Che cos'è una fase della lega? Capire le fasi delle leghe metalliche

Una fase di lega si riferisce a una porzione distinta, fisicamente e chimicamente uniforme di una lega metallica con proprietà e struttura specifiche. In metallurgia, la comprensione delle fasi della lega è fondamentale perché determinano il comportamento meccanico, termico e chimico del materiale. Le fasi presenti in una lega influenzano la durezza, la duttilità, la resistenza alla corrosione e la risposta ai trattamenti termici, rendendo la conoscenza delle fasi essenziale per ingegneri, progettisti e metallurgisti.

Definizione di fase di lega

Una fase di lega è una regione all'interno di un sistema metallico che presenta una composizione e una struttura uniformi. Ogni fase può essere una soluzione solida, un composto intermetallico o talvolta una fase liquida nelle leghe fuse. Le fasi sono identificate dalla loro struttura cristallina, dalla composizione chimica e dalle proprietà fisiche. In una singola lega possono coesistere più fasi, formando quella che viene definita una lega multifase.

Tipi di fasi della lega

Le fasi della lega possono essere generalmente classificate in diverse categorie:

1. Fasi della soluzione solida: Una soluzione solida è una fase in cui un elemento è disciolto nel reticolo cristallino di un altro. Ne esistono due tipi principali:

- Soluzione solida sostitutiva: Gli atomi del soluto sostituiscono gli atomi del solvente nel reticolo.

- Soluzione solida interstiziale: Gli atomi più piccoli si inseriscono negli spazi interstiziali del reticolo del solvente.

2. Fasi intermetalliche: Si tratta di composti formati tra due o più metalli con una stechiometria specifica e una struttura cristallina ordinata. Le fasi intermetalliche sono solitamente dure e fragili, ma possono migliorare la resistenza alle alte temperature.

3. Fasi eutettiche: Nelle leghe che si solidificano a partire da una fusione, le fasi eutettiche si formano a una specifica composizione e temperatura in cui due o più fasi solide crescono simultaneamente dal liquido, creando una microstruttura fine che può migliorare le proprietà meccaniche.

4. Martensitica e altre fasi di trasformazione: Alcune leghe, come gli acciai, possono formare martensite o bainite attraverso un rapido raffreddamento. Queste fasi derivano da trasformazioni senza diffusione e influenzano in modo significativo la durezza e la resistenza.

Diagrammi di fase

I diagrammi di fase sono rappresentazioni grafiche che mostrano quali fasi sono stabili a temperature, composizioni e talvolta pressioni diverse. Sono strumenti essenziali in metallurgia per prevedere il comportamento delle leghe. I diagrammi più comuni includono:

- Diagrammi di fase binari (due elementi)

- Diagrammi di fase ternari (tre elementi)

- Diagrammi isotermici e di temperatura-composizione

Utilizzando i diagrammi di fase, gli ingegneri possono determinare le sequenze di solidificazione, i limiti di solubilità e le strategie di trattamento termico.

Importanza delle fasi della lega

Le fasi presenti in una lega ne determinano le proprietà:

- Proprietà meccaniche: Durezza, resistenza alla trazione e duttilità dipendono fortemente dalla microstruttura e dalle fasi.

- Resistenza alla corrosione: Alcune fasi sono più suscettibili alla corrosione; il controllo della distribuzione delle fasi migliora la durata.

- Risposta al trattamento termico: La conoscenza delle fasi consente un controllo preciso dei processi di ricottura, tempra e rinvenimento per ottenere le proprietà desiderate.

- Resistenza all'usura e alla fatica: Fasi come i carburi o le intermetalliche aumentano la resistenza all'usura e la resistenza alla fatica ad alti cicli.

Come si controllano le fasi

Le fasi della lega sono controllate attraverso:

- Regolazione della composizione: Cambiando la percentuale di elementi in una lega si modificano i tipi e le quantità di fasi.

- Trattamenti termici: Le velocità di riscaldamento e raffreddamento influenzano le trasformazioni di fase, consentendo agli ingegneri di perfezionare la microstruttura.

- Lavorazione meccanica: La tempra, la laminazione e la forgiatura possono alterare la morfologia e la distribuzione delle fasi.

Esempi di fasi di lega nelle leghe comuni

- Acciaio: Ferrite, perlite, austenite, martensite, bainite

- Leghe di alluminio: Fase alfa (ricca di Al), fase beta (Mg2Si), intermetallici come AlCu

- Leghe di nichel: Gamma prime (Ni3(Al,Ti)) nelle superleghe, fasi di carburo (MC, M23C6)

Domande correlate

Che cos'è una soluzione solida nelle leghe?
Una soluzione solida è una lega monofase in cui gli atomi del soluto sono uniformemente distribuiti nel reticolo del solvente, sia in sostituzione che interstizialmente.

Perché le fasi della lega sono importanti?
Le fasi della lega determinano la resistenza meccanica, la duttilità, la resistenza alla corrosione e il comportamento al trattamento termico, rendendole cruciali per la progettazione di materiali affidabili.

Come si possono modificare le fasi della lega?
Le fasi della lega possono essere controllate regolando la composizione, eseguendo trattamenti termici e applicando processi meccanici come la laminazione o la forgiatura per modificare la microstruttura.