Acciai rapidi, cobalto

ACCIAI RAPIDI AL COBALTO

Francesca Macchioni

Acciai rapidi (High-Speed Steel-HSS)

⎼ Definizione

⎼ Classificazione

Trattamenti termici e microstruttura

Acciai super rapidi al cobalto

⎼ Effetto del cobalto negli acciai rapidi

⎼ Aspetti negativi dell'utilizzo del cobalto negli acciai rapidi

⎼ Alternative al cobalto negli acciai rapidi

Acciai rapidi: definizione

Acciai per utensili in grado di:

• mantenere la loro durezza a temperatura elevata (red hardness);
• conferire un'inusuale resistenza all'addolcimento fino a 600 °C;
• lavorare materiali ad alta velocità di taglio.

Leghe Fe-C con Cr, V, Mo, W (o loro combinazioni) e, in alcuni casi, quantità sostanziali di Co.

Acciai rapidi: classificazione

• Acciai semi rapidi, per medie e basse velocità di taglio (v = 15 m/min su materiale con R = t m500 MPa);
• Acciai rapidi: si distinguono dagli acciai super rapidi per l'assenza del Co, acquistando maggiore

tenacità; • Acciai super rapidi: riconoscibili per la presenza del Co e adatti ad alte velocità di taglio (v = 40 m/min su materiale con R = 500 t mMPa) ma non a utensili sottoposti a urti. Acciai rapidi: trattamenti termici  Il numero di reazioni di precipitazione e di trasformazione di fase è molto simile nei diversi tipi di HSS;  i carburi formati sono di tipo MC, M C, M C e, in alcuni casi, 2 6M C . 23 6 Dissoluzione dei carburi metallici che riprecipitano nella matrice come carburi secondari rifiniti 1180-1300°C Tempo ridotto per evitare per 1/2 min la crescita del grano 800-900°C per 4/5 h 650 °C 550 °C bagno di sali rinvenimento Conversione dell’austenite residua in martensite e creazione di carburi secondari Martensite + 25/30% Austenite tempra in olio Fig. 1 - Esempio di trattamento termico per acciai rapidi Acciai rapidi: microstruttura Fig. 2 - Esempio di HSS austenitizzato a 1150 °C e successivamente temprato in olio. - Carburi (M6C, M = Mo

e W,e VC) in eccesso non sciolti,in una matrice di martensite;- grana molto fine;- i limiti del grano austeniticoprecedente sono delineatidai carburi in eccesso.

Effetti del cobalto negli acciai rapidi

Aumento della durezza (anche ad alta T)• Aumento della forza di legame tra gli atomi: innalzamento dellatemperatura di ricristallizzazione e inibizione dell’addolcimento del Cdurante la ricottura (cambiamenti delle proprietà della soluzionesolida);• cambio della microstruttura:

1. aumento dei carburi secondari più piccoli: ↓ velocitàdi crescita e ↑ velocità di nucleazione;
2. minore tendenza dei carburi a coalescere (per laridotta mobilità di W e C);
3. inibizione della crescita della cementite durante la tempra.

Effetti del cobalto negli acciai rapidi

Resistenza alla tempra• L’aggiunta di Co diminuisce le velocità di crescita e dicoalescenza dei carburi;Co è un elemento gammageno e innalza M (accelera

La strasformazione dell'austenite residua rende la fase martensitica più stabile, inibendo la rottura della martensite stessa a più elevati valori di temperatura.

Proprietà magnetiche e proprietà termiche: il cobalto cambia le proprietà magnetiche degli acciai, con conseguente rallentamento della velocità di diffusione (oltre la temperatura di Curie, il materiale rimane ferromagnetico inibendo la diffusione).

Aspetti negativi dell'utilizzo del cobalto:

• Prezzi elevati e instabili

Repubblica Democratica del Congo:

• 50% batterie al litio (crescita annua del 13%)
• 98% come sottoprodotto delle superleghe ad alta prestazione (crescita annua del 3.4%)

miniere di Ni e Cu