea del Solidus (linea che segna il termine della solidificazione) per A, cioè la parte di A che c’era nel liquido è ora totalmente solida, mentre B è rimasto liquido. Il cambio di fase di A è avvenuto a temperatura non costante. Quindi ora hai A solido + B liquido;
5) passando l’orizzontale eutettica, tutto il B liquido si trasforma a temperatura costante nel solido eutettico, costituito a sua volta da una percentuale di A e una di B, che calcoli con la regola della leva sapendo in che posizione è la verticale di raffreddamento che hai seguito.
Lo stesso discorso vale se fossi partito con una percentuale di A tale da trovarti, nel liquido, sopra al Liquidus di B: solidificava prima B al passaggio del Liquidus, poi all’eutettico A liquido si trasformava nel solido eutettico.
Una fase è una porzione del totale contraddistinta dalle stesse proprietà chimiche e stesso stato fisico, che sono diverse tra A (o B) ed E, che quindi sono fasi diverse e si dicono “parzialmente miscibili”.
Per la trasformazione eutettica:
1) parti dal liquido, che è una fase sola, perciò A e B sono totalmente disciolti e formano una sola fase; facciamo il caso che si abbiamo percentuali di A e B tali da trovarsi sopra al Liquidus (linea che segna l’inizio della solidificazione) di A.
2) cominci a raffreddare (ti muovi verticalmente verso il basso) e incontri la linea del Liquidus;
3) in quel momento, A comincia a solidificare, mentre B rimane liquido;
4) continuando il raffreddamento, si arriva alla orizzontale eutettica, che è anche la linea del Solidus (linea che segna il termine della solidificazione) per A, cioè la parte di A che c’era nel liquido è ora totalmente solida, mentre B è rimasto liquido. Il cambio di fase di A è avvenuto a temperatura non costante. Quindi ora hai A solido + B liquido;
5) passando l’orizzontale eutettica, tutto il B liquido si trasforma a temperatura costante nel solido eutettico, costituito a sua volta da una percentuale di A e una di B, che calcoli con la regola della leva sapendo in che posizione è la verticale di raffreddamento che hai seguito.
Lo stesso discorso vale se fossi partito con una percentuale di A tale da trovarti, nel liquido, sopra al Liquidus di B: solidificava prima B al passaggio del Liquidus, poi all’eutettico A liquido si trasformava nel solido eutettico.
Avevo dubbi che l immagine del secondo mio post riguardasse una lega non miscibile allo stato solido (infatti allo stato solido a prescindere dalla composizione ho sempre una situazione con doppia fase allo stato solido) mentre invece credevo che il grafico del primo post sia una lega parzialmente miscibile (per composizioni vicino al 100% A (o B) allo stato solido abbiamo lega a un unica fase $alpha$ (o $beta$)).
Per l eutettico (in corrispondenza della composizione di lega eutettica) ho letto di un meccanismo analogo a quello indicato nel mio secondo messaggio ... è plausibile una cosa del genere credo
Per l eutettico (in corrispondenza della composizione di lega eutettica) ho letto di un meccanismo analogo a quello indicato nel mio secondo messaggio ... è plausibile una cosa del genere credo
Ciao,
scusami, riguardo il primo paragrafo che scrivi nell’ultimo messaggio, hai ragione su tutto.
Nel risponderti mi ero confuso su quale grafico discutere.
Quindi, confermo che quello del primo messaggio è a parziale miscibilità, mentre il secondo a completa immiscibilità.
scusami, riguardo il primo paragrafo che scrivi nell’ultimo messaggio, hai ragione su tutto.
Nel risponderti mi ero confuso su quale grafico discutere.
Quindi, confermo che quello del primo messaggio è a parziale miscibilità, mentre il secondo a completa immiscibilità.
"Thememe1996":
Ciao,
scusami, riguardo il primo paragrafo che scrivi nell’ultimo messaggio, hai ragione su tutto.
Nel risponderti mi ero confuso su quale grafico discutere.
Quindi, confermo che quello del primo messaggio è a parziale miscibilità, mentre il secondo a completa immiscibilità.
non ti preoccupare, incomprensione chiarita. Grazie!
Approfitto della discussione per chiarire altri dubbi riguardanti trattamenti termici.
INVECCHIAMENTO
L'invecchiamento (o indurimento per precipitazione) è un trattamento termico che può essere fatto dopo tempra di precipitazione o dopo deformazione plastica. E' tipico di leghe non ferrose (leghe Al in particolare) e può essere di 2 tipi:
- naturale (a T ambiente)
- in forno (o artificiale)
In ogni caso l'obiettivo è la nucleazione e accrescimento per avere allo stato solido una seconda fase con conseguente aumento della resistenza meccanica (blocco dislocazioni). E' importante individuare il giusto compromesso Tinvecchiamento - t invecchiamento per non avere grani di precipitato troppo grandi (in ogni caso la Tinvecchiamento
E' possibile avere qualche chiarimento sulle dinamiche tra Tinvecchiamento-t invecchiamento-struttura finale (considerazioni generiche, chiaramente poi ogni caso è a se)?
TEMPRA
Trattamento termico degli acciai al carbonio, consiste in:
- struttura iniziale (è sempre una CCC o dipende dalla composizione dell acciaio?)
- riscaldamento a Taustenitizzazione (ottenimento di fase austenitica stabile) - struttura CFC+diffusione carbonio
- raffreddamento rapido e ottenimento struttura tetragonale (martensite)
A seguito della tempra viene fatto un rinvenimento che è un riscaldamento finalizzato ad agevolare la diffusione del carbonio con conseguente ottenimento di una struttura CCC (meno rigida di quella ottenuta dalla tempra).
________________________________________________________________________________________
Lo so che un utente potrebbe rispondere "prendi un libro" ... però mi ritrovo le dispense che non sono chiarissime e danno una definizione un pò confusionaria secondo me, poi cercando in rete mi trovo sinteticamente spiegato questo tema in maniera semplice e chiara come ho indicato sopra, vorrei essere sicuro che sia corretto. Grazie
INVECCHIAMENTO
L'invecchiamento (o indurimento per precipitazione) è un trattamento termico che può essere fatto dopo tempra di precipitazione o dopo deformazione plastica. E' tipico di leghe non ferrose (leghe Al in particolare) e può essere di 2 tipi:
- naturale (a T ambiente)
- in forno (o artificiale)
In ogni caso l'obiettivo è la nucleazione e accrescimento per avere allo stato solido una seconda fase con conseguente aumento della resistenza meccanica (blocco dislocazioni). E' importante individuare il giusto compromesso Tinvecchiamento - t invecchiamento per non avere grani di precipitato troppo grandi (in ogni caso la Tinvecchiamento
E' possibile avere qualche chiarimento sulle dinamiche tra Tinvecchiamento-t invecchiamento-struttura finale (considerazioni generiche, chiaramente poi ogni caso è a se)?
TEMPRA
Trattamento termico degli acciai al carbonio, consiste in:
- struttura iniziale (è sempre una CCC o dipende dalla composizione dell acciaio?)
- riscaldamento a Taustenitizzazione (ottenimento di fase austenitica stabile) - struttura CFC+diffusione carbonio
- raffreddamento rapido e ottenimento struttura tetragonale (martensite)
A seguito della tempra viene fatto un rinvenimento che è un riscaldamento finalizzato ad agevolare la diffusione del carbonio con conseguente ottenimento di una struttura CCC (meno rigida di quella ottenuta dalla tempra).
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Lo so che un utente potrebbe rispondere "prendi un libro" ... però mi ritrovo le dispense che non sono chiarissime e danno una definizione un pò confusionaria secondo me, poi cercando in rete mi trovo sinteticamente spiegato questo tema in maniera semplice e chiara come ho indicato sopra, vorrei essere sicuro che sia corretto. Grazie
Per la prima domanda ti posso dire che il processo è regolato dalla nucleazione e accrescimento dei grani del precipitato.
La nucleazione è favorita ad alte temperature (relativamente alla temperatura di invecchiamento), quindi aumentare T_invecchiamento fa sì che ci sia la nucleazione di tanti piccoli grani.
Aumentare troppo la temperatura, però, fa sì che i grani siano appunto eccessivamente piccoli, e non in grado di ostacolare correttamente il moto delle dislocazioni.
All’altro estremo, cioè a basse temperature, la nucleazione è rallentata, in favore della formazione di pochi grani, ma di dimensioni maggiori. La distanza tra esse, se eccessiva, porta ugualmente ad una incapacità di bloccare il moto delle dislocazioni.
Quindi, come spesso, l’ottimo sta nel mezzo, quindi va trovata una temperatura che crei il numero giusto di grani, della dimensione giusta.
Lo si evince da questo grafico:
Riguardo il tempo, credo si ancora legato a nucleazione e accrescimento. Dal grafico sotto:
si può vedere come dei tempi prolungati sostanzialmente portino a far accrescere eccessivamente i grani, quindi ottenere un invecchiamento non adatto.
Per la seconda domanda, più che altro è il ferro ad avere una struttura CCC, poi il carbonio ed altri elementi alliganti si dispongono negli spazi disponibili. A temperatura ambiente, il ferro è CCC.
La nucleazione è favorita ad alte temperature (relativamente alla temperatura di invecchiamento), quindi aumentare T_invecchiamento fa sì che ci sia la nucleazione di tanti piccoli grani.
Aumentare troppo la temperatura, però, fa sì che i grani siano appunto eccessivamente piccoli, e non in grado di ostacolare correttamente il moto delle dislocazioni.
All’altro estremo, cioè a basse temperature, la nucleazione è rallentata, in favore della formazione di pochi grani, ma di dimensioni maggiori. La distanza tra esse, se eccessiva, porta ugualmente ad una incapacità di bloccare il moto delle dislocazioni.
Quindi, come spesso, l’ottimo sta nel mezzo, quindi va trovata una temperatura che crei il numero giusto di grani, della dimensione giusta.
Lo si evince da questo grafico:
Riguardo il tempo, credo si ancora legato a nucleazione e accrescimento. Dal grafico sotto:
si può vedere come dei tempi prolungati sostanzialmente portino a far accrescere eccessivamente i grani, quindi ottenere un invecchiamento non adatto.
Per la seconda domanda, più che altro è il ferro ad avere una struttura CCC, poi il carbonio ed altri elementi alliganti si dispongono negli spazi disponibili. A temperatura ambiente, il ferro è CCC.
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