Lezione 16 sugli acciai speciali da costruzione

ACCIAI SPECIALI DA COSTRUZIONE

LEZIONE 16

Sono acciai con caratteristiche meccaniche più elevate ed è

importante garantire la composizione chimica. Se abbiamo un

materiale destinato a trattamento termico non possiamo prendere

un materiale con certificazione sulle caratteristiche meccaniche

perché saranno ottenute dopo il trattamento. Si potrebbero

acquistare acciai bonificati già trattati, anche se non viene fatto

molto poiché più impegnativo da lavorare alle macchine utensili.

Acciai da bonifica -> acciai destinati a subire trattamento di tempra

e rinvenimento. La prima cosa che devono assicurare questi acciai è

la temprabilità (prendere tempra a cuore). Possibilmente usando un

mezzo non troppo aggressivo per evitare di avere cricche da

tempra. Bisogna spostare verso destra le curve CCC. Per farlo posso

aggiungere carbonio. Se ho bisogno di un acciaio da temprare devo

aumentare carbonio oltre sopra lo 0,2% che blocca quindi la

saldatura.

Il boro migliora la temprabilità.

Abbiamo 4 sottoclassi:

• Al solo carbonio

• Al cromo e molibdeno, cromo e vanadio (Cr-Mn, Cr-V) -> il cromo è

il miglior elemento. L’aggiunta di 2 elementi ha miglior effetto

rispetto a 1 di maggiore quantità. Quindi si aggiunge solitamente

molibdeno al cromo. La percentuale di elementi di lega varia

dall’1% al 1,7%. Aumentando gli elementi in lega è possibile ridurre

il tenore di C e quindi ottenere acciai con tenacità migliore.

• Al nichel, cromo e nichel, cromo, molibdeno -> considerando

quanto detto sopra se aggiungiamo un minimo di nichel

aumentiamo la tenacità. La quantità di elementi immessi in lega è

molto piccola.

• Microlegati al boro (5-30 ppm) -> il boro viene aggiunto in

quantità ridotta (5-30 ppm), per evitarne gli effetti dannosi sulla

tenacità. Produce lo stesso risultato di tenori ben maggiori di

elementi molto più costosi. L’azione favorevole si esplica

soprattutto in acciai a basso contenuto di carbonio, totalmente

calmati per ridurre la quantità di azoto libero che altrimenti ne

pregiudicherebbe l’efficacia. Per la loro alta temprabilità, l’utilizzo

degli acciai al boro a basso tenore di carbonio permette di avere

una migliore tenacità rispetto agli acciai tradizionali a più alto

contenuto di carbonio, a pari resistenza meccanica.

Da ricordare: effetto sinergico degli elementi di lega sull’aumento

della temprabilità degli acciai! Meglio piccole quantità di più

elementi che un solo elemento in quantità elevata!

Acciai autotempranti -> Se il tenore degli elementi di lega (Cr, Mo,

Ni) supera il 5÷7% le curve CCC risultano talmente spostate verso

destra che l’acciaio assume struttura martensitica per

raffreddamento in aria (normalizzazione). Martensite finish può

finire sotto temperatura ambiente e porta quindi il rischio di avere

austenite residue instabile. Significa che viene mantenuta nella sua

struttura perché la trasformazione martensitica porterebbe un

aumento di volume del 4% che non può avvenire. L’utilizzo di questi

acciai è costoso sia per gli elementi in lega sia per la delicatezza dei

trattamenti per togliere l’austenite residua.

Con la nitrurazione attraverso uno strato sottile di nitruro ottenuti

con una corrente di ammoniaca. Si usano nelle stesse applicazioni

degli acciai cementati ma dove serve un po’ più di prestazione.

Acciai da nitrurazione -> Sono destinati all’indurimento superficiale

per nitrurazione dopo tempra e rinvenimento a circa 600°C. Dopo

nitrurazione si ottiene uno strato superficiale durissimo (fino a

1000HV) ma molto sottile (0.1÷0.2mm) e fragile che limita,

unitamente al costo del ciclo molto lungo, la possibilità di utilizzo di

questi acciai. Di contro gli acciai nitrurati hanno un range di

temperature di impiego maggiore dei cementati. Hanno C tra

0.29÷0.43%, presenza di Al che forma nitruri e favorisce

l’assorbimento e la diffusione dell’azoto, Cr (conferisce durezza e

maggiore temprabilità) Mo (riduzione della fragilità da

rinvenimento.

Acciai da cementazione -> Sono destinati al trattamento di

indurimento superficiale per arricchimento di C e successiva tempra

e rinvenimento o distensione. Dopo il trattamento si ottiene uno

strato superficiale molto duro e resistente all’usura (63HRc), un

cuore molto tenace con resistenza a trazione di 540-1180MPa negli

acciai al solo C, fino a 1570MPa in quelli legati. Hanno basso C (max

0.23%, in genere < 0.2%) per mantenere buona tenacità a cuor.

Possono essere al solo C o legati con Mn-Cr, Cr-Mo, Ni-Cr, Ni-Cr-Mo

per i pezzi di maggiori dimensioni per aiutare la penetrazione della

prima tempra a cuore. Se i pezzi hanno spessore elevato la prima

tempra viene effettuata in Sali fusi per evitare cricche da tempra.

Acciai per molle -> le molle sono dispositivi usate per assorbire la

sollecitazione in modo elastico. Quando si cerca un acciaio per

molle dobbiamo aumentare tanto più riusciamo il carico di

snervamento anche a discapito del rapporto snervamento rottura

(anche attorno a 0,8 o 0,9). I metodi per aumentare il carico di

snervamento sono lavorare sulla chimica (aumentare carbonio e/o

elementi di lega), incrudire e trattare termicamente (andare verso

struttura martensitiche). Il silicio è molto impiegato in questi acciai

proprio perché aumenta di molto il carico di snervamento. Accetto

che la tenacità sia bassa.

Acciai per cuscinetti a rotolamento -> Va ad abbassare i fenomeni di

attrito mantenendo in posizione due oggetti che sono in moto

relativo uno all’altro. Si trasforma attrito radente in attrito volvente.

Le palline sono sottoposte a compressione ed usura quindi devo

aumentare la durezza (sempre aggiungendo carbonio).