Durante il processo di calcinazione, il meccanismo microscopico per cui la "sovra-combustione" porta a una diminuzione della densità reale è principalmente legato all'ossidazione o alla fusione dei bordi dei grani, alla crescita anomala dei grani e al danneggiamento strutturale, come analizzato in dettaglio di seguito:
- Ossidazione o fusione dei bordi dei grani: perdita di forza del legame intergranulare
Formazione di fasi eutettiche a basso punto di fusione: Quando la temperatura di calcinazione supera il punto di fusione degli eutettici a basso punto di fusione presenti nel materiale, la struttura eutettica ai bordi dei grani fonde preferenzialmente, formando una fase liquida. Ad esempio, nelle leghe di alluminio possono formarsi sfere rifuse o zone triangolari rifuse, mentre negli acciai al carbonio possono verificarsi ossidazione dei bordi dei grani o fusione localizzata.
Penetrazione di gas ossidanti: ad alte temperature, i gas ossidanti (come l'ossigeno) diffondono verso i bordi dei grani e reagiscono con gli elementi presenti nel materiale, generando ossidi. Questi ossidi indeboliscono ulteriormente la forza di legame intergranulare, portando alla separazione dei grani.
Danni strutturali: In seguito alla fusione o all'ossidazione dei bordi dei grani, la resistenza del legame intergranulare diminuisce significativamente, con conseguente formazione di microfratture o pori all'interno del materiale. Ciò riduce la massa effettiva per unità di volume, determinando una diminuzione della densità reale. - Crescita anomala dei grani: aumento dei difetti interni
Ingrossamento dei grani dovuto al surriscaldamento: la sovracottura è spesso accompagnata da surriscaldamento, in cui temperature di riscaldamento eccessivamente elevate o tempi di mantenimento prolungati causano una rapida crescita dei grani di austenite. Ad esempio, gli acciai al carbonio possono sviluppare strutture di Widmanstätten dopo la sovracottura, mentre gli acciai per utensili possono formare ledeburite a forma di lisca di pesce.
Aumento dei difetti interni: i grani grossolani possono contenere più difetti come dislocazioni e vacanze, che riducono la densità del materiale. Inoltre, durante la crescita dei grani possono formarsi pori gassosi o microfratture, riducendo ulteriormente la massa per unità di volume.
Riduzione della massa effettiva: la crescita anomala dei grani determina una struttura interna lassa nel materiale, riducendo la massa effettiva per unità di volume e causando quindi una diminuzione della densità reale. - Danni microstrutturali: deterioramento delle proprietà del materiale
Sfere rifuse e zone triangolari rifuse: nelle leghe di alluminio e in altri materiali, la sovracottura può portare alla formazione di sfere rifuse o zone triangolari rifuse ai bordi dei grani. La presenza di queste regioni interrompe la continuità del materiale e aumenta la porosità.
Allargamento dei bordi dei grani e microfratture: Dopo la sovraccarica, i bordi dei grani possono allargarsi a causa dell'ossidazione o della fusione, accompagnati dalla formazione di microfratture. Queste microfratture possono penetrare attraverso il materiale, causando una diminuzione della densità reale.
Irreversibilità delle proprietà: il danno microstrutturale causato dalla sovraccarica è in genere irreversibile e persino un successivo trattamento termico potrebbe non ripristinare completamente la densità originale del materiale.
Esempi e verifica
Sovracottura delle leghe di alluminio: quando la temperatura di riscaldamento delle leghe di alluminio supera la loro temperatura eutettica di bassa fusione, i bordi dei grani si ingrossano o addirittura si fondono, formando sfere rifuse o zone triangolari rifuse. La presenza di queste regioni riduce significativamente la densità reale del materiale, causando al contempo un netto calo delle proprietà meccaniche.
Sovracottura degli acciai al carbonio: Dopo la sovracottura, gli acciai al carbonio possono presentare inclusioni come ossido di ferro o solfuro di manganese ai bordi dei grani, che indeboliscono la resistenza del legame intergranulare e portano alla separazione dei grani. Inoltre, la sovracottura può innescare la formazione di strutture di Widmanstätten, riducendo ulteriormente la densità del materiale.
Data di pubblicazione: 27 aprile 2026