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Le informazioni di medicina e salute contenute nel sito sono di natura generale ed a scopo puramente divulgativo e per questo motivo non possono sostituire in alcun caso il consiglio di un medico (ovvero un soggetto abilitato legalmente alla professione).
ACCIAI SPECIALI
Contengono, oltre al ferro e al carbonio, altri elementi (cromo, manganese, molibdeno, nichel, rame, silicio, tungsteno, piombo ...) in percentuale tale da:
Risultano modificate le caratteristiche e le proprietà fisiche, meccaniche e tecnologiche.
Pur non essendo possibile definire in maniera esauriente gli acciai speciali, una classificazione di essi può essere la seguente:
Effetti prodotti dagli elementi speciali
Oltre alla variazione delle caratteristiche e delle proprietà, gli elementi aggiunti determinano:
Con riferimento al diagramma Fe-C, gli elementi aggiunti spostano il punto eutettoide (normalmente corrispondente a C = 0,87 %) verso percentuali inferiori di carbonio, restringendo così il campo degli acciai ipoeutettoidi ed allargando il campo degli acciai ipereutettoidi.
ELEMENTI AGGIUNTI NEGLI ACCIAI E LORO INFLUENZA
Il nichel migliora le proprietà meccaniche e tecnologiche in misura maggiore rispetto a quella di tutti gli altri elementi normalmente aggiunti. In particolare:
— aumenta la resilienza
— aumenta l'allungamento percentuale e la duttilità
— aumenta il carico di rottura a trazione e la durezza
La presenza del nichel negli acciai è invece negativa per quanto riguarda:
— la lavorabilità alle macchine utensili
— la conducibilità termica.
Tra le leghe aventi una percentuale elevata di nichel si ricordano i due seguenti per le loro particolari caratteristiche: Invar e Platinite
La presenza del cromo negli acciai produce i seguenti effetti:
— aumenta la resistenza alla corrosione e all'ossidazione a caldo (quando é presente con una percentuale > 11,5 %)
— facilita il trattamento termico di tempra
— aumenta la durezza, la resilienza, il carico di rottura
— aumenta la resistenza all'usura
— diminuisce la conducibilità termica
— diminuisce la lavorabilità.
Il tungsteno è usato soprattutto per la fabbricazione di acciai per utensili in percentuale da 10 a 25 % (acciai rapidi e superrapidi) dato che esso conferisce elevata durezza che viene mantenuta anche a caldo.
Il tungsteno conferisce agli acciai i seguenti effetti:
— elevata durezza (che viene mantenuta anche a caldo)
— grande resistenza all'usura (sia a bassa che ad alta temperatura)
— aumento del carico di rottura a trazione (sino a 10 % di tungsteno)
— diminuzione della resilienza
ACCIAI DA COSTRUZIONE
Gli acciai “da costruzione” sono quegli acciai utilizzabili per la costruzione di macchinari, manovellismi, alberi, ingranaggi ...
Una classificazione degli acciai da costruzione può essere la seguente:
a) da cementazione
b) da bonifica
ACCIAI TIPIZZATI
Allo scopo di ridurre i costi e di ottenere maggior costanza nel livello di qualità, sono state prese delle iniziative intese a concentrare su alcuni tipi di acciai speciali da cementazione e da bonifica il maggior interesse dei consumi.
Le indagini di mercato hanno portato alla conclusione che la maggior parte dei problemi che si pongono agli utilizzatori si possono risolvere con solo 5 acciai, dei quali 3 dono da cementazione al cromo-nichel e al cromo-nichel-molibdeno e 2 da bonifica al nichel-cromo-molibdeno.
In particolare:
- Acciai da cementazione
Gli acciai da cementazione hanno basso contenuto di carbonio (C ≤ 0,20 %) e possono contenere nichel, cromo e molibdeno.
Acciai da cementazioni sono per esempio: C 10 – C 15 – 20 Cr Ni 4 – 12 Ni Cr 3 – 18 Ni Cr Mo 7 UNI 7846
Impieghi: ingranaggi di qualsiasi tipo, assi, alberi di distribuzione e di trasmissione, mozzi, perni, boccole, spinotti, coni, chiocciole ...
- Acciai da bonifica
Gli acciai da bonifica hanno medio tenore di carbonio (C = 0,3 ÷ 0,6 %) e possono contenere cromo, nichel e manganese.
Acciai da bonifica sono per esempio: C 40 – C 60 – 35 Cr Mo 4 – 40 Ni Cr Mo 7 UNI 7845.
Impieghi: alberi di qualsiasi tipo, semiassi, aste, bielle, leve, organi di collegamento ...
Gli acciai da bonifica sono richiesti per pezzi di grandi dimensioni per i quali non é possibile fare la cementazione che provocherebbe deformazioni.
La bonifica costa meno della cementazione.
ACCIAI DA NITRURAZIONE
Gli acciai da nitrurazione hanno medio tenore di carbonio (C = 0,3 ÷ 0,6 %) e possono contenere cromo, alluminio, vanadio, molibdeno ...
Acciaio da nitrurazione é per esempio: 41 Cr Al Mo 7 UNI 8077 o 8552.
Sono impiegati per indurire superficialmente pezzi di forma molto complicata come alberi a gomito e quando si voglia ottenere una buona resistenza al nucleo con una durezza molto elevata.
ACCIAI PER MOLLE
Sono acciai che hanno un elevato limite di elasticità e possono essere sia acciai semplici (al solo carbonio) che acciai legati.
Sono soprattutto acciai al silicio aventi:
C = ≤ 1 % (mediamente C = 0,5 %)
Si ≤ 2 %
Mn ≈ 0,7 %
Questi acciai vengono temprati in olio e poi rinvenuti a 450 ÷ 500 °C.
Dopo il trattamento presentano elevata resistenza a trazione ed alto limite elastico.
ACCIAI PER CUSCINETTI
Gli acciai per cuscinetti contengono circa l’1 % di carbonio, che conferisce durezza dopo trattamento termico.
Hanno come elementi in lega cromo, molibdeno e nichel.
Acciai per cuscinetti sono per esempio: 100 Cr 6 – 100 Cr Mn 4 – X 110 Cr Ni 17
Glia acciai per cuscinetti, dopo tempra in olio, risultano con minime deformazioni e possiedono elevate caratteristiche di durezza, resistenza all’usura e alla compressione.
Impieghi: sfere, anelli e rulli per cuscinetti da rotolamento, fusi per macchine tessili.
ACCIAI PER UTENSILI
Le principali proprietà che deve possedere un materiale per utensile sono: durezza, resistenza all’usura ed all’abrasione, mancanza di fragilità, resistenza agli shock termici, temprabilità, attitudine al taglio.
Acciai rapidi
Gli acciai rapidi, detti così perché permettono elevate velocità di taglio nelle lavorazioni alle macchine utensili per asportazione di truciolo, sono acciai legati ad alto contenuto di elementi (tungsteno, cromo, vanadio e molibdeno), che determinano la formazione di carburi, con elevate caratteristiche di durezza e resistenza all’usura, anche quando la temperatura raggiunge i 600 ÷ 650 °C.
Acciai super rapidi
Sono anch’essi acciai fortemente legati ma, rispetto a quelli rapidi, hanno una maggior percentuale di tungsteno ed il cobalto:
W = 17 ÷ 23 %
Co = 4 ÷ 10 %
Acciai per lavorazioni a caldo
Sono acciai utilizzati per la costruzione di stampi, matrici e punzoni.
Esempi: 40 W Cr 20 KU - 52 Ni Cr Mo 6 KU - X 28 W 9 KU – X 35 Cr Mo 5 KU
Acciai per lavorazioni a freddo
Sono acciai duri e resistenti all’usura, utilizzati per la costruzione di scalpelli, lame (o coltelli) di tranciatrici, matrici e punzoni, trafile, conii per monete, lame per seghe ...
Questi acciai hanno alto contenuto di carbonio (C > 0,5 % fino al 2,3 %) e sono legati con tungsteno e cromo.
Fra i tipi unificati ricordiamo: 52 W Cr 20 KU – 100 Cr Mn 4 KU – 85 Mn V 8 KU – X 150 Cr Mo 12 KU – X 200 Cr 13 KU
ACCIAI PER USI PARTICOLARI
Comprendono un grandissimo numero di acciai, che vengono ulteriormente suddivisi in varie categorie a seconda delle applicazioni.
Acciai strutturali
Sono accia da carpenteria, che vengono usati sotto forma di lamiere, profilati, tubi per costruzioni saldate o chiodate.
Acciai strutturali sono: Fe 330 - Fe 340 – Fe 420 – Fe 520
Acciai automatici
Sono acciai al piombo o allo zolfo.
Il piombo conferisce agli acciai la proprietà tecnologica della “truciolabilità”.
Gli acciai al piombo sono detti automatici perché vengono molto impiegati nelle grandi produzioni (in serie) di piccoli oggetti ricavati dalla barra con torni automatici (a torretta).
Acciai ad alta resistenza
Sono acciai caratterizzati da un’alta resistenza a trazione e buona tenacità (anche alle alte e alle basse temperature), nonché da elevata resistenza alla corrosione.
Tra questi ricordiamo gli acciai Maraging.
Acciai per alte temperature
Sono acciai legati, che conservano buone proprietà meccaniche anche alle alte temperature.
I materiali metallici, quando operano ad elevata temperatura, peggiorano le loro proprietà meccaniche a causa dello scorrimento viscoso a caldo, fenomeno che determina la deformazione plastica del materiale stesso quando esso é sottoposto ad un carico costante. Normalmente il fenomeno si manifesta negli acciai per una temperatura superiore ai 350 °C.
Un elemento che in lega nell’acciaio innalza la resistenza allo scorrimento a caldo é il molibdeno. Il cromo é presente per aumentare la resistenza alla corrosione.
Acciai per basse temperature (acciai criogenici)
Sono acciai resistenti alle basse temperature (fino a – 253 °C).
Tutti gli acciai, sia quelli al carbonio che quelli debolmente legati, subiscono una diminuzione di resilienza al diminuire della temperatura alla quale operano. Alle basse temperature, infatti, la frattura per urto da tenace diviene fragile.
Il nichel é l’elemento che maggiormente contrasta la diminuzione della resilienza al diminuire della temperatura. Il carbonio deve avere bassa percentuale, così pure il piombo.
Acciai maraging
Gli acciai maraging, fabbricati in USA negli anni ’60, sono acciai speciali al nichel.
Il termine “maraging” deriva dalle parole inglesi “martensite aging” che indicano l’aumento di durezza della martensite mediante rinvenimento (o invecchiamento).
Gli acciai maraging sono acciai fortemente legati, ad alto contenuto di nichel ed a basso tenore di carbonio, capaci di assumere elevatissima tenacità mediante appropriati trattamenti termici.
Gli acciai maraging non sono soggetti alla rottura fragile e sono poco sensibili agli intagli e alle fessurazioni. Conservano buona tenacità anche alle temperature sotto zero e presentano una rottura duttile anche quando nel pezzo esistono fessurazioni od intagli.
Sono impiegati dove si richiedono caratteristiche meccaniche e pesi leggeri (per esempio nell’industria aerospaziale).
Composizione chimica
Vediamo quali sono i principali elementi presenti negli acciai maraging e la loro influenza.
Caratteristiche |
Valori acciaio 200 |
Durezza Rockwell |
44 ÷ 48 HRC |
Resistenza a trazione |
1350 ÷ 1600 N/mm2 |
Carico di snervamento |
1300 ÷ 1500 N/mm2 |
Allungamento |
6 ÷ 12 % |
Strizione |
35 ÷ 67 % |
Modulo di elasticità normale |
184000 N/mm2 |
Limite di fatica a flessione rotante dopo 108 cicli su provetta liscia |
600 ÷ 750 N/mm2 |
Resilienza Charpy KV |
45 ÷ 85 J/cm2 |
Temperatura di duttilità nulla |
Sotto – 184 °C |
Resistenza a caldo |
350 °C |
(The International Nickel Co. Inc.)
Fonte: http://www.itisconegliano.it/studenti/Acciai%20speciali_Filippi.doc
Sito web da visitare: http://www.itisconegliano.it/
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