Metallurgia - Principi generali

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by  Nicodemi Walter

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 9
6. I primordi della siderurgia 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 affinita` 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
(cid:1)c 978-88-08-06787-6 Indice generale v
2.2.4. Definizione dei piani cristallografici 68
2.2.5. Difetti reticolari 69
2.3. L’effetto dell’aggiunta di un secondo elemento alla struttura di un metallo 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 miscibilita` allo stato solido 93
3.2.3. Caso della parziale miscibilita` 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 101
3.3. Diagrammi di stato con piu` di due componenti 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. Proprieta` dei costituenti del diagramma Fe-C, e degli acciai allo stato ricotto 138
Capitolo 4. Trattamenti termici 141
4.1. Generalita` 141
4.1.1. Punti critici: le temperature di trasformazione degli acciai 141
4.1.2. Influenza della velocita` 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 (cid:1)c 978-88-08-06787-6
4.1.5. La temprabilita` degli acciai 153
4.1.6. Le strutture degli acciai 155
4.2. Trattamenti termici di interesse applicativo 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 189
5.1. Proprieta` chimiche 189
5.1.1. Composizione chimica 189
5.1.2. Corrosione 190
5.2. Proprieta` 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 237
5.5.1. Controlli radiografici e gammagrafici 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 243
6.1. La fatica 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. Possibilita` 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 fragilita` 255
6.2.1. Cenni storici sulle principali rotture per fragilita` verificatesi nelle costruzioni in acciaio 255
(cid:1)c 978-88-08-06787-6 Indice generale vii
6.2.2. Rotture tenaci e rotture fragili 257
6.2.3. Il fenomeno della transizione 259
6.2.4. La temperatura di transizione 261
6.2.5. Fattori che favoriscono la frattura fragile 262
6.2.6. Altri tipi di prove di fragilita` 274
6.2.7. Cenni sui criteri pratici per la scelta dei materiali con pericolo di rotture fragili 277
6.3. Lo scorrimento viscoso 278
6.3.1. Generalita` sul fenomeno dello scorrimento viscoso 278
6.3.2. Risultati d’interesse applicativo 279
6.3.3. Altre prove meccaniche effettuate ad alta temperatura 284
6.3.4. Influenza dei fattori metallurgici sul limite di scorrimento 284
6.3.5. Cenni sui criteri di scelta dei materiali per impieghi a temperature elevate 286
6.4. La corrosione e l’ossidazione 286
6.4.1. Processi di corrosione 287
6.4.2. La passivazione dei metalli 292
6.4.3. Fattori che influenzano la corrosione 295
6.4.4. Accorgimenti per limitare i pericoli di corrosione 298
6.4.5. Alcuni aspetti morfologici della corrosione 299
6.4.6. Corrosione ad alta temperatura 307
6.5. L’usura 314
6.5.1. Metodi di misura e di indagine 315
6.5.2. Tipi di usura 317
6.5.3. Mezzi per incrementare la resistenza all’usura 325
6.5.4. Cenni sui criteri pratici per la scelta di materiali resistenti all’usura 326
Bibliografia 329
Indice analitico 337