Appunti II esonero di Tecnologia dei materiali

CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI IN BASE ALLA QUALITA’

Gli acciai sono leghe ferro-carbonio con un contenuto di carbonio inferiore al 2.1%, si suddividono

in base alla qualita’ in:

• acciai comuni (acciai con contenuto di impurezze abbastanza elevato e tenore non controllato

degli elemenB di alligazione);

• acciai speciali (cosBtuiscono solo un quarto della produzione totale, sono molto richiesB per

applicazioni tecnologiche complesse. Hanno bassi tenori di impurezze e tenori degli elemenB di

alligazione controllaB).

CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI IN BASE ALLA COMPOSIZIONE CHIMICA

Gli acciai, in base alla composizione chimica, possono essere suddivisi in base al tenore di

carbonio e di altri elemenB di lega:

❖acciai con basso-medio-alto tenore di carbonio che possono a loro volta essere divisi in:

❖ ❖

acciai basso-legaB acciai alto-legaB

LA DESIGNAZIONE CONVENZIONALE DEGLI ACCIAI/UNI

E’ la classificazione degli acciai che viene uBlizzata in Italia.

Designazione alfanumerica (UNI EN 10027 parte 1°).

Si considerano due gruppi principali:

❖Gruppo 1: acciai designaB in base al loro impiego ed alle loro caraPerisBche meccaniche o

fisiche.

❖Gruppo 2: acciai designaB in base alla loro composizione chimica (suddivisi in quaPro

soPogruppi)

La designazione convenzionale degli acciai/ UNI EN 10027 – Gruppo 1

Gruppo 1: acciai designaB in base al loro impiego ed alle loro caraPerisBche

meccaniche o fisiche. La designazione comprende:

un principale, che indica la caraPerisBca meccanica o fisica oppure l’impiego.

o un numero pari alla valore minimo della proprietà meccanica o fisica che deve essere

o specificata (sempre secondo normaBva).

ulteriori simboli (es. resilienza)

o

La designazione convenzionale degli acciai/UNI EN 10027 – Gruppo 2

Gruppo 2: acciai designaB in base alla loro composizione chimica (suddivisi in quaPro soPogruppi):

❖ SoPogruppo 2.1 (Mn<1%);

❖ SoPogruppo 2.2 (Mn>1%, il tenore di tuV gli elemenB di lega è < 5%);

❖ SoPogruppo 2.3 Acciai legaB (con eccezione acciai rapidi) in cui il tenore di almeno un elemento

di lega è >5%;

❖ SoPogruppo 2.4 Acciai rapidi.

La designazione convenzionale degli acciai/AISI

Secondo la classificazione AISI (usata in America) gli acciai possono suddividersi in serie diverse.

❖Acciai al carbonio (serie 1000): numero di quaPro cifre + un eventuale prefisso;

❖Acciai basso legaB: numero di quaPro cifre

❖Acciai alto legaB.

EFFETTI DEGLI ALLIGANTI SULLE CARATTERISTICHE DEGLI ACCIAI.

EffeR degli alliganS sulle caraTerisSche degli acciai: Cromo

Il cromo si distribuisce fra i singoli cosBtuenB struPurali dell’acciaio sciogliendosi in parte nella

ferrite (producendo una notevole affinazione del grano), in parte nella cemenBte Fe3C formando

un carburo doppio (Cr, F e)4C, in parte si sosBtuisce al ferro per formare i carburi di cromo Cr7C3,

Cr4C, molto stabili anche a temperature elevate.

Aumentando la percentuale di cromo si oRene:

• maggiore valore del carico unitario di roPura Rm senza influenzare sensibilmente la resilienza;

• maggiore durezza e resistenza all’usura per valori elevaB di cromo e carbonio;

• maggiore resistenza alla corrosione;

• aumento della stabilità al rinvenimento.

EffeR degli alliganS sulle caraTerisSche degli acciai: Manganese Mn

Il manganese è presente in piccoli quanBtaBvi (≈ 0.7%) in tuV gli acciai.

Il manganese in parte si scioglie nel ferro, in parte si combina con il carbonio, formando il

carburo di manganese Mn3C con proprietà simili a quelle della cemenBte F e3C.

Aumentando la percentuale di manganese si oVene:

• maggiore valore del carico unitario di roPura Rm;

• maggior durezza sia allo stato ricoPo che bonificato, senza pregiudizio per la resilienza;

• minore velocità criBca di tempra, con conseguente possibilità di impiegare fluidi da tempra meno

drasBci dell’acqua;

• forte aumento della fragilità dopo il rinvenimento per cui occorre raffreddare i pezzi, dopo il

rinvenimento a temperature maggiori di 550°C in olio o in acqua.

Percentuali di manganese superiori al 12% rendono stabile l’austenite a temperatura ambiente.

EffeR degli alliganS sulle caraTerisSche degli acciai: Nichel

In qualsiasi stato di traPamento termico dell’acciaio, il nichel si trova disciolto nella matrice,

essendo solubile sia nella ferrite, sia nell’austenite.

QualitaBvamente, l’influenza del nichel sulle caraPerisBche dell’acciaio è equivalente a quella del

manganese, mentre quanBtaBvamente risulta meno sensibile.

Affinché l’austenite risulB stabile a temperatura ambiente occorre un tenore di nichel del 25%.

Aumentando la percentuale di nichel si oRene:

• aumento della temprabilità e, quindi, diminuzione della velocità criBca di tempra;

• diminuzione della sensibilità al surriscaldamento;

• maggiore valore del carico unitario di roPura Rm;

• aumento della durezza dell’acciaio ricoPo e bonificato, senza negaBve influenze sulla

resilienza;

• maggior resistenza alla corrosione.

EffeR degli alliganS sulle caraTerisSche degli acciai: Silicio

Il silicio entra in soluzione solida con il ferro e forma composB intermetallici, deV siliciuri: FeSi, F

e2Si, Fe3Si, Fe3Si2.

Il silicio, come il manganese, è presente in tuV gli acciai, anche se in quanBtà modesta (<0.4%), ed

è uBle per la sua azione disossidante.

Aumentando la percentuale di silicio si oRene:

• diminuzione della velocità criBca di tempra;

• diminuzione della capacità di deformazione a caldo, di enBtà quasi trascurabile per gli usuali

tenori di silicio;

• notevole diminuzione della deformabilità a freddo, tanto che per una percentuale dello 0.2% di

silicio si ha già una sensibile influenza sull’imbuBbilità;

• maggior carico unitario di roPura;

• maggior carico unitario al limite di elasBcità in tuPe le condizioni di traPamento termico; •

maggior resistenza all’usura;

• maggior temprabilità;

• maggior resistenza all’ossidazione a caldo, parBcolarmente notevole in presenza di cromo ed

alluminio, per fenomeni di passivazione.

GLI ACCIAI DA COSTRUZIONE DI USO GENERALE

Essi si dividono in:

❖ Acciai di base - non contengono elemenB microleganB, vengono disBnB in base alle loro

caraPerisBche meccaniche o all’impiego e sono uBlizzaB in varie applicazioni;

❖ Acciai di qualità - prevedono invece l’aggiunta di elemenB micro-leganB oppure l’adozione di

specifiche operazioni nel processo di fabbricazione allo scopo di migliorare la resistenza meccanica

o alcune caraPerisBche tecnologiche.

GLI ACCIAI SPECIALI DA COSTRUZIONE/BONIFICA

Gli acciai da bonifica vengono impiegaB dopo tempra e rinvenimento a 600-620° che conferisce

loro una microstruPura dePa martensite rinvenuta o sorbite di rinvenimento che presenta la

massima tenacità staBca oltre che oVme caraPerisBche di resilienza e di resistenza staBca e a

faBca. Il tenore di carbonio varia dallo 0.2% (maggiore duVlità, saldabilità ma minore resistenza)

allo 0.6% (maggiore resistenza ma minore duVlità) per cui il Bpo con lo 0.4% di C presenta il

miglior compromesso fra tali caraPerisBche.

GLI ACCIAI SPECIALI DA COSTRUZIONE/AUTOTEMPRANTI

Acciai autotempranB sono acciai in grado di assumere la struPura martensiBca per semplice

raffreddamento in aria calma grazie alla presenza di uno o più elemenB leganB: il tenore

complessivo deve essere superiore al 5% e minore del 7% per gli acciai da costruzione per evitare

che la lega si tempri anche dopo ricoPura.

GLI ACCIAI SPECIALI DA COSTRUZIONE/DA CEMENTAZIONE

Gli acciai da cementazione vengono scelB fra quelli a basso tenore di C (<0.2%) per garanBre

un’oVma duVlità al cuore del pezzo e favorire la diffusione di tale elemento proporzionale al suo

gradiente.

GLI ACCIAI SPECIALI DA COSTRUZIONE/DA NITRURAZIONE

Gli acciai da nitrurazione sono acciai che, dopo un traPamento di bonifica, subiscono il traPamento

termochimico di nitrurazione, mediante il quale si oVene un indurimento dello strato superficiale

facendo diffondere l’azoto.

GLI ACCIAI SPECIALI DA COSTRUZIONE/ACCIAI PER MOLLE

Gli acciai per molle devono avere un elevato limite di elasScità e di faSca unitamente ad una

discreta resilienza e possono essere acciai semplici o legatI.

GLI ACCIAI SPECIALI DA COSTRUZIONE/PER CUSCINETTI

Sono caraPerizzaB da elevata lavorabilità (allo stato ricoPo) e da elevata durezza (dopo tempra).

GLI ACCIAI PER UTENSILI

Gli acciai da utensili vengono suddivisi in base al loro impiego in tre categorie principali: acciai

rapidi, acciai per lavorazioni a caldo, a freddo e acciai al carbonio.

GLI ACCIAI PER UTENSILI/ELEMENTI CARATTERISTICI

Sono normalmente acciai ad elevato contenuto di C (molto spesso > 0.6%) associato ad elemenB

carburigeni come il W, Mo, V, Cr, Co ed ad altri elemenB di lega come Mn e Si.

ACCIAI RAPIDI

Gli acciai rapidi sono uBlizzaB per realizzare utensili da taglio ad alta velocità, Si disBnguono in:

❖acciai superrapidi – (cobalto in tenori dall’8 al 10%) uBlizzaB per lavorare ad alte velocità acciai

molto duri, ma l’elevata durezza non li rende resistenB a sollecitazioni dinamiche(urB, faBca, ecc..);

la durezza ad alta T viene conferita dalla presenza di cobalto nella matrice e dei carburi VC.

❖acciai rapidi propriamente deV;

❖acciai semi-rapidi.

Gli acciai rapidi e semi rapidi, consentono velocità di taglio inferiori ma sono più tenaci: quindi

possono essere usaB per utensili soPoposB a urB o vibrazioni.

TraTamenS termici prima di lavorazioni e formature

Il traPamento termico più uBlizzato per questo scopo sarà la ricoPura completa , che comporta un

riscaldamento al di sopra di Ac3 per un tempo sufficiente, seguito da un raffreddamento molto

lento che assicura la decomposizione di g in ferrite e cemenBte globulare.

TraTamenS termici per l’impiego

Dopo la tempra la struPura sarà composta da martensite, austenite residua e carburi.

TraTamenS superficiali degli acciai per utensili

Per aumentare le proprietà della superficie degli utensili (resistenza all’usura ed alla faBca) si

possono effePuare diversi traPamenB superficiali: nitrurazione, cromizzazione, borurazione,

rivesBmenB a base di carburi, nitruri o boruri.

GLI ACCIAI PER LAVORAZIONI A CALDO

QuesB acciai sono caraPerizzaB in genere da un tenore di carbonio relaBvamente basso (0.2-

0.6%),tenori di tungsteno compresi tra il 2 ed il 10%, che conferiscono durezza, e percentuali

inferiori di cromo, molibdeno e vanadio, che conferiscono tenacità.

Altri elemenB vengono ulteriormente aggiunB per elevare la durezza (W, Mo, Cr) e la resisten