Il diagramma ferro-carbonio, sviluppato nel 1897 dall’illustre scienziato inglese Sir William Chandler Roberts-Austen, rappresenta le diverse fasi dell’acciaio in relazione al contenuto di carbonio e alla temperatura. La padronanza di questo diagramma è fondamentale per i professionisti del settore, poiché permette di ottimizzare la composizione e il trattamento termico dell’acciaio, per raggiungere le caratteristiche volute.
Importanza del diagramma ferro-carbonio
Il diagramma non solo serve come guida per la creazione delle leghe, ma consente anche di includere elementi come cromo, nichel e molibdeno. Ciò modifica il diagramma stesso, facilitando lo sviluppo di acciai inossidabili, utensili specializzati e leghe con proprietà distintive.
La struttura del diagramma mostra la percentuale in massa di carbonio sull’asse orizzontale e la temperatura sull’asse verticale. Si rivela particolarmente utile concentrandosi sul contenuto di carbonio compreso tra lo 0 e il 6,67%, poiché quantità superiori a tale soglia richiedono la formazione di cementite al 100%.
Fasi e strutture nel diagramma
Rispetto ai vari livelli di carbonio, il diagramma ferro-carbonio offre preziose informazioni sui cambiamenti strutturali e sulle fasi che hanno luogo durante i processi di riscaldamento e raffreddamento. Ogni regione all’interno del diagramma corrisponde a specifiche fasi, influenzando proprietà quali resistenza e flessibilità.
Il diagramma include diversi tipi di fasi, tra cui δ-ferrite e γ-austenite, con strutture cristalline che determinano caratteristiche uniche. Ad esempio, la ferrite è rappresentativa di una struttura cubica a corpo centrato, mentre l’austenite ha una struttura cubica a facce centrate, con proprietà meccaniche distinte.
Nel diagramma, si possono anche identificare strutture quali la martensite, derivante dalla tempratura dell’austenite, e la cementite, che risulta dura ma fragile.
diagramma ferro-carbonio
Osservando il diagramma ferro-carbonio, si notano diversi campi di fase. I campi monofase, come ferrite, austenite e cementite, indicano intervalli specifici di carbonio e temperatura, mentre i campi bifase evidenziano combinazioni di fasi. Le transizioni tra questi campi sono di fondamentale importanza per comprendere il comportamento dell’acciaio durante le variazioni di temperatura.
Temperature critiche nel diagramma ferro-carbonio
Le temperature critiche, identificabili nel diagramma ferro-carbonio, sono fondamentali in quanto segnano i punti in cui le trasformazioni di fase avvengono durante il riscaldamento o il raffreddamento. Alcuni esempi di queste temperature critiche includono:
La Temperatura A0 segna il passaggio della cementite da stato magnetico a non magnetico, un fenomeno che avviene intorno ai 210 °C. A 723 °C troviamo la Temperatura A1, dove si verifica la trasformazione eutettoide.
La Temperatura A2 rappresenta il cambiamento della ferrite da ferromagnetica a paramagnetica, avvenendo a 768 °C. Inoltre, la Temperatura A3, che segna l’inizio della formazione della ferrite dall’austenite, varia con il contenuto di carbonio, da 910 °C a 727 °C a seconda della quantità di carbonio.
Altro punto significativo è la Temperatura Acm, correlata ai cambiamenti nella cementite durante il raffreddamento dell’austenite, la cui solubilità di carbonio diminuisce a temperature inferiori. La Temperatura A4 denota la transizione dell’austenite in δ-Fe, mentre le Temperature Ms e Mf riferiscono rispettivamente l’inizio e la fine della formazione di martensite durante il raffreddamento.
Infine, è importante sottolineare che le trasformazioni di fase nel diagramma ferro-carbonio, attuate tramite riscaldamento o raffreddamento, determinano le caratteristiche finali dell’acciaio e le sue applicazioni pratiche. Comprendere queste dinamiche è essenziale per migliorare le prestazioni e l’affidabilità dei materiali metallici utilizzati in numerosi settori industriali.
