Appunti completi e precisi corso di Metallurgia

B per cemento armato * 2

⁄

Y per cemento armato precompresso Carico unitario di rottura in (^)

R per rotaie ^

Ricorda

In questi acciai i valori sono molto vicini

Gruppo II

Acciai non legati: sono acciai che hanno solo carbonio e tracce di manganese minori dell’1%. La

designazione deve comprendere la lettera C e un numero pari a 100 volte il tenore percentuale di

carbonio.

Esempio

C30 è un acciaio non legato con tracce di manganese e ha lo 0,3% di carbonio (ipoeutettoidico).

Acciai legati: sono acciai che hanno una percentuale di manganese superiore all’1% e hanno altri

elementi che hanno una percentuale inferiore o uguale al 5%. La designazione comprende un

numero pari a 100 volte il tenore di carbonio percentuale. I simboli chimici degli elementi in ordine

decrescente di abbondanza. La percentuale di ogni elemento in rapporto ai fattori moltiplicativi.

Cr, Mn, Ni:4 Mo:10

Esempio 16 8

→ % = 4% % = 2%

80 CrNi16 8 0,8% di C, di Cr e di Ni.

4 4

Sicuramente ipereutettoidico (per l’ipoeutettoidico non è certo) perché gli elementi in lega

spostano verso sinistra il punto eutettoidico.

Acciai altolegati: ossia almeno un elemento supera il 5% di tenore. Si indicano con X e un numero

pari a 100 volte il tenore di carbonio, i simboli chimici nella propria percentuale.

Esempio

X100CrNiMo882 (carbonio 1%, Cr 8%, Ni 8% e Mo 2%)

Acciai nelle costruzioni edili e civili

Trattamento termico:

L’acciaio viene riscaldato fino a 900°C quindi viene austenizzato, dopo di che viene raffreddato

velocemente per ottenere martensite. Viene poi riportato a 700°C per il rinvenimento. Tutti gli

acciai S vengono bonificati.

Tipiche curve di trazione

Gli acciai S hanno sempre un valore massimo e minimo di snervamento. L’acciaio permette di

compensare il cedimento del cemento, permettendo una maggiore resistenza a flessione e

torsione. Il cemento reagisce bene solo a compressione.

Influenza dell’innalzamento della temperatura: Gli acciai S resistono fino a 400°C dopo di che

hanno un calo della resistenza a snervamento. Quindi in caso di incendi l’acciaio cede. Per questo

esiste un coefficiente di snervamento col quale sovrastimiamo il .

Principali acciai (USA e Canada: ASTM A588)

A36 (ponti, costruzioni in cemento armato, componenti strutturali laminati)

Acciai al HSLA: High-strenght Low-alloy (alta resistenza ma pochi elementi in lega) è il principale

acciaio nelle carrozzerie d’auto.

Temperatura di transizione duttile-fragile

La resistenza a frattura degli acciai per uso edile e civile si dimezza a partire da certe temperature.

Aumentando gli elementi in lega la temperatura di transizione si abbassa. Carbonio e silicio

aumentano la temperatura di transizione. Nichel, manganese e l’affinamento del grano abbassano

la temperatura di transizione.

Saldabilità: è legata al carbonio equivalente . Più basso è più l’acciaio sarà saldabile.

Acciaio Cor-ten (Corrosion-resistant tensile-strenght): buona resistenza a snervamento e a

corrosione. Sono acciai che hanno rame: il legame ferro-rame garantisce una tenuta ambientale

superiore, in quanto il rame è più affine dell’ossigeno e quindi forma un ossido di rame, una

passiva lo strato di acciaio che c’è sotto.

Trattamenti termici di interesse industriale

> ,

Trattamento con :

1) Ricottura di diffusione: viene eseguita alle più alte temperature 1050-1250°C. Lo scopo è

quello di eliminare le disomogeneità di carattere chimico, quindi si eseguirà per acciai con

molti elementi chimici aggiunti. Permette inoltre di eliminare le strutture dendritiche. Il

raffreddamento finale avviene lentamente.

2) Ricottura (completa): è quella che più si avvicina all’andamento del diagramma Fe-C,

quindi avremo a che fare con grani perlitici, o perlite-ferrite o perlite-cementite. Siccome il

trattamento è molto lento, il grano sarà grossolano. Avviene mantenendo la temperatura

austenitica per un certo tempo e poi si lascia raffreddare a forno spento.

3) Normalizzazione: è il trattamento più economico. L’acciaio viene austenitizzato e viene poi

raffreddato in aria.

4) Tempra: l’acciaio viene austenitizzato e raffreddato velocemente per ottenere martensite.

<

Trattamenti con :

1) Ricottura di lavorabilità, distensione e rinvenimento.

2) Trattamenti particolari: ricottura coalescenza, tempra superficiale, tempra bainitica,

martempering.

3) Trattamenti termochimici di diffusione: cementazione, nitrurazione.

Ricottura completa

La ricottura completa è molto costosa, perciò si preferisce abbassare la temperatura poco al di

sotto di per un tempo abbastanza lungo per attraversare tutte le trasformazioni (austenite,

1

ferrite, perlite…). Questa viene chiamata ricottura esotermica.

Gli scopi della ricottura sono:

- Rendere omogeneo l’acciaio;

- Renderlo più dolce (meno resistente dal punto di vista meccanico), quindi più duttile.

Il tratto plastico diventa molto più lungo, mentre lo snervamento si riduce. In questo modo si

prepara l’acciaio a tutti i processi tecnologici ai quali verrà sottoposto.

Una volta ottenuta la forma finale del pezzo si esegue il trattamento di bonifica per migliorare le

proprietà meccaniche.

Il tempo di ricottura dipende:

- Dalla forma e dalla dimensione del pezzo;

- Dalla conducibilità termica;

- Dalla tendenza all’ingrossamento del grano.

Raffreddamento con acqua (tempra)

Abbiamo tre stadi:

1) Il primo è molto lento. Inizia a formarsi del vapore dovuto al contatto dell’acqua con il

pezzo che si trova a circa 800°C. Questo vapore acqueo ha la tendenza ad andare verso la

parte più fredda;

2) Si rompe lo strato di vapore e comincia l’ebollizione vera e propria. Non c’è più l’equilibrio

termodinamico e si ha una continua formazione di vapore molto violenta. È la fase di

maggior raffreddamento, ma anche di maggior stress per il pezzo che potrebbe formare

delle micro-cricche.

3) L’ultima fase è quella di convezione, cioè si forma l’equilibrio termodinamico e si ha uno

scambio di calore ordinato (convettivo), tra il liquido ormai caldo e il pezzo.

L’aria viene usata come mezzo temprante per acciai ad elevati tenori di elementi di lega (acciai

autotempranti). Questo perché gli elementi aggiunti tendono a spostare verso destra le curve di

trasformazione.

Classificazione dei mezzi tempranti

I mezzi tempranti vengono classificati secondo il fattore H, rappresentato da dei numeri. Questi

numeri indicano la velocità progressiva del liquido di tempra che viene utilizzato.

Altri tipi di tempre

Si pongono l’obiettivo di uniformare il raffreddamento tra cuore e superficie.

Il martempering consiste nel fare il raffreddamento e prima di arrivare a temperatura ambientale

si mantengono a una certa temperatura con degli oli, per alcuni minuti. Questo serve per

uniformare la struttura martensitica.

Nell’austempering si fa un trattamento termico e si entra nel campo bainitico, senza entrare in

quello martensitico. Il pezzo viene immerso in soli fusi ad una temperatura superiore di quella

martensitica, si aspetta che tutta l’austenite sia trasformata in bainite e poi si raffredda. Ottengo

un acciaio quasi tutto bainite, che non ha la stessa durezza della martensite, ma evito il

trattamento di rinvenimento.

Tempra superficiale

Viene eseguita per rendere martensitico l’acciaio in superficie, mentre a cuore non lo sarà. Può

avvenire o attraverso un avvolgimento percorso da corrente, che scalda il materiale, oppure può

avvenire attraverso due cannelli: uno che riscalda e l’altro che raffredda.

Esempio

Un esempio sono le ruote dentate in cui la resistenza maggiore è sulla superficie dei denti e ha

un’alta capacità di resistere a lunghi cicli di compressione-trazione, nei quali una struttura perlite-

ferrite o perlite-cementite è migliore della martensite.

Acciai da bonifica (3 gruppi)

- Gli acciai al carbonio sono tutti ipoeutettoidici e hanno una resistenza a snervamento che

va da circa 300 a circa 600 MPa. Hanno valori di duttilità superiore al 10%. KV indica la

tenacità ossia la capacità di assorbire energia, 25 è il valore minimo di sicurezza.

- Il secondo gruppo è composto dagli acciai che hanno fino a 2 elementi in lega (il cromo c’è

sempre). La resistenza a snervamento varia da 800 a 900 MPa. La duttilità è più modesta,

ma hanno ottima tenacità.

- Acciai a 3 elementi in lega (quasi sempre Cr, Ni, Mo). La resistenza a snervamento va da

900 a 1100 MPa. La duttilità è modesta, mentre la tenacità è molto buona. Questi tipi di

acciai sono autotempranti.

È possibile attraverso equazioni empiriche determinare le proprietà meccaniche a snervamento e

a rottura, in base agli elementi chimici presenti e al trattamento termico eseguito.

(

) (

= 300 + 1100 + 150 − ) + 100 + 200 + 300

= −0,0066 ( °) + 5.

Dove

= 1 per tempra e rinvenimento a 600°C;

= 2,3 per tempra e rinvenimento a 450°C;

= 3,8 per tempra e rinvenimento a 200°C.

Nessuno degli elementi deve superare il 4%.

= 0,6.

Per acciai al carbonio

= 0,7.

Per acciai legati

Per gli acciai da bonifica una temperatura di rinvenimento bassa permette di avere alti valori di

resistenza a snervamento.

Trattamenti di indurimento superficiale (pag. 182)

Trattamenti termochimici di diffusione

Si tratta di trattamenti termochimici di diffusione che prevedono un arricchimento di

carbonio/azoto sulla superficie dell’acciaio trattato. Lo scopo di tali trattamenti è quello di

ottenere strati superficiali ad elevata durezza, con adeguati valori di tenacità a cuore, ed elevati

valori resistenziali per sforzi di taglio e compressione. L’attivazione del processo di diffusione

avviene scaldando l’acciaio fino a certe temperature (se si diffonde carbonio la temperatura è

quella di austenetizzazione). Il processo di diffusione dipende quindi dalla temperatura e dal

tempo.

Carbocementazione

Può essere eseguita in 4 modi diversi. L’elemento che diffonde carbonio può e