Cementite: differenze tra le versioni

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[[File:Kristallstruktur Zementit.png|thumb|Struttura ortorombica della cementite. Si notino i quattro atomi di C circondati dai 12 di Fe.]]
 
La '''cementite''' è ununa [[compostoFase intermetallico(chimica)|fase]] durodell'acciaio e fragile, costituitocostituita da [[carburo di ferro]] (93,3%nella inparticolare peso)microstruttura edi placchette depositate a [[carbonio]]Bordo (6,67%di ingrano|bordo peso)grano]].<ref>{{Cita|Smith|p. 278}}</ref> Dal punto di vista [[chimica|chimico]] si tratta, quindi, di ununa [[carburocomposto diintermetallico]] duro e fragile, costituito da [[ferro]] (93,3% in peso) e [[carbonio]] (6,67% in peso) indicato con il simbolo Fe<sub><small>3</sub>C poiché ogni cella elementare è formata da 4 atomi di C ogni 12 atomi di Fe (struttura ortorombica).<ref>{{Cita|Smith|p. 278}}</ref>
 
E' importante sottolineare il fatto che solo il carburo di ferro in questa particolare modalità di aggregazione viene denominato cementite. Quando esso si trova in cristalli lamellari alternati di [[Ferrite|fase α]] e Fe<sub><small>3</sub>C esso prende il nome di [[Perlite (metallurgia)|perlite]], mentre quando si trova in cristalli misti Austenite e fe3c, prende il nome di ledeburite.
La cementite è uno dei costituenti degli [[acciaio|acciai]]. Generalmente si considerano gli acciai come leghe ferro-carbonio, ma più correttamente andrebbero definiti come leghe "[[metastabilità|metastabili]]" ferro-cementite; la cementite infatti può decomporsi, sotto certe condizioni, nelle fasi più stabili di ferro e [[grafite]], ma per la maggior parte delle condizioni pratiche il Fe<sub><small>3</sub></small>C è molto stabile.<ref>{{Cita|Smith|p. 277}}</ref>
 
La presenza negli acciai di cementite promuove un aumento delle proprietà meccaniche di [[durezza]] e resistenza, ma di contro favorisce un comportamento fragile della lega.
 
 
==Cementite primaria, secondaria e terziaria==
 
[[File:Fe-C (Cementite).svg|thumb|upright=2.3|[[Diagramma ferro-carbonio]]. Sono indicati i campi di esistenza della cementite primaria (cm<sub>I</sub>), secondaria (cm<sub>II</sub>) e terziaria (cm<sub>III</sub>).]]
 
A seconda della percentuale di carbonio solubilizzato,presente durantenella unlega raffreddamentosi daformano elevatetre temperaturetipi diversi di cementite, siuguali parladal punto di vista chimico-fisico, ma differenti per origine:<ref>http://www.itisferentino.it/updown/vallecorsa/tec_5B/dia_fe_car.ppt</ref>
* Cementite primaria: cementite formatasi a partire dal liquido, in una ghisa ipereutettica (C > 4,3%), tramitedurante la reazionetrasformazione eutettica:<math display="block">
<math display="block">liquido\longrightarrow \gamma+Fe_3C;</math>
* Cementite secondaria: cementite formatasi grazie alla diminuzione di solubilità del carbonio nel ferro gamma, per leghe con tenore di carbonio maggiore dello 0,8% (altrimenti si rientra nel limite di solubilità). Diminuendo la temperatura, diminuiscono i valori dei parametri reticolari del ferro gamma, il quale, non può più accettare la stessa quantità di carbonio. Si osserva il fenomeno della migrazione del carbonio a bordo grano, questo poi potrà, o legarsi con atomi di ferro liberi a formare nuova cementite (secondaria appunto, o d ingrossare le lamelle di cementite presenti nell'eutettico ledeburite o nell'eutettoidico perlite, in base alla percentuale di carbonio presente;
* cementite terziaria: cementite formatasi grazie alla diminuzione di solubilità del carbonio nel ferro alfa. Tale fenomeno interessa qualunque lega ferro-carbonio. Infatti, a temperatura ambiente, la solubilità del carbonio nel ferro alfa è nulla, quindi, raffreddando fino a basse temperature, a qualunque percentuale di carbonio in lega, si osserva tale struttura.
 
==La cementite negli acciai eutettoidici==
 
Si consideri un campione di acciaio al carbonio con lo 0,81% di carbonio (acciaio eutettoidico) a 750&nbsp;°C: il pezzo avrà una struttura austenitica omogenea. Raffreddiamo fino ad una temperatura appena sopra quella eutettoidica (di 723&nbsp;°C): l'acciaio avrà ancora una struttura austenitica; riducendo ulteriormente la temperatura, l'intera struttura da austenitica diventerà lamellare, con laminette alternate di [[ferrite|ferrite-α]] e cementite; tale struttura prende il nome di [[perlite (metallurgia)|perlite]]. Continuando a raffreddare, la struttura rimarrà praticamente inalterata fino a [[temperatura ambiente]].
 
==La cementite negli acciai ipoeutettoidici==
 
Partendo invece da un campione di acciaio con tenore di carbonio più basso dello 0,81% - ad esempio con lo 0,4% di C - ad una temperatura di 900&nbsp;°C, si avrà sempre austenite omogenea. Raffreddando lentamente comincerà - nell'esempio a 775&nbsp;°C circa - a nuclearsi, principalmente lungo i bordi dei grani austenitici, della [[ferrite|ferrite proeutettoidica]]. Continuando a raffreddare, la quantità di ferrite aumenterà mentre il tenore di carbonio aumenterà dallo 0,4% fino allo 0,81%, alla temperatura di 723&nbsp;°C.<ref>La quantità di carbonio aumenta perché la solubilità di C nella ferrite è, al massimo, dello 0,025%.</ref>
A questa temperatura si ha la trasformazione eutettoidica:
 
* Cementite secondaria: cementite formatasi negli acciaio ipereutettoidici e nelle ghise ipoeutettiche dallo smiscelamento del carbonio dai cristalli di austenite. Come è facilmente visibile dal grafico Fe-C, riducendo la temperatura del composto, la solubilità del carbonio nel ferro gamma tende a diminuire. Non trovando più spazio nel reticolo cristallino, gli atomi di carbonio interstiziali migreranno a bordo grano dove, incontrando atomi liberi di ferro, creeranno il carburo di ferro.
:austenite → ferrite + cementite
 
* cementite terziaria: cementite formatasi in tutti i tipi di acciai e ghise a causa alla diminuzione di solubilità del carbonio nel ferro alfa. A 727° C la solubilità del carbonio nel ferro alfa in una lega binaria è pari allo 0.02%. A temperatura ambiente la solubilità diventa pressoché nulla, per cui, in una situazione analoga a quella della cementite II, avviene lo smiscelamento del carbonio in eccesso. Sebbene, come detto prima, si possa osservare questo tipo di cementite indipendentemente dalla % di carbonio presente nella lega, essa è anche quella presente in minor concentrazione.
==La cementite negli acciai ipereutettoidici==
 
Partendo invece da un acciaio con tenore di carbonio all'1,2% - o qualsiasi altro valore compreso tra 0,81% e 2,2% - si ha infine, il terzo caso possibile, quello degli acciai [[Ipereutettoidico|ipereutettoidici]]. Partendo da un pezzo a 950&nbsp;°C con struttura austenitica, si comincia a raffreddare fino alla comparsa di cementite secondaria, che cresce al bordo dei grani. Continuando a raffreddare fino a 723&nbsp;°C la quantità di cementite aumenterà e il tenore complessivo di carbonio dell'austenite si ridurrà fino allo 0,81%. Con un ulteriore raffreddamento oltre tale temperatura, l'austenite rimasta si trasformerà in perlite (trasformazione eutettoidica).
 
==Note==
<references />
 
==Bibliografia==
* {{cita libro | cognome= Smith | nome= William F. | titolo= Scienza e tecnologia dei materiali | editore= McGraw-Hill |ed= 2 | anno= 1995 |isbn= 88-386-0709-5 |cid= Smith |url= http://books.google.it/books?id=mETbAAAACAAJ&source=gbs_navlinks_s}}
* Gilberto Rinaldi, "Materiali per l'ingegneria - Ingegneria Aerospaziale", Ed. Scient. Siderea, Roma, 2006.
* {{cita libro | cognome= Boniardi| nome= Marco |cognome= Casaroli | Nome= Andrea | titolo= Metallurgia degli Acciai, Parte Prima | editore= Gruppo Lucefin e Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano | anno= 2017 |url= http://www.lucefin.com/wp-content/files_mf/metallurgiadegliacciai.pdf}}
 
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