martedì 14 ottobre 2008

I PRINCIPALI MATERIALI DA COSTRUZIONE: LE LEGHE FERROSE

Integrare gli appunti consegnati sull'argomento con il contenuto del CAPITOLO 18° del libro di testo (DA PAG. 204 A PAG. 213) elaborando un documento su tutti contenuti del capitolo entro il 27 ottobre 2008.

8 commenti:

Ferretti 2C ha detto...

IL FERRO
Il ferro è disponibile in natura sotto forma di minerali costituendo il quarto elemento , in ordine di abbondanza , sulla superficie terrestre .
Piccole quantità di ferro si possono trovare anche in acqua , nelle piante , in quasi tutti gli alimenti e alcune volte viene utilizzato come medicinale.
Attualmente il ferro si trova più frequentemente sotto forma di leghe ferro-carbonio , che vengono definite in funzione della percentuale di carbonio che presentano , cioè:
• Meno di 0.008% , ferro
• Da 0.008 a 0.1% , acciaio dolce
• Da 0.1 a 2% , acciaio
• Da 2 a 6.67% , ghisa.

Per ricavare il ferro e le sue leghe vi è la necessita di un processo siderurgico che si divide in:
• Preparazione delle materie prime
• Trasformazione delle materie prime nell’alto forno
• Affinazione delle materie uscite dall’altoforno in convertitori
• Laminazione con macchinari
ALTOFORNO
L’alto forno e’ un forno verticale alto circa 40 metri e di diametro circa 14 metri , sorretto da una incastellatura metallica che sostiene un muro di mattoni refrattari . Esso serve per produrre la ghisa in grandi quantità.
Le parti fondamentali sono:
• Bocca
• Tino
• Ventre
• Sacca
• Crogiolo
Funzionamento dell’altoforno
Le materie prime vengono caricate dalla bocca dove alla temperatura di 400° C si elimina l’umidità. La carica solida durante la sua discesa incontra la corrente ascendente , l’ossigeno contenuto nell’aria reagisce con il carbonio generando l’ossido di carbonio , anidride carbonica e calore .
Nel tino il minerale reagisce con l’ossido di ferro : Fe2 O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 + calore . Questa operazione si chiama riduzione indiretta .
Proseguendo si ha luogo alla riduzione diretta : Fe2O3 + 3C = 2Fe +3CO + calore . Questa reazione porta la temperatura a 1350°C .
Nella ventre il minerale di ferro raggiunge una struttura spugnosa che favorisce l’assorbimento di carbonio , la temperatura sale fino provocare la fusione del minerale : 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2
Successivamente nella sacca viene immessa dagli ugelli dell’aria calda che completa la combustione. Il metallo fuso precipita nel crogiolo separandosi dalle scorie.
GHISA
La ghisa viene spillata dal crogiolo dell’altoforno a una temperatura di circa 1500°C e versata nei carri siluro. Essa non viene subito utilizzata , ma ulteriormente trasformata con particolari processi di rifusione con aggiunta di elementi che ne migliorano le caratteristiche.
LA ghisa è una lega ferro- carbonio non malleabile, fragile,resistente alla corrosione e dotata di una buona fusibilità.
TIPI DI GHISA E LORO DESIGNAZIONE
• GHISA GRIGIA: Il carbonio è presente con una distribuzione uniforme . E’ lavorabile alle macchine utensili , resistente alla compressione , fragile , di media durezza
• GHISA BIANCA: Il carbonio è presente sotto forma di carburo di ferro . Questa ghisa è argentea , fragile, durissima e non facile da lavorare.
• GHISA MALLEABILE: Viene ottenuta dalla ghisa bianca . La ghisa malleabile presenta una discreta resistenza a trazione,è deformabile, ha una buona lavorabilità e una buona saldabilità
• GHISA SFEROIDE: Viene ottenuta dalla normale ghisa con l’aggiunta di magnesio e nichel. Possiede proprietà meccaniche simili a quelle dell’acciaio conservando le caratteristiche di fusibilità, resistenza all’usura ,alla corrosione e al calore della ghisa.

ACCIAIO
L’acciaio è una lega ferro-carbonio con una percentuale di carbonio con una percentuale di carbonio inferiore al 2%. Esso viene ottenuto dalla ghisa dell’altoforno attraverso processi di sottrazione del carbonio

CONVERTITORI BESSEMER E THOMAS
I convertitori sono costituiti da grossi recipienti di acciaio a forma di pera. La carica di ghisa viene attraversata dall’aria insuflata dagli ugelli . L’ossigeno reagisce con il carbonio e forma l’anidride carboni che viene espulsa con i fumi , mentre la ghisa diventa acciaio. L’acciaio ottenuto con questi convertitori non è di grande qualità.

CONVERTITORE A OSSIGENO
Questo convertitore risulta uguale ai precedenti con la differenza che qui viene insufflato ossigeno a una pressione di 8 bar. Il getto di ossigeno è puro nel sistema L.D. o misto a metano nel sistema O.B.M.. In entrambi i casi la reazione con il carbonio è molto energica. In questa situazione è possibile aggiungere alla carica di ghisa liquida anche dei rottami di ferro solidi. L’acciaio ottenuto con questo processo ha caratteristiche migliori rispetto a quello dei convertitori Bessemer e Thomas.

FORNO MARTIN-SIEMENS
Si tratta di un forno a riverbero , nel quale la carica è costituita in prevalenza da rottami di ferro quasi sempre mescolati a ghisa liquida d’altoforno . Il calore viene prodotto dalla combustione di gas o nafta . La ghisa si decarbura sai per la presenza dei rottami di ferro , sia reagendo con il refrattario della suola di rivestimento. L’operazione e’ molto lunga e consente di ottenere acciao di qualità.

FORNO ELETTRICO AD ARCO
E’ un forno con carica costituita da rottami di ferro e pani di ghisa. Questi elementi vengono portati alla fusione mediante il calore prodotto dall’arco voltaico . Il forno elettrico garantisce una maggior precisione nel controllo delle condizioni di affinazione della ghisa.

SEMILAVORATI DI ACCIAIO
L’acciaio viene messo in commercio sotto forma di semilavorati ottenuti tramite un processo di laminazione. I semilavorati hanno forme e denominazioni classificate:
• Blumi : barre di sezione quadrata
• Billette : barre di sezione quadrata più piccole dei blumi
• Profilati : barre di diverse dimensioni e sezioni
• Tubi e scatolati : sono tubi di diverso spessore
• Vergelle : prodotti laminati avvolti in matasse
• Fili : matasse di prodotti laminati con sezione circolare molto piccola
• Lamiere : prodotti laminati forniti in fogli
• Nastri : Prodotti laminati e avvolti in rotoli

CLASSIFICAZIONE E APPLICAZIONE DEGLI ACCIAI
La classificazione degli acciai e particolarmente complessa quindi ci si limita a segnalare e presentare schematicamente le tre tabelle di unificazione piu’ significative:
-UNI EN 10020
-UNI EN 10027\1
-UNI EN 10027\2
ACCIAI COMUNI AL CARBONIO
Per questi acciai si ipotizza che le loro qualita’ caratteristiche dipendano dalla quantità di carbonio , quindi si ottiene la seguente classificazione in funzione della percentuale di carbonio presente:
-Acciai extra dolci : <0.008%
-acciai dolci : 0.008\0.1%
-acciai semidolci : 0.1\0.40%
-acciai semiduri . 0.40\0.55%
-acciai duri : 0.55\0.80%
-acciai extra duri : 0.80\2%

ACCIAI SPECIALI
Sono acciai che contengono altri elementi di lega in quantità tali da influire notevolmente sulle proprietà meccaniche e tecnologiche.
Si dividono in:
-Acciai ternari : con l’aggiunta di un elemento
-Acciai quaternari : con l’aggiunta di due elementi
-Acciai complessi : con l’aggiunta di più di due elementi

DESIGNAZIONE DEGLI ACCIAI
L’unificazione divide gli acciai in due gruppi

GRUPPO 1
La sigla di designazione comprende:
-La lettera E o S dell’alfabeto
-Un numero indicante il carico unitario di snervamento

GRUPPO 2
2.1
-Lettera C
-un numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio medio
2.2
- un numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio medio
-i simboli chimici degli elementi che presenta
- i numeri che esprimono le percentuali dei principali elementi moltiplicati per diversi fattori
2.3
-lettera X
- un numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio medio
-i simboli chimici degli elementi presenti
-i numeri delle percentuali effettive dei principali elementi
2.4
-le lettere HS
-i numeri indicanti i tenori percentuali degli elementi di lega



FERRETTI DAVIDE 2°C

Anonimo ha detto...

a cura di Marco Di Ferdinando 2c

FERRO E LE SUE LEGHE: GHISA E ACCIAIO

Il ferro è un elemento metallico con simbolo chimico Fe ,temperature di fusione 1535 C duttile,malleabile , magnetizzabile.E’ disponibile in natura sotto forma di minerali:
Magnetite; % Fe 60-70 di colore grigio-ferro presente in Russia,Germania,Spagna,Svezia,USA
Ematite; % Fe 45-60 di colore grigio-nero o rossastro presente in Inghilterra India Spagna USA
Limonite; % Fe 25-55 di colore giallo limone presente in Francia Germania
Siderite; % Fe 30-50 di colore giallognolo presente in Francia Germania Spagna
Pirite; % Fe 25-50 di colore giallo-ottone presente in Spagna
Le fasi che costituiscono il processo siderurgico con il quale si ricava il ferro e le sue leghe sono le seguenti:

Preparazione: consiste nel preparare in modo adeguato le materie prime che sono i minerali di ferro, il carbon fossile (coke) e il calcare usato come fondente;

Trasformazione: viene effettuata nell’altoforno,grande forno verticale dove,dalle materie prime si ottiene la ghisa di prima fusione (ghisa madre)

Affinazione:avviene nei convertitori,forni che consentono di ottenere l’acciaio dalla ghisa di prima fusione;

Laminazione: viene eseguita con un complesso di macchinari detti laminatoi, che consentono di attenere mediante deformazione plastica a caldo i semilavorati (billette, blumi,barre profilate di diversa forma).

ALTOFORNO
L’altoforno è un grosso forno verticale di altezza pari a 35-40me di diametro massimo di 10-14m ,sorretto da una robusta in castellatura metallica che sostiene una muratura in mattoni refrattari con esso si possono produrre mediamente,tra le 2000 e le 4500 tonnellate di ghisa al giorno.Le parti principali dell’alto forno sono:

Bocca: si trova alla sommità dell’altoforno ed è dotata di un sistema di chiusura che permette l’introduzione delle cariche, ma impedisce la fuoriuscita dei gas. Un montacarichi inclinato (skipper) vi trasporta i materiali per il carico.

Tino: di forma tronco-conica diverge verso il basso per facilitare la discesa dei materiali.

Ventre: parte centrale dell’altoforno dove viene raggiunto il diametro massimo.

Sacca: a forma di tronco di cono rovesciato con sezione decrescente per compensare la diminuzione del volume di materia che comincia a fondere e a precipitare sotto forma di grossi goccioloni liquidi. Nella parte inferiore sono disposti gli ugelli dai quali viene insufflata l’aria calda necessaria alla combustione.

Crogiolo: di forma cilindrica serve a raccogliere la ghisa fusa.


FUSIONE DELL’ALTOFORNO

Funzionamento dell’altoforno
Le materie prime vengono caricate dalla bocca dove alla temperatura di 400° C si elimina l’umidità. l’ossigeno contenuto nell’aria reagisce con il carbonio (C) generando l’ossido di carbonio (CO) , anidride carbonica (CO2) e calore .Nel tino i materiali di ferro cominciano a reagire alla temperatura di 800C : Fe2 O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 + calore = (riduzione indiretta) .
Proseguendo la sua discesa il minerale di ferro subisce la riduzione diretta : Fe2O3 + 3C = 2Fe +3CO + calore(alla temperatura a 1350°C)
Nella zona 4 il minerale di ferro raggiunge una struttura spugnosa che favorisce l’assorbimento del carbonio trasformandosi in ghisa,la temperatura sale fino a provocare la fusione del minerale con la formazione delle prime scorie: 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2
Nella zona 5 viene completata la combustione del coke grazie all’aria calda che viene immessa dagli ugelli (1800°C) Il metallo fuso precipita nel crogiolo separandosi dalle scorie.

I PRODOTTI DELL’ALTOFORNO

I principali prodotti dell’altoforno sono:
LA GHISA: viene versata nei carri siluri alla temperatura di 1500°C (ghisa greggia) Essa non viene subito utilizzata , ma trasformata con l’aggiunta di elementi che ne migliorano le caratteristiche. La ghisa è una lega ferro- carbonio non malleabile, fragile,resistente alla corrosione e dotata di una buona fusibilità.
GAS POVERO: è composto da gas ancora combustibile come ossido di carbonio,idrogeno,metano. Viene utilizzato nella produzione di energia elettrica per l’impianto e per riscaldare l’aria inviata agli ugelli dell’altoforno.
SCORIE: esse contengono le parti solide non metalliche delle cariche introdotte nell’altoforno . Sono utilizzate per la costruzione di materiali coibenti,cementi,calce.

TIPI DI CHISAE LA LORO DESIGNAZIONE

GHISA GRIGIA
Il carbonio è presente con una distribuzione uniforme,la ghisa si presenta grigia . E’ lavorabile alle macchine utensili , resistente alla compressione , fragile , di media durezza.

GHISA BIANCA
Il carbonio è presente sotto forma di carburo di ferro Fe3C . Questa ghisa è argentea , fragile, durissima e non facile da lavorare. Viene utilizzata per pezzi duri,non soggette a urti e per la produzione di ghise malleabili

GHISA MALLEABILE
Viene ottenuta dalla ghisa bianca con un prolungato riscaldamento a temperatura adeguata (ricottura) . La ghisa malleabile presenta una discreta resistenza a trazione,è deformabile, ha una buona lavorabilità e una buona saldabilità.

GHISA SFEROIDALE
Viene ottenuta dalla ghisa ordinaria con l’aggiunta di magnesio e nichel. Possiede proprietà meccaniche simili a quelle dell’acciaio conservando le caratteristiche di fusibilità, resistenza all’usura ,alla corrosione e al calore della ghisa. Essa viene utilizzata in sostituzione dell’acciaio per pezzi fusi che devono garantire lavorabilità,resistenza,allungamento,resilienza e saldabilità.

ACCIAIO
L’acciaio è una lega ferro-carbonio con una percentuale di carbonio con una percentuale di carbonio inferiore al 2%. Esso viene ottenuto dalla ghisa dell’altoforno attraverso processi di sottrazione del carbonio che si distribuiscono in:
processi a carica liquida; che trattano direttamente la ghisa liquida proveniente dall’altoforno attraverso i convertitori.

processi a carica solida; che utilizzano pani di ghisa solida e rottami di ferro portati a fusione mediante forni

CONVERTITORI BESSEMER E THOMAS
I convertitori sono costituiti da grossi recipienti di acciaio a forma di pera rivestiti internamente di materiali resistenti al calore. La carica di ghisa viene attraversata dall’aria insuflata dagli ugelli . L’ossigeno reagisce con il carbonio e forma l’anidride carboni (CO2) che viene espulsa con i fumi , mentre la ghisa diventa acciaio. L’acciaio ottenuto con questi convertitori non è di grande qualità a causa della rapidità col cui si verifica il processo della trasformazione della ghisa in acciaio.

CONVERTITORI A OSSIGENO
Questo convertitore risulta analogo ai precedenti con la differenza che al posto dell’aria viene insufflato ossigeno a una pressione di 8 bar. Il getto di ossigeno è puro nel sistema L.D. o misto a metano nel sistema O.B.M.. In entrambi i casi la reazione con il carbonio è molto energica e produce un notevole inalzamento della temperatura (1600-1800°C). In questa situazione è possibile aggiungere alla carica di ghisa liquida di partenza anche dei rottami di ferro solidi. L’acciaio ottenuto ha caratteristiche migliori rispetto a quello dei convertitori Bessemer e Thomas una più precisa percentuale di carbonio e minori impurezze.

FORNO MARTIN-SIEMENS
Si tratta di un forno a riverbero , nel quale la carica è costituita in prevalenza da rottami di ferro (70%) quasi sempre mescolati a ghisa liquida d’altoforno (30%) . Il calore viene ottenuto dalla combustione di gas o nafta,la temperatura raggiunta è intorno ai 1800°C. La ghisa si decarbura sai per la presenza dei rottami di ferro(povero di carbonio), sia reagendo con il refrattario della suola di rivestimento. L’operazione e’ molto lunga (8 ore) e consente di ottenere un acciaio di qualità.

FORNO ELETTRICO AD ARCO
E’ un forno con carica costituita da rottami di ferro e pani di ghisa solida. Questi elementi vengono portati alla fusione mediante il calore prodotto dall’arco voltaico . Il forno elettrico ad arco garantisce una maggior precisione nel controllo delle condizioni di affinazione della ghisa.

SEMILAVORATI DI ACCIAIO
L ’acciaio viene messo in commercio sotto forma di semilavorati ottenuti tramite un processo di laminazione.
BLUMI: barre di sezione quadrata
BILLETTE : barre di sezione quadrata (50-120mm)
PROFILATI : barre di diverse dimensioni con sezioni quadrate,rotonde,rettangolare,esagonale a L o a I semplice o doppio T a U ecc.
TUBI E SCATOLATI: sono tubi rotondi,quadrati o rettangolari di diverso spessore
VERGELLE: prodotti laminati avvolti a caldo in matasse con sezioni di forma diversa e dimenzioni maggiori superiori ai 5 mm
FILI: sono prodotti laminati avvolti a caldo in matasse con sezione circolare di diametro inferiore a 5 mm.
LAMIERE : sono prodotti laminati forniti in fogli piani quadrati o rettangolari e spessore diverso.
NASTRI: sono prodotti laminati a caldo e avvolti in rotoli.

Anonimo ha detto...

A cura di Mario Centorame

Ferro e le sue leghe

Il ferro si trova sul mercato sotto forma di leghe ferro-carbonio che vengono definite in funzione della percentuale di carbonio presente :
- Meno di 0.008% , ferro
- Da 0.008 a 0.1% , acciaio dolce
- Da 0.1 a 2% , acciaio
- Da 2 a 6.67% , ghisa.

Per ricavare il ferro e le se leghe, si ha bisogno di un processo siderurgico, esso avviene seguendo queste fasi:
-Preparazione delle materie prime (ferro, coke, fondente)
-Trasformazione nell’altoforno dove si ottiene la ghisa madre
-Affinazione avviene nei convertitori e si ottiene l’acciaio
-Laminazione effettuata con macchinari laminatoi, producono i semilavorati.

ALTOFORNO

L’alto forno e’ un forno verticale alto circa 40 metri e di diametro circa 14 metri , sorretto da una incastellatura metallica che sostiene un muro di mattoni refrattari.
Le parti fondamentali sono:
-Bocca
-Tino
-Ventre
-Sacca
-Crogiolo.

FUNZIONAMENTO

Le materie prime vengono caricate dalla bocca dove si riscaldano fino alla temperatura di 400° C eliminando l’umidità. La carica solida durante la sua discesa incontra la corrente dei gas ottenuti dall’aria compressa preriscaldata, l’ossigeno contenuto nell’aria reagisce con il carbonio generando l’ossido di carbonio , anidride carbonica e si sviluppa calore.
Nel tino il minerale reagisce con l’ossido di ferro : Fe2 O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 + calore . Questa operazione si chiama riduzione indiretta .
Proseguendo con la discesa il minerale di ferro subisce una riduzione diretta :
Fe2O3 + 3C = 2Fe +3CO + calore . Questa reazione sviluppa un calore di 1350°C .
Nel ventre il minerale di ferro raggiunge una struttura spugnosa, la temperatura sale fino provocare la fusione del minerale : 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2
Successivamente nella sacca viene immessa dagli ugelli dell’aria calda che completa la combustione. Il metallo fuso scende nel crogiolo separandosi dalle scorie.


I PRODOTTI DELL’ALTOFORNO


-Scorie, usate per la costruzione di materiali coibenti, cementi, calce ecc.
-Gas povero, utilizzato per la produzione di elettricità

GHISA

La ghisa è una lega di ferro-carbonio, punto di fusione intorno ai 1200°C, non malleabile, fragile, resistente alla corrosione ed è dotata di una buona fusibilità, e proprio per questo viene utilizzata per la fabbricazione di getti fusi.

TIPI DI GHISA E LORO DESIGNIAZIONE

- GHISA GRIGIA (UNI 5007 – UNI ISO 185): Il carbonio è presente con una distribuzione uniforme . E’ lavorabile alle macchine utensili , resistente alla compressione , fragile , di media durezza
- GHISA BIANCA: Il carbonio è presente sotto forma di carburo di ferro . Questa ghisa è argentea , fragile, durissima e non facile da lavorare.
- GHISA MALLEABILE (UNI ISO 5922): Viene ottenuta dalla ghisa bianca . La ghisa malleabile presenta una discreta resistenza a trazione,è deformabile, ha una buona lavorabilità e una buona saldabilità.
- GHISA SFEROIDALE (UNI ISO 1083): Viene ottenuta dalla normale ghisa con l’aggiunta di magnesio e nichel. Possiede proprietà meccaniche simili a quelle dell’acciaio conservando le caratteristiche di fusibilità, resistenza all’usura ,alla corrosione e al calore della ghisa.

ACCIAIO

L’acciaio è una lega ferro-carbonio con una percentuale di carbonio con una percentuale di carbonio inferiore al 2%. Esso viene ottenuto dalla ghisa dell’altoforno attraverso processi di sottrazione del carbonio

CONVERTITORI BESSEMER E THOMAS

I convertitori sono costituiti da grossi recipienti di acciaio a forma di pera. La carica di ghisa viene attraversata dall’aria insuflata dagli ugelli . L’ossigeno reagisce con il carbonio e forma l’anidride carbonica che viene espulsa con i fumi , mentre la ghisa diventa acciaio. L’acciaio ottenuto con questi convertitori non è di grande qualità.

CONVERTITORE A OSSIGENO

Questo convertitore risulta uguale ai precedenti con la differenza che qui viene insufflato ossigeno a una pressione di 8 bar. Il getto di ossigeno è puro nel sistema L.D. o misto a metano nel sistema O.B.M.. In entrambi i casi la reazione con il carbonio è molto energica. In questa situazione è possibile aggiungere alla carica di ghisa liquida anche dei rottami di ferro solidi. L’acciaio ottenuto con questo processo ha caratteristiche migliori rispetto a quello dei convertitori Bessemer e Thomas.

FORNO MARTIN-SIEMENS

Si tratta di un forno a riverbero , nel quale la carica è costituita in prevalenza da rottami di ferro quasi sempre mescolati a ghisa liquida d’altoforno . Il calore viene prodotto dalla combustione di gas o nafta . La ghisa si decarbura sai per la presenza dei rottami di ferro , sia reagendo con il refrattario della suola di rivestimento. L’operazione e’ molto lunga e consente di ottenere acciao di qualità.

FORNO ELETTRICO AD ARCO

E’ un forno con carica costituita da rottami di ferro e pani di ghisa. Questi elementi vengono portati alla fusione mediante il calore prodotto dall’arco voltaico . Il forno elettrico garantisce una maggior precisione nel controllo delle condizioni di affinazione della ghisa.

SEMILAVORATI DI ACCIAIO

I semilavorati vengono ottenuti attraverso il processo di laminazione.
Essa può essere effettuata sui lingotti riscaldati oppure direttamente durante la colata continua dell’acciaio proveniente dai convertitori o dai forni.
I semilavorati hanno forme e denominazioni classificate:
- Blumi : barre di sezione quadrata
- Billette : barre di sezione quadrata più piccole dei blumi
- Profilati : barre di diverse dimensioni e sezioni
- Tubi e scatolati : sono tubi di diverso spessore
- Vergelle : prodotti laminati avvolti in matasse
- Fili : matasse di prodotti laminati con sezione circolare molto piccola
- Lamiere : prodotti laminati forniti in fogli
- Nastri : Prodotti laminati e avvolti in rotoli

ACCIAI COMUNI AL CARBONIO

Per questi acciai si ipotizza che le loro qualita’ caratteristiche dipendano dalla quantità di carbonio , quindi si ottiene la seguente classificazione in funzione della percentuale di carbonio presente:
-Acciai extra dolci : <0.008%
-acciai dolci : 0.008\0.1%
-acciai semidolci : 0.1\0.40%
-acciai semiduri . 0.40\0.55%
-acciai duri : 0.55\0.80%
-acciai extra duri : 0.80\2%


ACCIAI SPECIALI

Sono acciai che contengono altri elementi di lega in quantità tali da influire notevolmente sulle proprietà meccaniche e tecnologiche.
Si dividono in:
-Acciai ternari : con l’aggiunta di un elemento
-Acciai quaternari : con l’aggiunta di due elementi
-Acciai complessi : con l’aggiunta di più di due elementi

DESIGNAZIONE DEGLI ACCIAI

L’unificazione divide gli acciai in due gruppi

GRUPPO 1

La sigla di designazione comprende:
-La lettera E o S dell’alfabeto
-Un numero indicante il carico unitario di snervamento


GRUPPO 2

2.1
-Lettera C
-un numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio medio
2.2
- un numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio medio
-i simboli chimici degli elementi che presenta
- i numeri che esprimono le percentuali dei principali elementi moltiplicati per diversi fattori
2.3
-lettera X
- un numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio medio
-i simboli chimici degli elementi presenti
-i numeri delle percentuali effettive dei principali elementi
2.4
-le lettere HS
-i numeri indicanti i tenori percentuali degli elementi di lega.

Anonimo ha detto...

a cura di Daniele Di Marcoberardino
2c

IL FERRO

Il ferro è un elemento metallico con simbolo chimico Fe,duttile,malleabile e magnetizzabile.E' disponibie in natura sotto forma di minerali costituendo il quarto elemento,in ordine di abbondanza, sulla superficie terrestre.Maggiormente lo si trova sotto forma di leghe ferro-carbonio che vengono definite in funzione della percentuale di carbonio presente:
- meno di 0,008%, ferro;
- da 0,008 a 0,1%, acciaio dolce;
- da 0,1 a 2%, acciaio;
- da 2 a 6,67%, ghisa.

Per ricavare il ferro e le sue leghe bisogna effettuare un processo siderurgico che ha varie fasi:
- preparazione delle materie prime
- trasformazione delle materie prime nell' alto forno in ghisa di prima fusione
- affinazione della ghisa di prima fusione in acciaio,che avviene nei convertitori
- laminazione con dei macchinari,detti laminatoi,che consentono di ottenere i semilavorati.

ALTOFORNO

L'alto forno è un grosso forno verticale di circa 40m e di diametro massimo di 14m,sorretto da una robusta incastellatura metallica(mantello)che sostiene una muratura in mattoni refrattati.Con esso si possono produrre tra le 2000 e le 4500 tonnellate di ghisa al giorno.
Le parti fondamentali dell'alto
forno sono:
- bocca
- tino
- ventre
- sacca
- crogiolo

Funzionamento dell'alto forno

Le materie prime vengono caricate dalla bocca,dove raggiungono la temperatura di 400 C,ed eliminano l'umidità.La carica solida, andando verso il basso,incontra la corrente ascendente,e l'ossigeno contenuto nell'aria reagisce con il carbone generando ossido di carbonio,anidride carbonica e sviluppando calore.Nel tino il minerale di ferro reagisce con l'ossido di carbonio:
Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2+calore.Questa reazione si chiama riduzione indiretta.Proseguendo il minerale di ferro subisce una riduzione diretta combinandosi con il carbon coke:
Fe2O3+3C=2Fe+3CO+calore.Questa reazione fornisce calore portando la temperatura a 1350C.Nel ventre il minerale raggiunge una struttura spugnosa che assobe il carbonio trasformandolo in ghisa,e la temperatura sale fino a provocare la fusione del materiale e la formazione delle prime scorie:3Fe+2CO=Fe3C+CO2.In seguito,nella sacca,dagli ugelli viene immessa dell'aria calda che completa la combustione.Infine il metallo fuso precipita nel crogiolo separandosi dalle scorie.

LA GHISA

La ghisa viene spillata dal crogiolo dell'altoforno a 1500C e versata nei carri siluro o nelle siviere per il trasporto.Essa viene ulteriormente trasformata con dei processi di fusione,nel cubilotto,con aggiunta di elementi che ne migliorano le caratteristiche.La ghisa è una lega ferro-carbonio di colore grigio,fonde a 1200C,fragile,resistente alla corrosione e dotata di una buona fusibilità.

TIPI DI GHISA E LA LORO DESIGNAZIONE

GHISA GRIGIA

Il carbono è presente con una distribuzione uniforme.E' lavorabile alle macchine utensili, resistente alla compressione, fragile, di media durezza.

GHISA BIANCA

Il carbonio è presente sotto forma di carburo di ferro.Ha una struttura argentea, fragile, durissima.Viene utilizzataper pezzi duri e per la produzione di ghise malleabili.

GHISA MALLEABILE

Questa ghisa presenta una discreta resistenza a trazione,è deformabile
,ha una buona lavorabilità alle macchine utensili e una buona saldabilità.

GHISA SFEROIDALE

Viene ottenuta dalla ghisa ordinaria con l'aggiunta di magnesio e nichel.Possiede proprietà meccaniche e tecnologiche,ha le caratteristiche di fusibilità,resistenza all'usura,alla corrosione e al calore.Essa viene utilzzata in sostituzione all'acciaio.

ACCIAIO

L'acciaio è una lega ferro-carbonio con una percentuale di carbonio inferiore al 2%.Esso viene ottenuto dalla sottrazione di carbonio dalla ghisa che si distinguono in:
- processi a carica liquida,che trattano la ghisa liquida proveniente dall'altoforno attraverso i convertitori;
- processi a carica solida,che utilizzano pani di ghisa solidi e rottami di ferro portati a fusione mediante forni.

CONVERTITORI BESSEMER E THOMAS

I convertitori sono formati da grossi recipienti di acciaio a forma di pera.La carica di ghisa liquida viene attraversata dall'aria insufflata dagli ugelli.L'ossigeno nell'aria reagisce con il carbonio della ghisa formando anidride carbonica che si elimina con i fumi,mentre la ghisa si trasforma in acciaio. L'acciaio che si ottiene da questi convertitori non è di grande qualità.

CONVERTITORE A OSSIGENO

In questo convertitore al posto dell'aria viene insufflato ossigeno.Il getto di ossigeno è puro nel sistema L.D. (Linz e Donawitz) o misto a metano nel sistema O.B.M.(Oxygen Building Metan).Nel convertitore a ossigeno è possibile aggiungere alla carica di ghisa liquida dei rottami di ferro solidi aumentando la capacità di carica e risparmiando sui costi di trasformazione. L'acciaio ottenuto da questo convertitore è di una quali tà migliore rispetto a quella precedente.

FORNO MARTIN-SIEMENS

Si tratta di un forno a riverbero, nel quale la carica è costituita da rottami di ferro mescolati a ghisa liquida.Il calore viene ottenuto dalla combustione di gas o nafta.La ghisa si decarbura sia per la presenza dei rottami di ferro sia reagendo con il refrattario della suola di rivestimento.L'operazione è molto lunga e si ottiene un acciaio di ottime qualità.

FORNO ELETTRICO AD ARCO

E' un forno nel quale la carica è costituita da rottami di ferro e pani di ghisa solida.Questi elementi vengono portati a fusione mediante il calore prodotto dagli elettrodi presenti nell'arco voltaico.Il forno elettrico ad arco risulta più adatto per la produzione di acciai speciali ad alta resistenza.

SEMILAVORATI DI ACCIAIO

L'acciaio viene messo in commercio sotto forma di semilavorati ottenuti mediante il processo di laminazione.I semilavorati hanno forme e denominazioni classificate:
- Blumi:sono barre a sezione quadrata.
- Billette:sono barre a sezione quadrata più piccole di quelle precedenti.
- Profilati:sono barre di diverse dimensioni con sezione di varie forme.
- Tubi e scatolati:sono tubi rotondi,quadrati o rettangolari di diverso spessore.
- Vergelle:sono prodotti laminati avvolti a caldo in matasse con sezione di forma diversa.
- Fili:sono prodotti laminati avvolti a caldo in matasse con sezione circolare più piccoli delle vergelle.
- Lamiere:sono prodotti laminati forniti in fogli piani quadrati o rettangolari e spessore diverso.
- Nastri:sono prodotti laminati a caldo e avvolti in rotoli.

Anonimo ha detto...

IL FERRO E LE SUE LEGHE:GHISA E ACCIAIO
Il ferro (Fe) è un elemento metallico duttibile, malleabile, magnetizzabile e si ossida facilmente. È presente in natura sotto forma di minerali (Magnetite ematite, limonite e la siderite ) ma sul mercato si trova sotto forma di leghe ferro-carbonio definite in funzione della percentuale di carbonio (da 0.008 % acciaio extradolce a 0.80; 2% acciaio extraduri).
La siderurgia è il settore della metallurgia che studia i minerali da cui si ricava il ferro e i processi tecnologici per la produzione delle leghe ferro carbonio . Le fasi del processo sono:
Preparazione: consiste nel preparare le materie prime: i minerali di ferro, il carbon fossile (detto coke è un carbone distillato ad alto potere calorifico ) e il fondente;
Trasformazione: viene effettuata dall’altoforno ;
Affinazione: viene fatta dai convertitori, forni, per ottenere l’acciaio dalla ghisa di prima fusione;
Laminazione: il metallo viene lavorato da un complesso di macchinari detti laminatoi che lavorano il metallo.
Nel processo di trasformazione che viene fatto dall’altoforno, un grosso forno alto 35/40 m e un diametro di 10/14 m sorretto da una robusta incastellatura metallica che sostiene un armatura di mattoni refrattari capaci di resistere ad alte temperature, con esso possiamo produrre da 2000 a 4500 tonnellate di ghisa. Le parti più importanti dell’altoforno sono:
- Bocca: è la parte più alta dove vengono immesse le materie prime;
- Tino : la forma tronco-conica facilita la discesa del materiale;
- ventre :parte centrale dell’altoforno dove viene raggiunto il diametro massimo;
- Sacca: ha una forma tronco conica per compensare la diminuzione del volume del materiale che inizia a fondere, nella parte inferiore sono disposti degli ugelli dove viene immessa dell’aria calda per favorire la combustione;
- Crologio : la forma cilindrica serve per racchiudere la ghisa fusa, nella parte superiore c’è una fessura da cui escono le scorie e nella parte inferiore esce la ghisa di prima fusione.


Il funzionamento dell’altoforno avviene in diversi procedimenti:
Per prima cosa l’altoforno viene caricato dalla bocca di: minerale (70%) coke( 15%) e fondente (15%) dove cominciano a riscaldarsi fino a raggiungere 400°, poi la carica ancora solida incontra la corrente ascendente dei gas ottenuti dall’aria compressa introdotta dagli ugelli. L’ossigeno reagisce con il carbonio e sviluppa calore . Nel tino il minerale di ferro comincia a reagire con l’ossido di carbonio fino a raggiungere gli 800° (
Questa reazione si chiama riduzione indiretta perché non ottenuta dal carbonio ma dall’ossido di carbonio, successivamente il minerale subisce una riduzione diretta combinandosi con il carbon coke ( ) questa operazione fornisce ancora calore fino a 1350°.
Nel ventre il minerale di ferro dopo aver subito due trasformazioni raggiunge una struttura spugnosa che favorisce l’assorbimento del carbonio trasformandosi in ghisa ( ) mentre la temperatura sale . Nella sacca viene immessa dagli ugelli aria calda che completa la combustione del coke dove la temperatura raggiunge i 1800°. Infine il metallo fuso arriva nella parte più bassa dell’altoforno dove si accumula tutta la ghisa e si separa dalle scorie che galleggiano perché più leggere uscendo dall’ uscita posta in alto e poi utilizzata, invece la ghisa viene messo in un carro siluro e vene o utilizzato per produrre l’acciaio o viene colato in pani.
I principali prodotti dell’altoforno sono:
- Scorie : dopo l’uscita dell’altoforno viene utilizzata per la costruzione di materiali coibenti, cementi, calce, mattonelle di rivestimento;
- gas povero : viene raccolto dalla bocca dell’altoforno e viene utilizzato per la produzione di energia elettrica per il consumo intero dell’impianto e per riscaldare l’aria inviata agli ugelli;
- Ghisa : una volta uscito dall’altoforno essa viene ulteriormente trasformata in un cubilitto per migliorare le caratteristiche.
Ci sono due tipi di ghise : ghisa bianca e ghisa grigia. Nella ghisa grigia
c’è una percentuale di carbonio che si distribuisce uniformemente. È lavorabile, resistente alla pressione e di media durezza. Invece dalla ghisa bianca il carbonio è presente sotto forma di carburo di ferro (cementite) ed ha una strutture argentea e non è facilmente lavorabile. Viene utilizzata per pezzi duri, non soggetti a urti. Da questo tipo di ghisa si ricava la ghisa malleabile ottenuta con un temporaneo riscaldamento (ricottura) diventando deformabile, saldabile, lavorabile con appositi utensili e una discreta resistenza alla trazione.
Dalla ghisa si può ottenere l’acciaio togliendogli una percentuale di carbonio e si distinguono in processi a carica liquida cioè trattato con la ghisa liquida oppure i processi a carica solida che utilizzano i pani di ghisa solida e rottami di ferro portati a fusione mediante forni.
Nei processi a carica liquida si usano i convertitori a ossigeno (Bessemer e Thomas oggi non utilizzati più perché non convenienti ) il più comune è il convertitore L.D. (Linz Donawitz) che ha la caratteristica di immettere al posto dell’aria ossigeno o metano (O.B.M.) con una lancia introdotta nella bocca. Questo convertitore è conveniente perché ci permette di utilizzare anche i rottami di ferro ottenendo un acciaio migliore rispetti ai vecchi convertitori perché ha una più precisa percentuale di carbonio e minori impurezze. Invece nei forni a riverbero si usa prevalentemente i rottami di ferro (70%) quasi sempre mescolati a ghisa liquida (30%) il calore viene ottenuto dalla combustione di gas o nafta per questo l’operazione è molto lunga ma ci consente di ottenere un acciaio di migliore qualità con l’agiunta di additivi. Il forno elettrico viene caricato solo da materiale solido cioè pani e rottami di ferro portati a temperatura con mediante il calore prodotto dall’arco voltaico fatto scoccare tra la carica stessa e due o tre elettrodi di grafite. Questo tipo di forno e molto più adatto per la produzione di acciai speciali ad alta resistenza.
L’acciaio viene messo in commercio sotto forma di semilavorati mediante il processo di laminazione che può essere effettuata su lingotti oppure direttamente durante il processo della colata continua.
I semilavorati sono: Blumi: sono barre a sezione quadrata o rettangolare; Billette: sono barre a sezione quadrata o rettangolare;Profilati sono barre quadrate,rotonde,rettangolare e esagonale; Tubi e scatolati:sono tubi quadrati rettangolari, e tondi; Vergelle: sono fili avvolti su se stesse a caldo e superano i 5 mm; Fili: sono fili come le vergelle ma non superano i 5 mm; Lamiere sono prodotti a fogli quadrati o rettangolari con spessore diverso; I Nastri: sono prodotti a rotoli avvolti a caldo.
Gli acciai speciali sono acciai che oltre al carbonio hanno altri elementi di lega in quantità tale da influire notevolmente sulle proprietà meccaniche e tecnologiche. Questi elementi che di solito vengono aggiunti sono: nichel cromo, molibdeno, vanadio, silicio, manganese, tungsteno e cobalto. E si classificano in:
- Acciai ternari: viene aggiunto il silicio con cui viene utilizzato per le molle;
- Acciai quaternari: viene aggiunto il cromo(18%) e il nichel (8%) e diventa un acciaio inossidabile (inox)
- Acciai complessi : si ottiene con l’aggiunta di cromo (17%) nichel (8%) e molibdeno per creare acciai resistenti al calore e alla corrosione.



Modesti Davis 2c

Francesco Anelli 2c ha detto...

IL FERRO E LE SUE LEGHE
Il ferro è un metallo che troviamo in natura sotto forma di minerale, il suo simbolo chimico è fe e la sua temperatura di fusione 1535° C. Il ferro allo stato pure è usato per la produzione della lamiera zincata e degli elettromagneti, ma sul mercato lo troviamo sotto forma di leghe (ferro-carbone) in base alla percentuale di carbone in esso, queste leghe sono:
- il ferro (acciaio extra dolce) meno dello 0,008% di carbonio;
- acciaio dolce ( chiamato comunque ferro) da 0,008 a 0,1% di carbonio;
- acciaio da 0,1 a 2% di carbonio;
- ghisa da 2 a 6,67% di carbonio.
IL PROCESSO SIDERURGICO
La siderurgia è il settore che studia i minerali da cui deriva il ferro e le sue leghe.
Il processo siderurgico con il quale si ricavano il ferro e le sue leghe è il seguente:
- preparazione: preparare le materie prime in modo adeguato;
- trasformazione: trasformare le materie prima in ghisa di prima fusione attraverso l’altoforno;
- affinazione: ottenere l’acciaio dalla ghisa di prima fusione attraverso i convertitori;
- laminazione: ottenere i semilavorati con i laminatoi;
LE MATERIE PRIME
i minerali da cui possiamo ottenere il ferro sono:
- la magnetite;
- l’ematite;
- la limonite;
- la siderite;
- la pirite.
L’ALTOFORNO
Questo è l’impianto in cui fondendo i minerali di ferro viene prodotta la ghisa. L’altoforno è un forno di grandi dimensioni che può superare gli 80 metri di altezza e ha un diametro massimo di 12 metri. È formato da varie sezioni sovrapposte di forma troncoconica o cilindrica costruite in lamiera metallica e rivestite internamente di materiale refrattario. A ogni sezione compete un certo compito nel processo di fusione. Andando dall’alto verso il basso possiamo osservare:
- la bocca di caricamento che si trova in cima all’altoforno che permette l’introduzione delle cariche ma impedisce la fuoriuscita di gas;
- il tino conico, cioè la parte di maggiori dimensioni;
- il ventre;
- la sacca;
- il crogiolo, cioè una camera cilindrica in cui troviamo gli ugelli per la ventilazione forzata, il foro di estrazione per le scorie e il foro di colata del metallo fuso.
LA CARICA DELL’ALTOFORNO
Nell’altoforno si immettono, per ottenere la ghisa, il minerale (60%); il carbon coke (25%); e il fondente (15%).
FUNZIONAMENTO DELL’ALTOFORNO
Le materie prime opportunamente preparate vengono caricate dalla bocca dove cominciano a riscaldarsi raggiungendo la temperatura di 400° eliminando l’umidità dai materiali. La carica solida nella sua discesa incontra la corrente ascendente dei gas ottenuti dall’aria compressa preriscaldata introdotta dagli ugelli ad alta velocità. L’ossigeno contenuto nell’aria comincia a reagire con l’osido di carbone sviluppando anidride carbonica e quindi calore. Nel tino il minerale di ferro comincia a reagire con l’ossido di carbonio raggiungendo la temperatura di 800°. Questa reazione viene chiamata reazione indiretta perché non ottenuta dal carbonio ma dall’ossido di carbonio
Fe2O3+3CO↔2Fe+3CO2+calore
Proseguendo nella sua discesa il minerale di ferro subisce una riduzione diretta combinandosi con il carbon coke.
Fe2O3+3C↔2Fe+3CO+calore
Questa reazione fornisce ancora calore portando i materiali alla temperatura di 1350°. Nella zona 4 il minerale di ferro, a causa delle riduzioni avvenute nei nelle due zone precedenti, raggiunge una struttura spugnosa che favorisce l’assorbimento del carbonio trasformandosi in ghisa. La temperatura continua a salire fino a provocare la fusione del materiale con la formazione delle prime scorie. La reazione chimica è la seguente:
3Fe+2CO↔Fe3+CO2
Successivamente nella zona 5 viene immessa dagli ugelli aria calda che completala combustione del coke innalzando la temperatura fino a 1800°. Il metallo fuso precipita nel crogiolo separandosi dalle scorie che galleggiano perché più leggere.
I PRODOTTI DELL’ALTOFORNO
I principali prodotti dell’altoforno sono le scorie, il gas povero e la ghisa di prima fusione.
• Scorie: sono spillate dal crogiolo dell’altoforno attraverso il foro più alto. Esse contengono le parti solide non metalliche delle cariche introdotte nell’altoforno. Sono utilizzate per la costruzione di materiali coibenti, cementi, calce, mattonelle, rivestimenti, ecc.
• Gas povero: viene raccolto nella bocca dell’altoforno alla temperatura di circa 200° C. È composto da gas ancora combustibili come ossido da carbonio (25%), idrogeno (2%), metano (0,3%), oltre ad azoto e anidride carbonica. Viene utilizzato nella produzione di energia elettrica per il consumo interno dell’impianto e per riscaldare l’aria inviata agli ugelli dell’altoforno.
GHISA
La ghisa viene spillata dal crogiolo dell’altoforno a una temperatura di circa 1500° C e versata nei carri siluro o nelle siviere per il trasposto. Questa ghisa è detta anche di prima fusione o grezza che non viene subito utilizzata, ma ulteriormente trasformata con particolari processi di rifusione in un forno più piccolo che si chiama cubilotto con aggiunta di elementi che ne migliorano le caratteristiche, ottenendo ghisa di seconda fusione che viene chiamata semplicemente ghisa.
La ghisa è una lega ferro-carbonio di colore grigio, punto di fusione circa 1200°C, non malleabile, fragile, resistente alla corrosione e dotata di una buona fusibilità.
Proprio a causa della sua buona fusibilità, la ghisa viene largamente usata nella fabbricazione di getti fusi per basamenti di macchine utensili, ad esempio i blocchi motore delle automobili.
Tipi di ghisa e loro designazione
Le ghise vengono classificate in funzione delle loro caratteristiche meccaniche. Di seguito sono elencati i principali tipi di ghisa.
Ghisa grigia
Il carbonio è presente con una distribuzione uniforme sotto forma di grafite lamellare per cui, alla frattura, la ghisa si presenta grigia. È lavorabile alle macchine utensili, resistente alla compressione, fragile, di media durezza. È molto utilizzata per getti.
Ghisa bianca
Il carbonio è presente sotto forma di carburo di ferro Fe3C. Questa ghisa ha struttura argentea, fragile, durissima e non risulta facilmente lavorabile. Viene utilizzata per pezzi duri, non soggetti a urti e per la produzione di ghise malleabili.
Ghisa malleabile
Viene ottenuta dalla ghisa bianca con un prolungato riscaldamento a temperatura adeguata. La ghisa malleabile presenta una discreta resistenza a trazione, è deformabile, ha una buona lavorabilità alle macchine utensili e una buona saldabilità.
Ghisa sferoidale
Viene ottenuta dalla ghisa ordinaria con l’aggiunta di magnesio e nichel che favoriscono la formazione di noduli di carbonio. La ghisa sferoidale possiede caratteristiche meccaniche e tecnologiche simili all’acciaio pur conservando le caratteristiche di fusibilità, resistenza all’usura, alla corrosione e al calore tipiche della ghisa. Essa viene utilizzata in sostituzione dell’acciaio per pezzi fusi che devono garantire lavorabilità, resistenza, allungamento, resilienza e saldabilità.
Acciaio
L’acciaio è una lega ferro-carbonio con una percentuale di carbonio con una percentuale di carbonio inferiore al 2%. Esso viene ottenuto dalla ghisa dell’altoforno attraverso processi di sottrazione del carbonio

Convertitori Bessemer e Thomas
I convertitori sono costituiti da grossi recipienti di acciaio a forma di pera. La carica di ghisa viene attraversata dall’aria insuflata dagli ugelli . L’ossigeno reagisce con il carbonio e forma l’anidride carboni che viene espulsa con i fumi , mentre la ghisa diventa acciaio. L’acciaio ottenuto con questi convertitori non è di grande qualità.

Convertitore a ossigeno
Questo convertitore risulta uguale ai precedenti con la differenza che qui viene insufflato ossigeno a una pressione di 8 bar. Il getto di ossigeno è puro nel sistema L.D. o misto a metano nel sistema O.B.M.. In entrambi i casi la reazione con il carbonio è molto energica. In questa situazione è possibile aggiungere alla carica di ghisa liquida anche dei rottami di ferro solidi. L’acciaio ottenuto con questo processo ha caratteristiche migliori rispetto a quello dei convertitori Bessemer e Thomas.

Forno Martin siemens
Si tratta di un forno a riverbero , nel quale la carica è costituita in prevalenza da rottami di ferro quasi sempre mescolati a ghisa liquida d’altoforno . Il calore viene prodotto dalla combustione di gas o nafta . La ghisa si decarbura sai per la presenza dei rottami di ferro , sia reagendo con il refrattario della suola di rivestimento. L’operazione e’ molto lunga e consente di ottenere acciao di qualità.

Forno elettrico ad arco
E’ un forno con carica costituita da rottami di ferro e pani di ghisa. Questi elementi vengono portati alla fusione mediante il calore prodotto dall’arco voltaico . Il forno elettrico garantisce una maggior precisione nel controllo delle condizioni di affinazione della ghisa.

Semilavorati di acciaio
L’acciaio viene messo in commercio sotto forma di semilavorati ottenuti tramite un processo di laminazione. I semilavorati hanno forme e denominazioni classificate:
• Blumi : barre di sezione quadrata
• Billette : barre di sezione quadrata più piccole dei blumi
• Profilati : barre di diverse dimensioni e sezioni
• Tubi e scatolati : sono tubi di diverso spessore
• Vergelle : prodotti laminati avvolti in matasse
• Fili : matasse di prodotti laminati con sezione circolare molto piccola
• Lamiere : prodotti laminati forniti in fogli
• Nastri : Prodotti laminati e avvolti in rotoli

Classificazione e applicazioni degli acciai
La classificazione degli acciai e particolarmente complessa quindi ci si limita a segnalare e presentare schematicamente le tre tabelle di unificazione piu’ significative:
-UNI EN 10020
-UNI EN 10027\1
-UNI EN 10027\2
ACCIAI COMUNI AL CARBONIO
Per questi acciai si ipotizza che le loro qualita’ caratteristiche dipendano dalla quantità di carbonio , quindi si ottiene la seguente classificazione in funzione della percentuale di carbonio presente:
-Acciai extra dolci : <0.008%
-acciai dolci : 0.008\0.1%
-acciai semidolci : 0.1\0.40%
-acciai semiduri . 0.40\0.55%
-acciai duri : 0.55\0.80%
-acciai extra duri : 0.80\2%

Acciai speciali
Sono acciai che contengono altri elementi di lega in quantità tali da influire notevolmente sulle proprietà meccaniche e tecnologiche.
Si dividono in:
-Acciai ternari : con l’aggiunta di un elemento
-Acciai quaternari : con l’aggiunta di due elementi
-Acciai complessi : con l’aggiunta di più di due elementi

Designazione degli acciai
L’unificazione divide gli acciai in due gruppi
Gruppo 1
La sigla di designazione comprende:
-La lettera E o S dell’alfabeto
-Un numero indicante il carico unitario di snervamento

Gruppo 2
2.1
-Lettera C
-un numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio medio
2.2
- un numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio medio
-i simboli chimici degli elementi che presenta
- i numeri che esprimono le percentuali dei principali elementi moltiplicati per diversi fattori
2.3
-lettera X
- un numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio medio
-i simboli chimici degli elementi presenti
-i numeri delle percentuali effettive dei principali elementi
2.4
-le lettere HS
-i numeri indicanti i tenori percentuali degli elementi di lega

Sabatini paolo 2C ha detto...

FERRO E LE SUE LEGHE: GHISA E ACCIAIO

Il ferro è un elemento metallico con simbolo chimico Fe ,temperature di fusione 1535 C duttile,malleabile , magnetizzabile.E’ disponibile in natura sotto forma di minerali:
Magnetite; % Fe 60-70 di colore grigio-ferro presente in Russia,Germania,Spagna,Svezia,USA
Ematite; % Fe 45-60 di colore grigio-nero o rossastro presente in Inghilterra India Spagna USA
Limonite; % Fe 25-55 di colore giallo limone presente in Francia Germania
Siderite; % Fe 30-50 di colore giallognolo presente in Francia Germania Spagna
Pirite; % Fe 25-50 di colore giallo-ottone presente in Spagna
Le fasi che costituiscono il processo siderurgico con il quale si ricava il ferro e le sue leghe sono le seguenti:

Preparazione: consiste nel preparare in modo adeguato le materie prime che sono i minerali di ferro, il carbon fossile (coke) e il calcare usato come fondente;

Trasformazione: viene effettuata nell’altoforno,grande forno verticale dove,dalle materie prime si ottiene la ghisa di prima fusione (ghisa madre)

Affinazione:avviene nei convertitori,forni che consentono di ottenere l’acciaio dalla ghisa di prima fusione;

Laminazione: viene eseguita con un complesso di macchinari detti laminatoi, che consentono di attenere mediante deformazione plastica a caldo i semilavorati (billette, blumi,barre profilate di diversa forma).

ALTOFORNO
L’altoforno è un grosso forno verticale di altezza pari a 35-40me di diametro massimo di 10-14m ,sorretto da una robusta in castellatura metallica che sostiene una muratura in mattoni refrattari con esso si possono produrre mediamente,tra le 2000 e le 4500 tonnellate di ghisa al giorno.Le parti principali dell’alto forno sono:

Bocca: si trova alla sommità dell’altoforno ed è dotata di un sistema di chiusura che permette l’introduzione delle cariche, ma impedisce la fuoriuscita dei gas. Un montacarichi inclinato (skipper) vi trasporta i materiali per il carico.

Tino: di forma tronco-conica diverge verso il basso per facilitare la discesa dei materiali.

Ventre: parte centrale dell’altoforno dove viene raggiunto il diametro massimo.

Sacca: a forma di tronco di cono rovesciato con sezione decrescente per compensare la diminuzione del volume di materia che comincia a fondere e a precipitare sotto forma di grossi goccioloni liquidi. Nella parte inferiore sono disposti gli ugelli dai quali viene insufflata l’aria calda necessaria alla combustione.

Crogiolo: di forma cilindrica serve a raccogliere la ghisa fusa.


FUSIONE DELL’ALTOFORNO

Funzionamento dell’altoforno
Le materie prime vengono caricate dalla bocca dove alla temperatura di 400° C si elimina l’umidità. l’ossigeno contenuto nell’aria reagisce con il carbonio (C) generando l’ossido di carbonio (CO) , anidride carbonica (CO2) e calore .Nel tino i materiali di ferro cominciano a reagire alla temperatura di 800C : Fe2 O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 + calore = (riduzione indiretta) .
Proseguendo la sua discesa il minerale di ferro subisce la riduzione diretta : Fe2O3 + 3C = 2Fe +3CO + calore(alla temperatura a 1350°C)
Nella zona 4 il minerale di ferro raggiunge una struttura spugnosa che favorisce l’assorbimento del carbonio trasformandosi in ghisa,la temperatura sale fino a provocare la fusione del minerale con la formazione delle prime scorie: 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2
Nella zona 5 viene completata la combustione del coke grazie all’aria calda che viene immessa dagli ugelli (1800°C) Il metallo fuso precipita nel crogiolo separandosi dalle scorie.

I PRODOTTI DELL’ALTOFORNO

-Scorie, usate per la costruzione di materiali coibenti, cementi, calce ecc.
-Gas povero, utilizzato per la produzione di elettricità

GHISA

La ghisa è una lega di ferro-carbonio, punto di fusione intorno ai 1200°C, non malleabile, fragile, resistente alla corrosione ed è dotata di una buona fusibilità, e proprio per questo viene utilizzata per la fabbricazione di getti fusi.

TIPI DI GHISA E LORO DESIGNIAZIONE

- GHISA GRIGIA (UNI 5007 – UNI ISO 185): Il carbonio è presente con una distribuzione uniforme . E’ lavorabile alle macchine utensili , resistente alla compressione , fragile , di media durezza
- GHISA BIANCA: Il carbonio è presente sotto forma di carburo di ferro . Questa ghisa è argentea , fragile, durissima e non facile da lavorare.
- GHISA MALLEABILE (UNI ISO 5922): Viene ottenuta dalla ghisa bianca . La ghisa malleabile presenta una discreta resistenza a trazione,è deformabile, ha una buona lavorabilità e una buona saldabilità.
- GHISA SFEROIDALE (UNI ISO 1083): Viene ottenuta dalla normale ghisa con l’aggiunta di magnesio e nichel. Possiede proprietà meccaniche simili a quelle dell’acciaio conservando le caratteristiche di fusibilità, resistenza all’usura ,alla corrosione e al calore della ghisa.

ACCIAIO

L’acciaio è una lega ferro-carbonio con una percentuale di carbonio con una percentuale di carbonio inferiore al 2%. Esso viene ottenuto dalla ghisa dell’altoforno attraverso processi di sottrazione del carbonio

CONVERTITORI BESSEMER E THOMAS

I convertitori sono costituiti da grossi recipienti di acciaio a forma di pera. La carica di ghisa viene attraversata dall’aria insuflata dagli ugelli . L’ossigeno reagisce con il carbonio e forma l’anidride carbonica che viene espulsa con i fumi , mentre la ghisa diventa acciaio. L’acciaio ottenuto con questi convertitori non è di grande qualità.

CONVERTITORE A OSSIGENO

Questo convertitore risulta uguale ai precedenti con la differenza che qui viene insufflato ossigeno a una pressione di 8 bar. Il getto di ossigeno è puro nel sistema L.D. o misto a metano nel sistema O.B.M.. In entrambi i casi la reazione con il carbonio è molto energica. In questa situazione è possibile aggiungere alla carica di ghisa liquida anche dei rottami di ferro solidi. L’acciaio ottenuto con questo processo ha caratteristiche migliori rispetto a quello dei convertitori Bessemer e Thomas.

FORNO MARTIN-SIEMENS

Si tratta di un forno a riverbero , nel quale la carica è costituita in prevalenza da rottami di ferro quasi sempre mescolati a ghisa liquida d’altoforno . Il calore viene prodotto dalla combustione di gas o nafta . La ghisa si decarbura sai per la presenza dei rottami di ferro , sia reagendo con il refrattario della suola di rivestimento. L’operazione e’ molto lunga e consente di ottenere acciao di qualità.

FORNO ELETTRICO AD ARCO

E’ un forno con carica costituita da rottami di ferro e pani di ghisa. Questi elementi vengono portati alla fusione mediante il calore prodotto dall’arco voltaico . Il forno elettrico garantisce una maggior precisione nel controllo delle condizioni di affinazione della ghisa.

SEMILAVORATI DI ACCIAIO

I semilavorati vengono ottenuti attraverso il processo di laminazione.
Essa può essere effettuata sui lingotti riscaldati oppure direttamente durante la colata continua dell’acciaio proveniente dai convertitori o dai forni.
I semilavorati hanno forme e denominazioni classificate:
- Blumi : barre di sezione quadrata
- Billette : barre di sezione quadrata più piccole dei blumi
- Profilati : barre di diverse dimensioni e sezioni
- Tubi e scatolati : sono tubi di diverso spessore
- Vergelle : prodotti laminati avvolti in matasse
- Fili : matasse di prodotti laminati con sezione circolare molto piccola
- Lamiere : prodotti laminati forniti in fogli
- Nastri : Prodotti laminati e avvolti in rotoli

ACCIAI COMUNI AL CARBONIO

Per questi acciai si ipotizza che le loro qualita’ caratteristiche dipendano dalla quantità di carbonio , quindi si ottiene la seguente classificazione in funzione della percentuale di carbonio presente:
-Acciai extra dolci : <0.008%
-acciai dolci : 0.008\0.1%
-acciai semidolci : 0.1\0.40%
-acciai semiduri . 0.40\0.55%
-acciai duri : 0.55\0.80%
-acciai extra duri : 0.80\2%


ACCIAI SPECIALI

Sono acciai che contengono altri elementi di lega in quantità tali da influire notevolmente sulle proprietà meccaniche e tecnologiche.
Si dividono in:
-Acciai ternari : con l’aggiunta di un elemento
-Acciai quaternari : con l’aggiunta di due elementi
-Acciai complessi : con l’aggiunta di più di due elementi

DESIGNAZIONE DEGLI ACCIAI

L’unificazione divide gli acciai in due gruppi

GRUPPO 1

La sigla di designazione comprende:
-La lettera E o S dell’alfabeto
-Un numero indicante il carico unitario di snervamento


GRUPPO 2

2.1
-Lettera C
-un numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio medio
2.2
- un numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio medio
-i simboli chimici degli elementi che presenta
- i numeri che esprimono le percentuali dei principali elementi moltiplicati per diversi fattori
2.3
-lettera X
- un numero pari a 100 volte la percentuale di carbonio medio
-i simboli chimici degli elementi presenti
-i numeri delle percentuali effettive dei principali elementi
2.4
-le lettere HS
-i numeri indicanti i tenori percentuali degli elementi di lega.

Anonimo ha detto...

Proprietà caratteristiche
dei materiali

GENERALITA
La conoscenza dei materiali rende possibile la loro applicazione nelle diverse costruzioni in modo corretto.
La tecnologia e la scienza che studia i materiali ,la composizione ,le caratteristiche,le lavorazioni necessarie per il loro impiego.
I materiali si possono dividere in tre grandi famiglie :
Materiali naturali:
sono quelli che vengono utilizzati come si trovano in natura;
Materiali naturali modificati:
sono quelli che hanno inalterata la loro composizione ma sono parzialmente modificati dal uomo.
Materiali artificiali:
sono quelli la cui composizione e completamente nuova.
Considerando ,invece le caratteristiche di comportamento si possono dividere in quattro categorie:
Metalli:
sono solidi a temperatura ambiente ,buoni conduttori,opachi alla luce,resistenti a sollecitazioni esterne.
Non metalli:
hanno una struttura amorfa, sono cattivi conduttori, poco resistenti a sollecitazioni esterne .
Leghe:
sono ottenuti mediante l'unione di più elementi presentano caratteristiche migliori degli elementi di partenza.
Miscugli:
sono costituiti dalla miscela di più elementi ,ciascuno conserva le caratteristiche originali.
Proprietà dei materiali.
Le proprietà dei materiali si dividono in :
Chimica:
riguarda la composizione chimica del materiale e la struttura interna.
Fisica.
esprime le caratteristiche legate alla natura del materiale.
Meccanica:
si riferisce alla capacità del materiale di resistere alle sollecitazioni esterne.
Tecnologica:
rappresenta l'attitudine del materiale a essere trasformato mediante la lavorazione.
Proprietà fisiche:
i materiali si dividono nelle seguenti categorie:
Refrattari:
sono quelli per i quali la temperatura di fusione e superiore a 2000 °C.
Normali:
materiali con temperatura di fusione compresa tra 500 e 2000 °C .
Basso fondenti:
materiali con temperatura di fusione inferiore a 500°C.
Massa volumica (Mv)
si definisce massa volumica il rapporto fra la massa di un corpo
espressa in kg ,e il suo volume espresso in m3.
Sono chiamate leghe leggere quelle a base di alluminio con massa volumica inferiore a 4000 kg/m3 e leghe ultra leggere quelle a base di magnesio con massa volumica inferiore a 2000 kg/m3.
Capacità termica massica
si definisce capacità termica massica a volte detta anche calore specifico la quantità di calore espressa in j necesari per innalzare di 1 °C la massa di 1kg di sostanza .
Proprietà meccaniche
Le proprietà meccaniche esprimono la capacità di un materiale di resistere a sollecitazioni provocate da forze esterne.
Queste forze esterne si possono suddividere:
Forze statiche:
sono applicate in modo costante o variano lentamente nel tempo ,la capacità di resistere a questa forza si chiama resistenza alla deformazione .
Forze dinamiche:
sono applicate in tempi brevi, la capacità di resistere a questa forza si chiama resilienza.
Forze periodiche:
sono variabili periodicamente con un andamento che si ripete costantemente ,la capacità di resistere a questa forza e detta .resistenza a fatica .
Forze concentrate:
sono applicate in zone ristrette o puntiformi ,la capacità di resistere a questa forza e detta durezza.
Forze di attrito:
si manifestano tra le superfici di contatto di due corpi mobili ,la capacità di resistere a questa forza si chiama resistenza all'usura.
Possiamo considerare diversi tipi di sollecitazione:
Trazione.
Le forze applicate sono dirette lungo l'asse e tendono ad allungarlo.
Compressione:
la forza applicata e diretta lungo l'asse del corpo e tende ad accorciarlo.
Flessione:
la forza applicata agisce su un piano perpendicolare all'asse e tende a fletterlo.
Taglio:
la forza esterna agisce in direzione perpendicolare all'asse e tende a recidere due sezioni.
Proprietà tecnologiche
definiscono l'attitudine dei materiali a essere trasformati mediante lavorazioni.
Le più importanti sono:
Fusibilità:
e l attitudine di un materiale a essere colato allo stato liquido dentro una forma per ottenere un getto di fusione.
Saldabilità:
e l'attitudine di un materiale a unirsi facilmente con un altro di uguale o diversa natura.
Truciolabilità:
e l'attitudine di un materiale a subire lavorazioni con asportazione di truciolo.
Plasticità:
e la proprietà che manifestano alcuni materiali di deformarsi permanentemente senza rompersi.
Malleabilità:
e l'attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre a caldo o a freddo in lamine senza rompersi.
Duttilità:
e l'attitudine di un materiale a lasciarsi ridurre in fili senza rompersi.
Estrudibilità:
e l'attitudine di un materiale ad assumere forme determinate senza rompersi.
Imbutibilità:
e l'attitudine di un materiale a lasciarsi deformare a freddo ottenendo corpi cavi senza rompersi.
Piegabilità:
e l'attitudine di alcuni materiali a subire l'operazione di piegatura senza rompersi.
Prove di laboratorio sui materiali
Prova di resistenza a trazione:
consiste nel sottoporre un campione di materiale a un carico di trazione applicato lentamente in modo crescente fino a determinare la rottura.
Prova a compressione:
consiste nell'applicare lentamente un carico a un campione di materiale compreso tra due piastre per studarne il comportamento.
Prova a flessione:
consiste nell'applicare gradatamente e continuamente un carico concentrato con direzione perpendicolare all'asse.
Prova di resilienza charpy:
consiste nel misurare l'energia necessaria per rompere in un sol colpo una provetta del materiale.
Prova di durezza:
consiste nell'applicare mediante uno strumento opportuno una forza f sulla superficie del campione e misurare gli effetti attraverso la profondità del impronta.

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