prof. francesco iacoviello - metallurgia · 2013-10-12 · leghe di ni rame acciaio inossidabile...

Metallurgia della saldatura

M t ll iMetallurgiaMetallurgia della saldatura

Prof. Francesco Iacoviello

Studio: piano terra Facoltà di Ingegneria, stanza 25i di i i l dOrario di ricevimento: Mercoledì 14.00-16.00

Tel.-fax 07762993681E mail: iacoviello@unicas itE-mail: [email protected]

Sito didattico: http://webuser.unicas.it/iacoviello

Francesco Iacoviello Università di Cassino

Saldatura degli acciaiMetallurgia della saldatura

La saldatura dei materiali metallici è un processo tecnologico che consiste nelfornire continuità meccanica e metallica a due o più lembi mediante fusione (e/opressione) e successiva solidificazionepressione) e successiva solidificazione.

Sorgenti di energia impiegate in saldatura,da sole o in coppia:da sole o in coppia:• Elettriche Arco

Plasma

• Laser

ScintillioEffetto JouleFascio elettronico

• Meccaniche UrtoPressioneEsplosione

• Chimiche

EsplosioneAttritoUltrasuoni

FiChimiche Fiamma Reazioni esotermiche


Tecniche di saldaturaMetallurgia della saldatura

• Saldatura per fusione

Ad arco

Ad elettrodi rivestitiAd arco sommersoIn atmosfera gassosa{Ad arco

Chi i

In atmosfera gassosaElettrogasPlasma

Gas

{{Chimica

Fisica

GasAlluminotermica

Fascio elettronicoL

{{Fisica Laser

Elettroscoria{

• Saldatura per pressione R i t{Esplosione

Saldatura per pressione ResistenzaScintillioInduzione{{

Elettrica

Esplosione AttritoUltrasuoni{

{Meccanica

Bollitura{Fuoco


Rappresentazione tridimensionale di un cordone di Metallurgia della saldatura

ppsaldatura formato da una sorgente termica in movimento

v = velocità movimento sorgente (m/s)v velocità movimento sorgente (m/s)W = potenza erogata (kJ/s)

Quantità di energia disponibile per unità di lunghezzaQuantità di energia disponibile per unità di lunghezzaH = W/v (kJ/m)

Rapporto di diluizioneRapporto di diluizioneRd = vol. metallo base fuso/vol. totale zona fusa



1538 Liqu.1

4 231394

1538

δ

Liqu.

2 41δ

T [°C]

HV912γ

3 HV

7273

4

0.02 0.77α

0.2%C

4


1538 Liqu.1


13941538

δT [°C]

q

2

Microstruttura alla massima temperatura

727

912 γ3

0.02 0.77

727α

0.2 %C

4

Microstruttura dopo raffreddamento (acciaio a bassa temprabilità)

Microstruttura dopo raffreddamento (acciaio ad elevata temprabilità)


Evoluzione della temperatura nel tempo al crescere della di d l d di ld


distanza dal cordone di saldatura


• Zona 1: La temperatura non supera i 600°C circa


• Zona 1: La temperatura non supera i 600 C circa• Zona 2: La temperatura è compresa fra 600°C ed Ac1• Zona 3: La temperatura è compresa fra Ac1 ed Ac3• Zona 4: La temperatura è compresa fra Ac e 1100°C circa• Zona 4: La temperatura è compresa fra Ac3 e 1100°C circa• Zona 5: La temperatura è compresa fra 1100 e 1500°C (fusione).• Zona sotto cordone: nei vari punti del cordone, per velocità di raffreddamentod i i i i h b i i i h f ii li i hdecrescenti, si ottengono strutture martensitiche, bainitiche e ferriito-perlitiche.


Influenza delle dimensioni del grano nel metallo base e nella zona di


Influenza delle dimensioni del grano nel metallo base e nella zona di legame sulla struttura di solidificazione

Possibili difetti macroscopici in una saldatura testa-testa in ZF o in ZTA


I principali problemi metallurgici della ZF sono:P t i d ll’ bi t d l b t lli


• Protezione dall’ambiente del bagno metallico• Condizioni di raffreddamento

I problemi relativi alla solidificazione sono principalmente tre:• Formazione di strutture dendritiche• Formazione di cavità di ritiro• Inglobamento di particelle non metalliche (ossidi, scorie,…)

La composizione del metallo di apporto deve essere simile a quelladel metallo base, con le seguenti modifiche:del metallo base, con le seguenti modifiche:• %C inferiore a quello del metallo base (p.e. 0.1% contro lo 0.2%)• Mo quasi sempre presente perché aumenta di molto la resistenzadel giunto senza intaccare la tenacità (0.15-0.75%)• Ni generalmente più alto del metallo base, per le stesse ragioni delMMo• Si, S, P e V ridotti al minimo



Lateralmente alla ZF si trova no due ZTA che possono subire, dopouna parziale oppure totale austenitizzazione, varie trasformazioni aseconda dell’apporto termico e della velocità di raffreddamentoseconda dell apporto termico e della velocità di raffreddamento

Per la saldabilità di un acciaio si può utilizzare come parametro ilp pCarbonio equivalente CE:Ceq = %C + %Mn/6 + (%Cr+%Mo+%V)/5 + q

(%Cu+%Ni)/15

• Ceq < 0.4% : non ci sono particolari problemi metallurgici• 0.4< Ceq < 0.60 : si prescrive il preriscaldo dei lembieq p p• Ceq > 0.60% si prescrivono sia un pre che un postriscaldo



Precipitazione di carburi in zona termicamente alterata


Cenni di corrosione

M t ll iMetallurgiaCenni di corrosione

Prof. Francesco Iacoviello

Studio: piano terra Facoltà di Ingegneria, stanza 25i di i i l dOrario di ricevimento: Mercoledì 14.00-16.00

Tel.-fax 07762993681E mail: iacoviello@unicas itE-mail: [email protected]

Sito didattico: http://webuser.unicas.it/iacoviello


CorrosioneCenni di corrosione

E’ il processo antitetico a quello della metallurgia estrattiva in quanto ilmetallo tende a riassumere una forma ossidata non dissimile da quellaoriginaria del minerale. Tale processo è caratterizzato da una variazionenegativa di energia libera (ΔG<0), quindi avviene spontaneamente.

Gli ambienti più comuni per i fenomeni di corrosione sono rappresentati dasoluzioni acquose contenenti elettroliti, da acide (H2SO4, HCl…) a basicheso u o acquose co e e e e o , da ac de ( 2SO4, C …) a bas c e(NaOH, acqua di mare…), dall’atmosfera (per formazione di condensa), dalterreno, da gas ad alta temperatura (corrosione a secco).

Francesco Iacoviello Università di CassinoCorrosione atmosferica di un acciaio basso-legato in prossimità del mare

Morfologie di corrosioneCenni di corrosione


Lo schema elementare per introdurre il fenomeno della corrosione è quello did lli di i f l l i

Cenni di corrosione

Na+ Cl- Cl-Na+

due metalli diversi a contatto fra loro e con una soluzione acquosa

Ferro Rame

Na+ Cl- Cl-Na+

Il metallo meno nobile, in questo caso il ferro, si ossida secondo la reazioneanodica:

Fe = Fe++ + 2e-Fe = Fe + 2e

Sulla superficie del metallo più nobile (in questo caso il rame) si verifica unad ll d i i t di h d l di idelle due reazioni catodiche, secondo la presenza o meno di ossigeno:

Reazione catodica con ossigeno:1/2 O2 + H2O + 2e- = 2OH-

Reazione catodica senza ossigeno:2 H2O + 2e- = H2 + 2OH-

2 2


Cenni di corrosione

Ferro Rame

Na+ Na+Cl- Cl-

OH-Fe2+

d catodoanodo

La velocità di corrosione è un parametro che misura il passaggio di elettroni; nelcaso di corrosione generalizzata è esprimibile dalla densità di corrente elettricacaso di corrosione generalizzata, è esprimibile dalla densità di corrente elettrica(A/m2) che passa tra catodo ed anodo o dalla variazione di peso dell’anodonell’unità di tempo e di superficie (mg/dm2 giorno) o di perdita di spessored ll’ d ll’ i à di ( / )dell’anodo nell’unità di tempo (mm/anno).


Serie galvanica dei potenziali in acqua di mare

Cenni di corrosione

Serie galvanica dei potenziali in acqua di mare

PlatinoOro

ArgentoTitanio

Acciaio inossidabile passivoLeghe di Ni

RameAcciaio inossidabile attivo

Acciaio al carbonioAlluminio

ZincoZincoMagnesio

La corrosione si manifesta anche in presenza di un solo metallo grazie allap gformazione sulla superficie del metallo di microzone anodiche e catodiche checambiano di posizione casualmente nel tempo e nello spazio.Macroscopicamente si ottiene un attacco corrosivo generalizzato del metalloMacroscopicamente si ottiene un attacco corrosivo generalizzato del metallo.


Corrosione galvanica Corrosione uniforme

Cenni di corrosione

C i l li C hCorrosione localizzata Corr. sotto schermoPit crevice


Metodi di protezione contro la corrosioneCenni di corrosione

• Metodi cinetici: permettono di agire direttamente sulla velocità di corrosione. Intale categoria possono essere ricordati:

l’impiego degli inibitori;- l impiego degli inibitori;- l’impiego dei rivestimenti;-in una certa misura, la passivazione anodica, in cui il metallo viene portato nelle

di i i di i i i f t t if ttilsue condizioni di passivazione, ovvero riesce a formare uno strato uniforme, sottile,compatto, ed aderente di ossido superficiale che svolge un ruolo protettivo.

• Metodi termodinamici: essi consistono nel far “funzionare” il metallo in condizionidi immunità. Si possono citare in tale categoria:- la scelta del metallo;- la protezione catodica, che permette di posizionare il metallo nella sua zona diimmunità.


Impiego di rivestimentiSi possono distinguere:

Cenni di corrosione

Si possono distinguere:• Rivestimenti metallici, ottenuti per:

- elettrolisi (Zn, Ni, Cr, Cu, Cd, ...)immersione (Zn Sn Al)- immersione (Zn, Sn, Al)

- diffusione di un elemento di lega (Zn, Al)- placcatura, su prodotti piani durante la laminazione a caldo (saldatura per diffusione) Sono placcati anche su acciaio al carbonio: acciai inossidabili ottonediffusione). Sono placcati anche su acciaio al carbonio: acciai inossidabili, ottone, nickel, cupro-nickel, rame, ... .

• Rivestimenti non metallici- pitture, vernici contenenti eventualmente degli inibitori di corrosione;p , g ;- smalti, vetri;- materie plastiche, gomme;- fosfatazione;- ossidazione anodica (Al) oppure chimica (Mg).


Corrosione degli acciai inossidabiliCenni di corrosione

Gli acciai inossidabili sono così denominati grazie alla loro caratteristicaresistenza alla corrosione, dovuta alla formazione di un film protettivopassivante legato alla presenza del Cr. Diversi sono i parametri che influenzanop g p pla resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili:• acidità del mezzo aggressivo (pH);• tenore in ioni alogenuri (essenzialmente Cl-);• tenore in ioni alogenuri (essenzialmente Cl );• potere ossidante della soluzione aggressiva;• temperatura.

Questi acciai hanno una buona resistenza alla corrosione generalizzata, dipendentedalla loro composizione chimica, ma risultano sensibili ad alcune forme dicorrosione localizzata:corrosione localizzata:•Vaiolatura (pitting);•Corrosione cavernosa;•Corrosione sotto sforzo;•Corrosione sotto sforzo;•Corrosione intergranulare


Vaiolatura Affinché si possa avere si debbono verificare contemporaneamente le tre

Cenni di corrosione

Affinché si possa avere si debbono verificare contemporaneamente le treseguenti condizioni:•Ambiente ossidante•Presenza di ioni alogenuri (ad esempio Cl-)•Presenza di ioni alogenuri (ad esempio Cl )•Metallo passivabile (ad esempio acciaio inossidabile)Caso tipico è quello di strutture in acciaio inossidabile austenitico immerse in

di ( bi t id t t t i i Cl-)acqua di mare (ambiente ossidante contenente ioni Cl-)Corrosione cavernosa

Attacco corrosivo localizzato in cui fenomeni di idrolisi, diminuzione del pH ela presenza degli ioni Cl- giocano un ruolo importante.

Corrosione sotto sforzoLa corrosione sotto sforzo avviene ogni qual volta si hanno degli sforzi (esterni,g q g ( ,residui post-saldatura, dovuti a trattamenti meccanici o termici ...) in presenza diambienti clorurati. Gli acciai inossidabili austenitici subiscono in questecondizioni una fessurazione transgranulare piuttosto importante mentre gli acciaicondizioni una fessurazione transgranulare piuttosto importante, mentre gli acciaiinossidabili ferritici sembrano essere meno sensibili a questo tipo di corrosione

σ σσ σ


Corrosione intergranulareAffinché si abbia questa forma di attacco corrosivo il metallo deve subire un processo

Cenni di corrosione

Affinché si abbia questa forma di attacco corrosivo, il metallo deve subire un processodi sensibilizzazione ovvero permanere per tempi sufficienti a temperature compresefra 500 ed 800°C, con conseguente precipitazione a bordo grano di carburi di Cromod l ti C C N l t i it i i lt i t i òdel tipo Cr23C6. Nel caso questa precipitazione sia molto spinta si può avere unadepassivazione di queste zone, che divengono anodiche al contatto con il mezzoaggressivo. Un caso tipico è quello della corrosione intergranulare nelle zone

ibili l di ld di i i i id bilisensibilizzate nel caso di saldatura di acciai inossidabili

I rimedi sono:• Solubilizzazione dei carburi precipitati (1000°C);p p ( );• Impiego di acciai a basso tenore di C (< 0,02%)• Aggiunta di elementi tipo Ti, Nb, V, Ta (detti stabilizzanti) e trattamento distabilizzazione (permanenza a 885°C per due ore quindi raffreddamento in aria) instabilizzazione (permanenza a 885 C per due ore, quindi raffreddamento in aria) inmodo da far precipitare i carburi degli elementi aggiunti e NON di cromo.


Cenni di corrosione

Corrosione generalizzatag

Corrosione intergranulare

Attacco in corrispondenza diAttacco in corrispondenza di giunto saldato


Vaiolatura

Cenni di corrosione

Acciai inossidabili


Cricche transgranulari Cricche intergranulari

prof. francesco iacoviello - metallurgia · 2013-10-12 · leghe di ni rame acciaio inossidabile...

Documents