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Infragilimento da rinvenimento negli acciai legati

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

L'infragilimento da rinvenimento è una riduzione della tenacità di alcuni acciai legati causata dal mantenimento o dal lento raffreddamento a una temperatura specifica (circa 375–575 °C). Questo fenomeno è causato 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. Man mano che l'acciaio si raffredda fino a raggiungere l'intervallo di infragilimento, queste impurità diventano meno solubili e trovano energeticamente favorevole migrare verso le regioni ad alta energia dei bordi dei grani. Alcuni elementi di lega, come manganese e nichel, possono co-segregare con le impurità, aggravando l'effetto. Il risultato è un drastico aumento 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:

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