Appunti Metallurgia

Alcuni acciai da nitrurazione: 31CrMo12, 31CrMoV10, 34CrAlMo7, 41CrAlMo7

(Alluminio aumenta durezza, Molibdeno contrasta rigidità dall’Azoto)

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Acciai autotempranti: hanno curve CCT così spostate che si riescono a temprare in

aria (normalizzazione) e arrivano fino a 2000Mpa di resistenza

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Acciai per molle: ad un allungamento maggiore corrisponde una resistenza

maggiore, si dividono in due tipologie:

normali (vicini all’eutettoidico, snervamento modesto)

1) Acciai per molle

2) Acciai per molle bonificati (snervamento molto elevato che si avvicina al punto

di rottura grazie all’aggiunta di Silicio)

Trattamenti termici: Rinvenimento tra i 400°C e i 450°C

Molle sono anche sottoposte a pallinatura (compressione superficiale con pallini

d’acciaio di 2mm di diametro sparati a velocità elevate per alcuni minuti che

comprimono la molla aumentandone la fatica meccanica)

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Acciai per cuscinetti: oggetti sferici/cilindrici inseriti tra due anelli che ne

mantengono la coassialità, solo 14 tipi di acciai; devono resistere a forti

compressioni ed attrito quindi non bastano né la cementazione né la nitrurazione

(che vanno ad influire solo sulla superficie dell’acciaio); la loro curva CCT è spostata

leggermente a destra per via della presenza di carburi

Alcuni acciai per cuscinetti: 100Cr6 (più economico, utilizzato per le macchine),

X105CrMo17 (il più usato)

100Cr6: austenizzato tra gli 830°C e gli 860°C, in seguito c’è una ricottura con una

tempra finale; possiede una struttura bifasica di austenite e carburi che le

conferiscono 64HRC, ma una volta rinvenuto tra i 150°C e i 200°C arriva a 50HRC

- una fune è l’elemento singolo che compone un cavo e vengono

Acciai per funi: (che possiedono struttura perlitica) con l’aggiunta di altri

utilizzati acciai eutottoidici

elementi (che porta la loro percentuale di Carbonio tra lo 0,2% e lo 0,9%); la perlite

iniziale è fine, ma con un rinvenimento successivo si passa da lamelle molto sottili e

sfere che aumentano la resistenza meccanica; la temperatura massima di utilizzo è

di 200°C e per lubrificare utilizzo del piombo (che è liquido a 180°C), mentre grazie

alla zincatura aumento la resistenza alla corrosione, infine la trafilatura permette di

arrivare ad una resistenza massima di 1700Mpa (acciai per corde di strumenti

musicali arrivano fino a 2000Mpa per fare le note più acute)

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Acciai maraging: ovvero martensite-aging, è la classe di acciai più diffusa (circa

200 tipologie)

Trattamenti termici: Tempra ed aging (rinvenimento particolare)

Elementi in lega: Nichel (18%, elemento ternario), Molibdeno (3-5%, ammorbidisce

curve di resistenza), Cobalto (7-9%, contrasta corrosione), Titanio (0,2-0,6%),

(fino all’1%, nell’acciaio viene utilizzato per

Alluminio aumenta duttilità); il Carbonio

l’aging e non per la formazione di martensite (tenore allo 0,03% che è la quantità

minima per esaurire il Titanio formando carburi di titanio, ovvero l’aging, che richiede

6h a 500°C)

Ciclo termo-meccanico: Solubilizzazione a 820°C, deformazione plastica a freddo

(che è un processo di marforming) e infine un invecchiamento a 480°C per 6 ore

Proprietà: incredibile resistenza e tenacità molto elevata

Alcuni acciai maraging: 18Ni200 18Ni250 18Ni300 18Ni350 (i numeri dopo Ni sono

solo numeri commerciali)

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Acciai per utensili: vengono utilizzati diversi materiali per costruire utensili, ma gli

acciai sono quelli dai costi minori

Proprietà generiche: durezza a caldo e a freddo, elevata capacità di taglio

(mantiene il filo), resistenza ad usura, resistenza agli urti, resistenza a carichi elevati

applicati rapidamente

Tipologie di acciai:

1) acciai rapidi (lavorano ad alte velocità di taglio)

2) acciai per lavorazioni a freddo (si riscaldano molto rapidamente)

3) acciai per lavorazioni a caldo (proprietà intermedie)

Elementi in lega: Titanio, Vanadio, Tungsteno, Molibdeno, Cromo, Manganese,

Ferro e Cobalto (questi elementi si legano al Carbonio per formare carburi primari

che aumentano di molto la durezza e vengono segnati in ordine decrescente di

affinità con esso)

La morfologia dei carburi cambia in base agli elementi legati al Carbonio, ma per

mantenere il taglio nel tempo i migliori hanno forma arrotondata e si può ottenere da

Titanio, Tungsteno e Cobalto

Nelle curve CCT è presente una linea tratteggiata che mostra la formazione di

carburi primari, che dobbiamo evitare negli acciai da utensili poiché ne limitano

l’efficacia, gli acciai rapidi evitano questa curva con un raffreddamento in due mezzi

tempranti

Trattamenti termici: rinvenimento (ponendo più elementi, prima di tutto produco

carburi con l’elemento meno affine, il processo richiede più energia, ma così si

iniziano a formare anche carburi di elementi più affini, così in seguito abbasso la

temperatura, completando la formazione dei carburi più affini e ottenendone la

piccola morfologia che mi permette di evitare la formazione di carburi primari)

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Acciai per navi: ne esistono di 3 tipi, così come i tipi di scafi (fino a 50m, dai 50m ai

100m e dai 100m in su); per assemblare uno scafo servono inviti e lamiere: i primi

possiedono dei ganci che permettono di incastrarvi delle lamiere che andranno infine

(l’invito aiuta a limitare i giunti di saldatura, che sono i punti deboli degli scafi

saldate

poiché qui inizia la corrosione e si possono aprire falle) in su, mentre tra 4 e 8 c’è la

La corrosione in acqua avviene normalmente da pH=8

passivazione (con cui lo scafo non si consuma)

Due possibili tipi di corrosione: all’interno del metallo

1) Corrosione intergranulare (delle bolle di gas presenti

che separano i grani)

2) Esfoliazione (i grani si trovano orientati nella stessa direzione e si separano

per lisciviazione in acqua)

Le larghezze degli acciai per navi sono sempre tra i 1900mm e i 3300mm, ma

cambia in questo intervallo in base allo scopo della nave

Le strutture portanti e le lamiere contengono Carbonio-Manganese a cui vengono

aggiunti Cromo, Vanadio ecc… per aumentare la resistenza e diminuire le

dimensioni dei grani

Per far sì che l’acciaio sia saldabile deve rispettare una certa quantità di Carbonio

equivalente definito dalla disequazione ≤ 0,38%

C = C +

EQ 6

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Acciai per macchine: gli acciai utilizzati per le macchine sono di tipo AHSS

(Advanced High-Strength Steels) che vengono identificati da due lettere per la

tipologia di acciaio (12 in totale), poi da dei numeri che mostrano il valore minimo e

massimo di resistenza a snervamento in Mpa (minimo tra i 500 e i 600 Mpa); ogni

componente di una macchina richiede processi diversi di produzione per avere

diverse proprietà in base allo scopo finale

Ci concentriamo su telaio (saldati a laser) e carrozzeria (laminati)

Gli acciai “di terza generazione” sono TRIP e TWIP

durante una deformazione plastica parte dell’austenite diventa martensite a

TRIP:

temperatura ambiente

Il telaio deve reggere un elevato peso in maniera costante nel tempo, è formato da

un acciaio eutettoidico

ha uno snervamento basso, ma un’elevata plasticità, i rinforzi del

La carrozzeria

telaio devono avere uno snervamento alto, mentre il resto del telaio ha condizioni

intermedie

Gli acciai “di prima generazione” sono i Mild Steel (basso tenore di Carbonio,

struttura ferritica, buona resistenza a rottura)

IF: formano quasi sempre carbonitruri (per la verniciatura, non trattati termicamente,

struttura ferritica, eccellente duttilità)

BH: ipoeutettoidici con struttura ferrite-perlitica, viene temprato durante la

verniciatura, struttura ferritica e ferrite-perlitica, Carbonio è solido fino alla tempra,

buona resistenza a snervamento e rottura)

HSLA: i migliori per rapporto prestazioni/costi (carburi fini e dispersi in matrice

ferritico-perlitica, resistente a corrosione, buona saldabilità)

HS avanzati:

1. DP (Dual-Phase)

2. FB (Ferritici-Bainitici)

3. CP (Complex Phase, ha perlite fine e il cuore di martensite)

4. HF (Hot-Formed, Carbonio calibrato in base agli elementi in lega per favorire

la formazione di carburi, resiste elasticamente e ha resilienza elevata)

Al giorno d’oggi i Mild Steel e gli HSLA stanno venendo sostituiti da fibra di Carbonio

e Alluminio

RIVEDI BENE I TWIP E TRIP

- ACCIAI INOSSIDABILI

Per rendere un acciaio inossidabile si aggiunge del Cromo fino a rendere il

diagramma di stato uno ternario, ma si formano due campi aggiuntivi: uno σ (che

rende il materiale fragile) e uno γ (rende l’acciaio monostruttura, eliminando la

necessità di una tempra); il Carbonio viene mantenuto al di sotto del 0,6%, altrimenti

si potrebbero formare dei carburi di cromo che tolgono Cromo da legare al Ferro,

eliminando l’inossidabilità; si inserisce Silicio per facilitare la rimozione del pezzo

ma questo elemento porta ad un ingrossamento del campo σ.

dallo stampo,

Il diagramma di Schaeffler permette di capire la struttura dell’acciaio dalla sua

composizione chimica

Esistono 6 tipologie di acciai inossidabili:

1) Martensitici

2) Ferritici

3) Austenitici

4) Bifasici

5) A basso tenore di interstiziali (Carbonio e Azoto che a basso tenore aiuta la

tenuta del giunto saldato, sono sottocategorie degli altri 5)

6) Indurenti per precipitazione

- più Cromo mettiamo, più assottigliamo il campo γ

Acciai inossidabili martensitici:

e l’austenizzazione diventa più difficile

Trattamenti termici: tempra e rinvenimento (il Cromo sposta le curve così a destra

che possono raffreddare in aria)

Proprietà: a temperature estremamente basse dimezzano la propria resistenza

(sono pensati per essere utilizzati a temperatura ambiente)

Alcuni acciai inossidabili martensitici: 416, 420, 431, 440

-

Acciai inossidabili ferritici: hanno un tenore di Carbonio molto basso e più alto di

Cromo rispetto ai martensitici, ne esistono diverse varianti poiché la struttura ferritica

rimane tale a tutte le condizioni; nasce fase δ (struttura CCC) che a temperatura

ambiente diventa una fase α

Trattamenti termici: omogenizzazione e ricristallizzazione (rendo i grani il più piccoli

possibile)

Alcuni acciai inossidabili ferritici: 405, 430, 446

-

Acciai inossidabili austenitici: il grano è più duro e resistente di quello ferritico

poiché al loro interno ci sono linee parallele rinforzanti dette geminati; tenore di

Carbonio basso mentre il Cromo è circa al 18%; non presenta problematiche a

basse tempe