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Infragilimento da rinvenimento negli acciai legati

1920
Analisi metallurgica degli acciai legati con particolare attenzione all'infragilimento da tempra in laboratorio.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

La fragilità da rinvenimento è una riduzione della tenacità di alcuni materiali lega Questo fenomeno si verifica negli acciai mantenuti o raffreddati lentamente all'interno di un intervallo di temperatura specifico (circa 375–575 °C). Tale fenomeno è determinato dalla segregazione di elementi di impurità (ad esempio, fosforo, stagno, antimonio) ai bordi dei grani, che indebolisce la coesione tra i grani e favorisce la frattura intergranulare.

Il meccanismo di infragilimento da rinvenimento è un classico esempio di segregazione all'equilibrio. A temperature elevate, gli atomi di impurità si dissolvono all'interno dei grani metallici. Quando l'acciaio si raffredda nell'intervallo di infragilimento, queste impurità diventano meno solubili e trovano energeticamente favorevole migrare verso l'esterno. alta energia regioni dei bordi dei grani. Alcuni elementi di lega, come il manganese e il nichel, possono co-segregarsi con le impurità, esacerbando l'effetto. Il risultato è un aumento drastico della temperatura di transizione duttile-fragile (DBTT), il che significa che l'acciaio può fratturarsi in modo fragile a temperature in cui dovrebbe essere tenace.

Una caratteristica fondamentale dell'infragilimento da rinvenimento è la sua reversibilità. Se un componente infragilito viene riscaldato a una temperatura superiore all'intervallo critico (ad esempio, >600 °C) e poi raffreddato rapidamente (tempra), le impurità vengono ridisciolte nei grani e la tenacità viene ripristinata. Questa scoperta ha rappresentato una novità cruciale nella metallurgia fisica, dimostrando che le proprietà meccaniche non erano statiche ma potevano essere degradate da sottili cambiamenti, dipendenti dal tempo, nella microchimica alle interfacce interne. Ha portato a importanti cambiamenti nelle pratiche di produzione dell'acciaio e di trattamento termico per componenti di grosso spessore.

UNESCO Nomenclature: 3308
- Scienza dei materiali

Tipo

Processo fisico

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • sviluppo di acciai legati aggiungendo elementi come cromo, nichel e manganese
  • progressi nella metallografia per la visualizzazione della microstruttura dei metalli
  • comprensione dei processi di diffusione nei solidi (leggi di Fick)
  • domanda industriale di acciai ad alta resistenza per applicazioni come cannoni, caldaie e turbine
  • sviluppo di test meccanici standardizzati come il test di impatto Charpy per quantificare la tenacità

Applicazioni

  • controllo rigoroso delle procedure di trattamento termico per grandi pezzi forgiati in acciaio come rotori di turbine e recipienti a pressione
  • specifica di gradi di acciaio ad alta purezza con bassi livelli di p, sn, sb e per applicazioni critiche
  • sviluppo di leghe contenenti molibdeno o tungsteno, che aiutano a eliminare le impurità e a mitigare la segregazione
  • analisi dei guasti dei componenti industriali che operano nell'intervallo di temperatura di fragilizzazione

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • ‘grain boundary engineering’ to create specific boundary types that are inherently resistant to impurity segregation
  • nanoparticles designed to actively scavenge and trap impurity elements within the grains
  • piattaforme di progettazione computazionale delle leghe (ad esempio, calphad) per prevedere la suscettibilità alla fragilità da tempra a partire dai primi principi
  • advanced heat treatment cycles that ‘pre-condition’ grain boundaries to make them less favorable for segregation
  • sensori in situ che monitorano i cambiamenti nella resistività elettrica per rilevare l'inizio della segregazione delle impurità
  • modifica della superficie basata sul laser per creare uno strato esterno a grana fine e resistente alla fragilità
  • sviluppo di acciai autoriparanti contenenti microcapsule che rilasciano agenti che assorbono le impurità quando si forma una crepa
  • utilizzo di leghe ad alta entropia prive di tradizionali bordi di grano, evitando così il meccanismo di segregazione
  • ‘de-embrittlement’ services using rapid induction heating for life extension of aged components
  • Microscopia basata sull'intelligenza artificiale che identifica e quantifica automaticamente le superfici di frattura intergranulare
Correlato a: infragilimento da tempra, acciaio legato, confine del grano, segregazione, tenacità, trattamento termico, frattura intergranulare, fosforo, impurità, metallurgia.

Contesto storico

Infragilimento da rinvenimento negli acciai legati

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1924

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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