Appunti metallurgia - classificazione acciai del secondo gruppo

Classificazione degli acciai del secondo gruppo

Gli acciai del secondo gruppo, ovvero quelli che vengono sottoposti a cicli termici per ottimizzarne le proprietà, possono essere a loro volta classificati in 5 sottocategorie.

Come viene fatta questa suddivisione?

La suddivisione sarà basata sulle lavorazioni e sui cicli termici che questi acciai subiranno per andare a svolgere la funzionalità per cui sono progettati.

Le cinque sottocategorie sono:

• Acciai da bonifica
• Acciai autotempranti
• Acciai da cementazione
• Acciai da nitrurazione
• Acciai per molle

Acciai da bonifica

Gli acciai da bonifica, come dice il nome, sono sottoposti a un trattamento termico di bonifica: questo permette all'acciaio di avere una buona resistenza meccanica dovuta al trattamento di tempra e anche una buona tenacità, dovuta al rinvenimento (a 600 °C) post tempra.

Bonifica = Tempra + Rinvenimento

Gli acciai da bonifica possono essere sia acciai al solo carbonio, che acciai debolmente legati. Quelli al solo carbonio hanno percentuali di C superiori allo 0,2% (al di sotto di tale percentuale sono acciai da cementazione). La % di C influenza anche il costo dell'acciaio, non tanto per la maggior quantità di carbonio, quanto per la maggior difficoltà che si ha nel lavorare un acciaio con una % di C maggiore. Degli acciai da bonifica come il C50 e il C60 hanno una maggiore temprabilità e maggiori caratteristiche meccaniche, ma minore tenacità rispetto a un eventuale C30.

Negli acciai da bonifica quelli che riescono a raggiungere maggiori caratteristiche meccaniche sono quelli debolmente legati, perché oltre al carbonio, intervengono anche gli altri elementi di lega a migliorarne le proprietà. La presenza di numerosi elementi di lega infatti:

• Aumenta la temprabilità e quindi la possibilità di spingere la struttura martensitica fino a “cuore”;
• Forma molti carburi fini e dispersi in tutto il reticolo, in grado di bloccare le dislocazioni e di conseguenza, aumentando le caratteristiche resistenziali della martensite rinvenuta;

Tra gli elementi di lega aggiunti si possono avere:

• Cromo (Cr): il cromo ha la capacità di spingere le curve CCT verso destra (questo implica un aumento della temprabilità) ed inoltre può formare carburi in fase di rinvenimento (e questo comporta un aumento della durezza);
• Nichel (Ni): come il cromo, ha la capacità di aumentare la temprabilità, ed inoltre ha un ruolo tenacizzante;
• Molibdeno (Mo): anche il molibdeno influisce sulla temprabilità, aumentandola; come il cromo è in grado di formare carburi; il motivo principale per cui però viene aggiunto, è quello di sconfiggere la fragilità da rinvenimento (malattia di Krupp).

// Malattia di Krupp: alcuni acciai da bonifica, nell'intervallo di temperatura 400-450 °C (raffreddati lentamente attraverso quest'intervallo o posti in esercizio a tale temperatura), presentano un forte infragilimento dovuto alla formazione di precipitati infragilenti ai bordi dei grani cristallini. Questi ostacolano il movimento delle dislocazioni e quindi la possibilità di deformazioni plastiche. Questi precipitati generano una rottura di tipo fragile intergranulare (riconoscibile perché senza deformazioni della superficie e caratterizzata da brillantezza). //

Ciclo tecnologico di un acciaio da bonifica:

• Rigenerazione (normalizzazione + ricottura di lavorabilità)
• Lavorazione MU di sgrossatura
• Bonifica (tempra + rinvenimento a 600°C)
• Lavorazione MU di finitura

La fase di rigenerazione iniziale serve a ridurre la durezza del pezzo in modo tale da poter eseguire più facilmente e quindi a un costo minore le operazioni successive di lavorazione alle MU. Il ciclo tecnologico di un acciaio da bonifica è quello “base”; infatti gli altri acciai avranno un ciclo di lavorazione che comprenderà tutti questi passaggi più altri. Gli acciai da bonifica non riescono ad avere una superficie sufficientemente dura per combattere l’usura.

Acciai autotempranti

L’obiettivo degli acciai autotempranti è quello di completare la trasformazione martensitica fino all’interno del pezzo, anche per pezzi di notevoli dimensioni. Per ora l’unico acciaio autotemprante conosciuto è: 34 NiCrMo 16. Sono però in fase di studio altri acciai autotempranti.

Caratteristica base degli acciai autotempranti è che la somma delle percentuali di carbonio, nichel e cromo, aggiunti in lega dev’essere compresa tra il 5% e il 7% (5 <= C+Ni+Cr <= 7). Questa formulazione chimica permette un’elevata penetrazione di tempra (ovvero un’elevata temprabilità). Gli acciai autotempranti, come si intuisce anche dal nome, si temprano senza bisogno di nessuna particolare velocità di raffreddamento. Sono infatti talmente temprabili che basta un blando raffreddamento in aria per provare.