Metallurgia - Seconda Parte

[A

nel ferro, in relazione a temperatura e struttura cristallina di

quest’ultimo]. )

(N

AZOTO 2

La sua presenza promuove l'invecchiamento (dopo defor-

mazione) dell'acciaio al carbonio: gli atomi di alcuni ele-

menti interstiziali, in particolare carbonio e azoto, in solu-

zione nel ferro, diffondono in modo preferenziale verso le

zone della matrice deformata nelle quali si sono prodotte

dislocazioni. Gli effetti di tale invecchiamento sono l'aumento di durezza, la diminuzione della tenacità, lo sposta-

mento verso temperature più elevate della transizione tra frattura tenace e frattura fragile, l'alterazione delle ca-

ratteristiche magnetiche ed elettriche, ecc. Per attenuare il fenomeno sono stati messi a punto acciai antinvec-

chianti a basso contenuto di azoto e sottoposti a calmatura con alluminio.

pitting

Negli acciai inossidabili esso aumenta la resistenza al corrosione alveolare), ovvero il fenomeno della com-

(

parsa sulla superficie di un materiale di piccoli danneggiamenti dalla morfologia caratteristica, per cause differenti

dovute a: un attacco corrosivo localizzato o a cavitazione. Oltre a questo, l’azoto ha il fattore positivo di incremen-

tare la resistenza meccanica e di stabilizzare l'austenite.

FRAGILITÀ DA RINVENIMENTO

Un infragilimento che si manifesta nell’intervallo 450-550°C in acciai da bonifica, soprattutto se contenenti Cr, Mn,

Ni e impurezze quali P, Sn, Sb, As (noto in passato anche come malattia di Krupp).

e durezza di un acciaio bonificato (con rinveni-

[Resilienza

mento a 600°C) e successivamente rinvenuto una seconda

volta alle temperature indicate solo per evidenziare l’intervallo

di infragilimento].

La sensibilità si manifesta per rinvenimenti eseguiti entro l’in-

tervallo critico (450-550°C) oppure quando, al raffreddamento

dopo rinvenimento a temperatura superiore, il metallo transita

lentamente all’interno dell’intervallo critico. L’infragilimento è

imputabile alla formazione di precipitati degli elementi nocivi

al bordo grano che porteranno ad una rottura marcatamente

intergranulare (solitamente i bordi grano sono più duri).

METALLURGIA – SECONDO PARZIALE 43 Gabriele Grezzana

L’infragilimento si genera nel caso in cui il manufatto abbia dimensioni notevoli ed il suo raffreddamento sufficien-

range di T alla quale si ha questo effetto.

temente lento: in questo modo è inevitabile il suo ingresso nel

25 b). DESIGNAZIONE DEGLI ACCIAI

Acciai classificati in base a diversi criteri: alla microstruttura, alla composizione chimica, all’impiego, alle caratteristi-

che (ad es. meccaniche), al tipo di prodotto, al tipo di processo, altro.

Esistono numerose normative per la classificazione (il più delle volte in base all’impiego), spesso traduzioni di

quella europea (inglese) nella lingua del paese corrente:

• Norme nazionali: UNI (Italia)

DIN (Germania)

BS (Regno Unito)

AFNOR (Francia)

• Norme Europee: EN/ISO

• Norme nazionali dei paesi non comunitari:

JIS (Giappone)

• Specifiche tecniche emanate da associazioni varie e prese come riferimento dal mercato:

SAE (Stati Uniti)

AISI (Stati Uniti)

Secondo UNI EN 10027 (2006) si hanno due possibilità di designazione: solo numerica oppure alfanumerica

NUMERICA del tipo: 1.XXYY (YY), di più difficile interpretazione diretta (criptica):

DESIGNAZIONE

1 Indica che si tratta di un acciaio

XX Indica il gruppo dell’acciaio (es 51 per acciaio con Mn-Cr)

YY(YY) Indica il gruppo sequenziale dell’acciaio

METALLURGIA – SECONDO PARZIALE 44 Gabriele Grezzana

ALFANUMERICA con sigle basate sulle proprietà di impiego o sulla composizione chimica

DESIGNAZIONE

Per entrambi i gruppi, quando si tratta di un acciaio per getti si antepone alla sigla la lettera G.

I codici alfanumerici contengono informazioni dirette sulle caratteristiche generali dell’acciaio; le sigle sono riferite

categoria di impiego (lettera) + caratteristica importante per l’impiego (carico di snervamento, di rottura, ecc.).

alla

Se non è riportato nulla di particolare viene sottointesa la produzione per deformazione plastica.

GRUPPO 1: acciai designati in base all’impiego e alle caratteristiche meccaniche/fisiche (di solito non legati); sono

di uso comune, non trattati termicamente, con prestazioni sufficienti per progettazioni senza specifiche necessità.

Lettera Numero Indicazioni opzionali

Legate all’im- Per indicare una caratteristica legata al par- Sul grado qualitativo ed altro fornite dalla norma

piego ticolare impiego mediante lettere

Per questi acciai non è rilevante la composizione chimica o la storia di produzione, l’unica necessità è la certifica-

zione della ditta produttrice che confermi una resistenza meccanica pari a quanto richiesto dal progettista.

Le indicazioni opzionali, come esplica il nome stesso, non sono obbligatorie ma forniscono proprietà degne di

essere riportate relativamente a quella lega.

Il numero caratteristico di impiego risulta invece essere fondamentale per la catalogazione tramite impiego.

Gli acciai non legati, appartenenti a questa categoria, sono quelli in cui non gli elementi di lega presenti non sono

stati aggiunti per modificare le proprietà meccaniche e/o chimiche (acciai legati), ma sono inevitabilmente conte-

nuti a basse concentrazioni nell’acciaio.

Essi derivano dal tipo di trattamento, dall’ambiente, dai rottami impiegati nella fusione e dai minerali di partenza.

S = acciai per impieghi strutturali seguito da un numero pari al carico unitario di snerva-

2

mento minimo prescritto, in N/mm ;

P = acciai per impieghi sotto pressione seguito da un numero pari al carico unitario di snerva-

2

mento minimo prescritto, in N/mm ;

L = acciai per tubi di conduzione seguito da un numero pari al carico unitario di snerva-

2

mento minimo prescritto, in N/mm ;

METALLURGIA – SECONDO PARZIALE 45 Gabriele Grezzana

E = acciai per costruzioni meccaniche seguito da un numero pari al carico unitario di snerva-

2

mento minimo prescritto, in N/mm ;

B = acciai per cemento armato seguito da un numero pari al carico unitario di snerva-

2

mento caratteristico, in N/mm ;

Y = acciai per cemento armato precompresso seguito da un numero pari al carico unitario di rottura

2

minimo prescritto, in N/mm

R = acciai per o sotto forma di rotaie seguito da un numero pari al carico unitario di rottura

2

minimo prescritto, in N/mm ;

H = prodotti piani laminati a freddo di acciaio ad alta seguito da un numero pari al carico unitario di snerva-

2

resistenza, per imbutitura a freddo mento minimo prescritto, in N/mm ;

D = prodotti piani per formatura a freddo

T = banda nera, stagnata e cromata (prodotti di ac-

ciaio per imballaggio)

M = acciai magnetici

GRUPPO 2: acciai designati in base alla composizione chimica (suddivisi in quattro sottogruppi).

La sigla non deve contenere tutti gli elementi di lega aggiunti al ferro, ma solamente quelli principali con le rela-

tive concentrazioni: in questo modo è possibile distinguere univocamente l’acciaio in meno caratteri possibili.

Nella terza sottocategoria (facilmente riconoscibile dalla X iniziale della sigla) non si usa il coefficiente moltiplica-

high speed .

tivo impiegato invece nella prima e nella seconda; nella quarta sottocategoria HS è l’acronimo di

2.1 Non legati (Mn<1%) C + tenore di carbonio x 100 (Es: C45)

2.2 Debolmente legati (Mn>1% Tenore di carbonio x 100 + simboli dei primi elementi in lega che caratteriz-

e/o altri elementi < 5%) zano l’acciaio + numeri indicanti i tenori medi moltiplicati per coefficienti di

comodo (*) (Es:36 CrNiMo4)

2.3 Legati (Mn e con te- X + tenore di carbonio x 100 + simboli degli elementi in lega che caratteriz-

≥1%

nore di almeno 1 elemento zano l’acciaio + tenori degli elementi non moltiplicati (Es: X5CrNi18-10)

> %5)

2.4 Rapidi HS + tenore di W + tenore di Mo + tenore di V + tenore di Co (Es HS 6525)

(*) Tabella dei coefficienti

Elemento Fattore

Cr-Ni-Mn-Si-W-Co 4 I tenori degli elementi di lega non sono espressi in semplici punti

Mo-Al-V-Be-Cu-Nb-Pb-Ta-Ti-Zr 10 percentuali, ma bensì tramite la loro % moltiplicata per il rispettivo

N-S-P-Ce 100 fattore di comodo dell’elemento. Questo principalmente per evitare

B 1000 di avere virgole nella sigla, che deve risultare più corta possibile, e

riportare numeri interi.

Gli acciai definiti “rapidi” sono una categoria particolare (da utensili) che potrebbe tranquillamente rientrare nel

primo gruppo: la loro composizione si distingue dagli altri per la presenza di elementi specifici

DIVISIONE IN BASE ALL’IMPIEGO

Classificazione generalmente adottata e seguita anche dalle norme per gli acciai, suddivisa in famiglie tramite l’im-

piego o la struttura:

• Acciai comuni da costruzione di uso generale (gruppo I)

• Acciai speciali da costruzione (gruppo II):

- da bonifica; - per molle; - da cementazione; - da nitrurazione.

METALLURGIA – SECONDO PARZIALE 46 Gabriele Grezzana

• Acciai inossidabili: duplex

- austenitici; - ferritici; - martensitici; - (bifasici).

• Acciai per utensili:

- per lavorazioni a caldo; - per lavorazioni a freddo; - rapidi e super rapidi (asportazione di truciolo).

26. ACCIAI DA COSTRUZIONE PER USO GENERALE

Acciai designati in base al primo gruppo, dai quali si ottengono prodotti semilavorati ottenuti per deformazione

plastica a caldo. Secondo le norme UNI EN 10027 e EN 10025:

- simbolo S: acciai per impieghi strutturali;

- simbolo E: acciai meccanici; 2

o R (prescritto per spessori 16 mm, in N/mm );

- carico unitario di snervamento minimo R h p

- J, K, L: resilienza rispettivamente di 27, 40, 60 joule;

- lettera o numero indicante la temperatura della prova di resilienza: R = temperatura +23 °C ± 5 °C; 0 = tempe-

ratura 0 °C, 2 = temperatura – 20 °C;

- G3 e G4 = stato di fornitura (a discrezione del produttore).

Per leggere le tabelle si tenga a mente che rispetto alle colonne si ha la designazione vera e propria mentre ri-

spetto la riga di una lega è riportata la composizione chimica: per questo aspetto le restrizioni sono molto blande

in quanto è indicato solamente il valore massimo del tenore degli elementi di lega.

METALLURGIA – SECONDO PARZIALE 47 Gabriele Grezzana

Questo perché per gli acciai del primo gruppo non è importante la composizione, ma solamente il rispetto di va-

lori minimi di carichi di snervamento e/o rottura (ricerca della lega più economica a parità di prestazioni).

Informazioni sulla qualità di base o disossidazione (calmato: quando l’ossigeno è stato riposso durante il processo

reagisce con il carbonio producendo effervescenza):

di affinazione; e