Ingegneria materiali metallici

Questa equazione si può risolvere tramite il parametro “u”di Gauss:

x         = direzione di trasferimento degli atomi.
t         = tempo.
u        = parametro di Gauss.
      = “è proporzionale a”.

Da quest’ultima relazione si vede come lo spessore diffusivo x aumenti secondo l’andamento del grafico della radice rispetto al tempo, mentre dall’equazione di tipo Arrhenius e dalla II° legge di Fick si vede come lo spessore aumenti rispetto alla temperatura in maniera esponenziale: quindi, come già detto prima, una piccola variazione di temperatura nell’ordine dei 10°C porta ad un dimezzamento del tempo di diffusione.
Nelle legende x è stato indicato sia come distanza dalla superficie sia come direzione di trasferimento. Sono la medesima cosa in quanto le leggi trattano della diffusione di un gas in un solido (un processo di questo tipo è ad esempio la nitrurazione).

Proprietà dei metalli

Si suddividono in proprietà fisiche, chimiche, meccaniche e tecnologiche.

Proprietà fisiche

Dipendono dalla disposizione degli atomi e dai legami. In questa categoria rientrano la densità, l’elasticità, le proprietà termiche, le proprietà elettriche e le proprietà magnetiche.

Addensamento

Definito dalla densità . La densità è importante anche in sede progettuale ed esecutiva di un’opera in quanto, ad esempio, se i tralicci dell’alta tensione non fossero una lega superleggera, lega di alluminio 6061 con magnesio e silicio, si romperebbero a causa del loro stesso peso.

Elasticità

Il modulo di elasticità o modulo di Young  è . Verrà trattato approfonditamente più avanti in quanto è importante nelle deformazioni dei materiali.

Proprietà termiche

Sono il calore specifico (questa è importante ad esempio perché spiega la rottura di un bicchiere di vetro in cui si versa il latte caldo: abbiamo una differenza di temperatura elevata che genera una tensione elevata e che porta alla rottura).

Sono causate dalla non contemporaneità e dalla non uniformità del raffreddamento nei diversi punti del pezzo metallico.
Si formano così delle differenze di temperatura nel materiale dette gradienti di temperatura che creano delle contrazioni dimensionali; se queste tensioni non superano la tensione di snervamento , di natura elastica:

Sono accentuate da:

• presenza di spigoli;
• disuniformità spessore;
• bassa conducibilità delle leghe.

Per eliminarle si effettuano dei TT di distensione.

Presenza di gas

Durante la fusione i metalli sciolgono anche elementi volatili, gas appunto, come idrogeno H, ossigeno O, azoto N e carbonio C. La presenza più pericolosa è quella dell’idrogeno H (fiocchi).
Il gas può dare origine a soffiature ().
Il problema maggiore si trova nella produzione di lingotti e blumi.

Lavorazioni a caldo

È una lavorazione a caldo, con temperatura maggiore della temperatura di ricristallizzazione, per cui la grana rimane fine; inoltre non si indurisce il materiale come con le lavorazioni a freddo.
Negli acciai avviene ad una temperatura  nella cella CFC (che è la più lavorabile plasticamente).

Analizziamo le varie lavorazioni.

Fucinatura

Ce ne sono due tipi:

• Fucinatura Libera: in cui si lascia libertà di deformazione al pezzo;
• Stampaggio: la deformazione è vincolata dalla cavità dello stampo (impronta); normalmente si effettua a  perché lo stampo è freddo quindi si ha una perdita di temperatura nella parte a contatto con lo stampo; si imprime la forma con stampi di varie dimensioni (via via più precisi).

Il riscaldamento non viene effettuato in atmosfera protettiva quindi il pezzo si ossida: si forma uno strato di ossido detto calamina da rimuovere. Dopo la fucinatura la grana è fine.

Laminazione

Si esegue su blume e bramme. Si fanno passare attraverso coppie di cilindri detti gabbie che riducono le dimensioni (gabbie sbozzatrici) o cambiano la forma (gabbie finitrici).
Durante la laminazione il pezzo si scalda per cui occorre raffreddare con acqua. I cristalli e quindi la grana rimangono allungati lungo il senso di laminazione (fibra allungata).

La norma definisce i tipi ed i nomi dei nastri, lamiere, etc.
Una gabbia è formata da una coppia di spalle (dischi) che permettono di ruotare e sono uniti da un cilindro la cui superficie detta tavola è quella che lamina il pezzo.
Le gabbie sono disposte a coppie (duo) una sopra l’altra ed il pezzo vi passa in mezzo; possono essere reversibili se possono girare sia in un senso sia nell’altro. Possono esserci anche tre gabbie (trio) in cui la rotazione è invariabile.
Le gabbie si trovano in successione formando il cosiddetto treno che può essere aperto se le gabbie sono accostate dalla parte delle spalle (l’andamento del materiale non è lineare ma curvilineo) o continuo se le gabbie sono allineate (il materiale prosegue in maniera rettilinea nel laminatoio).
Esistono vari tipi di gabbie come il quarto reversibile in cui ci sono un duo in cui ciascuna gabbia ha due cilindri di spinta di gran diametro che muovono due cilindri levigatori che laminano; o la gabbia planetaria in cui il cilindro di spinta è attorniata da molti cilindri più piccoli levigatori. Queste configurazioni servono per risparmiare materiale in quanto basta sostituire i cilindri piccoli in caso di malfunzionamenti.

È un impianto molto costoso, in cui tutto (velocità, raffreddamento) è gestito dal computer: la temperatura viene rilevata da un pirometro ottico che deve venire tarato per ogni materiale.
In testa al laminatoio c’è un forno a spinta (a metano ) per scaldare: la spinta è calcolata in base al tempo in cui il materiale deve restare nel forno e alla velocità di laminazione; dopo il riscaldamento passa in una camera dove acqua ad alta pressione (100 atmosfere) rimuove la scaglia, la parte ossidata. Notiamo che la velocità di entrata è bassa mentre quella di uscita è molto elevata (dato che il materiale laminato espande nel verso di laminazione).

Estrusione

Viene eseguita soprattutto sulle leghe leggere ed in qualche acciaio (quest’ultimo è però troppo resistente).
Esistono due tipi di estrusione:

• Diretta: il materiale viene spinto attraverso un’apertura opportunamente sagomata. L’uscita del materiale avviene dalla parte opposta rispetto alla spinta;
• Inversa: spinta e uscita del materiale avvengono dalla stessa parte: un punzone viene abbassata su una cavità contenente il materiale grezzo, il punzone risale e porta fuori anche il materiale sagomato.

Elettroricalcatura

Consente di sagomare solo una parte del pezzo. Ad esempio le viti vengono ricavate da tondini lavorando solo una parte (la testa, la filettatura avviene in altro modo).
La parte da lavorare viene riscaldata in due fasi:

• Riscaldatura;
• Forgiatura (detta anche ricalcatura).

Con questo metodo si ottengono valvole per motori a scoppio, viti, dadi, rivetti, etc.

Lavorazioni plastiche a freddo

Vengono effettuata a temperature inferiori alla temperatura di ricristallizzazione, normalmente a . Durante questo processo il materiale si incrudisce. Si effettua su pezzi ricotti e decapati .
Si possono raggiungere ottime tolleranze dimensionali e finiture speciali.
Queste lavorazioni non ossidano il materiale e danno tolleranze molto ristrette e rugosità assai inferiori.
Hanno lo svantaggio di richiedere più sforzo a parità di deformazione (rispetto a quella a caldo).

Laminazione (a freddo)

Viene effettuata per pezzi piccoli (fili, tondini), la lucidatura è ottima e spesso pronta all’impiego; si ottengono lamiere molto sottili.

Rullatura (filettatura)

Serve per filettare organi che devono essere avvitati (viti, perni, etc.).
Può essere eseguita da rullatrici piane (più veloce ed economica) o circolari (per viti di grandi dimensioni).

Coniatura

Serve ad imprimere una forma, su una superficie, in rilievo: si esegue con un punzone che insiste su una matrice.

Tranciatura

Taglio, perimetrale o interno, con punzone. Può essere grossolana (con bordi del taglio sfrangiati) o fine (bordi netti senza bisogno di ulteriori operazioni).

Trafilatura

Consiste nel far passare un pezzo attraverso una fessura detta filiera tirandolo da davanti: utile per ricavare anche fili di ridotte dimensioni ().
Viene eseguita a passi fino ad un massimo di 14.
Questa lavorazione incrudisce il materiale che si può rompere: viene effettuata quindi una ricottura in atmosfera protetta per continuare i passi attraverso la filiera.

Piegatura

Curvatura di lamiera anche con angolo retto (): è formata da 2 appoggi ed un punzone che curva la lamiera.
Il parametro più critico è il raggio di curvatura e deve essere deciso in base allo spessore del materiale altrimenti si può rompere formando una cricca.

Calandratura

Piegatura fino ad ottenere anche un cilindro, usata per tubazioni, serbatoi, etc. che poi vengono saldati.

Imbutitura

Operazione tra le più diffuse eseguita per produrre pezzi cavi, come ad esempio vasche da bagno, con angoli minori dell’angolo retto () cioè senza sottosquadri.
È eseguita appoggiando la lamiera su una matrice (die), su cui va ad insistere il punzone (punch) mentre la lamiera (blank) è tenuta in posizione da un premilamiera (blankholder).
Richiede un materiale estremamente plastico: la normativa lo classifica in vari gradi, il più plastico è quello da profondo stampaggio, usato per vasche da bagno, carrozzerie auto, etc.
Quando il punzone stira la lamiera questa si allunga, bisogna assolutamente evitare la strizione.
Usiamo il coefficiente di incrudimento n (ed altri) per valutare il grado di imbutibilità della lamiera.
Nell’imbutitura riesco a fare forme più complicate rispetto alla piegatura.

Lavorazioni per asportazione di truciolo

Consiste nell’asportazione di un ricciolo o truciolo con utensili.
Prendiamo un corpo più duro (utensile) ed incidiamo il materiale da lavorare ricavando truciolo piccolo (utensile finitore, per rendere la superficie liscia, con minore rugosità) o grande (utensile sgrossatore, usato come prima lavorazione).
Possiamo avere:

• Lavorazioni a secco;
• Lavorazioni a umido: con liquido lubrificante e refrigerante per avere meno attrito e meno calore e non indebolire l’utensile.

Con questo metodo si effettuano moltissime lavorazioni come fresatura, foratura, alesatura, filettatura, piallatura, pelatura per rollatura, rettifica, etc.

Fresatura

L’utensile è da taglio con parte tagliente che incide generando calore ed attrito:

È un’operazione “micidiale” per l’utensile: viene infatti costruiti con materiali pregiati quindi molto costosi.

Fresatrice: macchina per fresare.

Fresa: utensile che fresa da collegare alla fresatrice; ce ne sono di molti tipi diversi: creatore, frese varie, alesatore, broccia, etc.

Rettificatura

È l’operazione più costosa di quelle per asportazione di truciolo perché viene eseguita su pezzi finiti e leghe che hanno già subito i TT, quindi sono molto duri. Di conseguenza necessitiamo di un utensile molto duro, più del materiale da lavorare.
È effettuata con mole abrasive (ottenute con polvere abrasiva immersa in resina sintetica): l’abrasivo ideale è il diamante con cui costituiamo le mole diamantate (molto costose), segue poi l’allumina o corindone, il carburo di silicio (SiC, è il più economico dei tre).
In questa lavorazione viene asportato poco materiale per volta, al massimo 2/100 di mm di spessore, quindi bisogna fare molte passate, di conseguenza aumentano i costi.
Inoltre bisogna smaltire i fanghi cioè le particelle di metallo rettificato, le particelle della mola ed il liquido lubrificante e di raffreddamento, il tutto viene eseguito da ditte specializzate alzando ulteriormente i costi.
L’abrasione porta al consumo della mola quindi và ravvivata per ripristinare i cristalli della superficie.
La rugosità ottenuta con questa lavorazione è la minore possibile, fino ad .
Si sviluppa molto calore quindi deve essere irrorata di fluido: il calore può infatti microfessurare la superficie di attrito e creare delle cricche dette cricche di rettifica.

Questo grafico rappresenta l’andamento della resistività termica  nelle leghe: si vede che verso il 50% di composizione la resistività termica è elevata quindi ne consegue che le leghe, a seconda della composizione, smaltiscono male il calore e vanno lavorate più lentamente onde evitare la formazione di cricche.

Giunzioni

Chiodatura

Giunzione permanente di 2 o più organi effettuata tramite chiodi (o rivetti) plastici ribattuti. Questi dopo la ribattitura incrudiscono quindi aumentano la resistenza (a differenza della plasticità che avevano prima).

Saldatura

Classifichiamo la saldatura in due principali:

• Brasatura: in cui i due lembi da unire non fondono;
• Fusione: fondono parzialmente i lembi da unire fino a formare un tutto continuo. Si può usare un materiale da apporto con composizione uguale ai lembi. Per l’unione in testa di due lamiere i lembi vanno cianfrinati cioè sagomati per ricavare un bacino in cui si deposita il materiale da apporto fuso.

Nella zona di saldatura si forma il cordone, cristalli molto grandi orientati secondo la direzione di smaltimento del calore, cioè allungati verso i lembi. Nella parte superiore della saldatura si accumulano le imperfezioni che verranno eliminate tramite spianatura (nella zona superiore di saldatura si crea un rigonfiamento, dovuto all’utilizzo di più materiale da apporto del necessario).
Il giunto non si rompe nella saldatura ma a ridosso del cordone di saldatura, a circa 2-3mm, nella zona termicamente alterata dalla saldatura.
Questa zona subisce una tempra (negli acciai diventa martensite) a causa del rapido raffreddamento.
Questa fragilità è dovuta al tenore di carbonio C quindi per valutare la saldabilità di una lega ci si rifà alla formula seguente:

Con cui ricaviamo il carbonio equivalente: possiamo notare come elementi come il manganese Mn incidano 6 volte meno del carbonio: questo va valutato quando si decide il tipo di lega a seconda del suo impiego e delle lavorazioni che dovrà subire.

 post-riscaldamento di distensione

 pre-riscaldamento per diminuire la velocità di raffreddamento

Riportando un esempio pratico, nelle travi da costruzione con tenore di carbonio massimo dello 0,2% non posso aggiungere altro carbonio, anche se mi darebbe più resistenza, dato che mi abbassa la saldabilità; alzo quindi la percentuale di manganese che, come già detto, influisce 6 volte meno del carbonio.
Nelle leghe leggere l’invecchiamento viene effettuato dopo la saldatura.

Sinterizzazione

Tecnica di formatura ottenuta tramite pressatura () di polveri metalliche .
Metto un legante con le polveri, presso e metto il tutto in forno: rimane una certa porosità () che è un centro di debolezza; questa tecnica non è adatta per metalli per strutture. Viene usata per: grilletti armi, martelletti macchine da scrivere, organi a bassa resistenza.
Per ovviare al problema di resistenza dovuto alla porosità presente è nata la compattazione isostatica a caldo, che dona caratteristiche superiori anche agli acciai fusi normalmente.
Questa viene ottenuta inserendo le polveri (il pezzo) in una autoclave (1500 bar) riscaldata con all’interno gas ad alta pressione che compatta la forma ed elimina le porosità.
Ha anche il pregio che non ha fibratura, ha i cristalli equiassici ed il pezzo è completamente uniforme come proprietà.
Con questa tecnica si possono ottenere anche lingotti da lavorare (ad esempio negli acciai rapidi).

Elettroerosione

Asportazione mediante arcoelettrico (fino a 4000°C). è una tecnica di lavorazione che non dipende dalla durezza del materiale, quindi si può acquistare materiale già trattato velocizzando così l’esecuzione.
È formato da tre parti:

• Pezzo  che funge da anodo quindi si corrode;
• Elettrodo che funge da catodo;
• Liquido  dielettrico che non trasporta corrente ma raffredda.

La scarica elettrica è causata da un’alta differenza di potenziale tra anodo e catodo per cui l’acciaio vaporizza. Può essere effettuata con:

• Macchina a filo in cui il catodo è un filo, usata per tagli, intagli, fori;
• Macchina a tuffo con catodo più grande per scavare l’acciaio.

Con questa tecnica vengono fatti ad esempio gli stampi per le monete da coniare.
Altera solo minimamente le caratteristiche del metallo: un piccolo strato, vicino alla parte sublimata, si liquefa e raffredda rapidamente; si forma così uno strato vetroso di metallo, debole, rimosso in seguito con lucidatura.
Affinché questo strato sia il minor possibile bisogna lavorare lentamente e quindi anche a temperature più basse.

Polveri metalliche: sono particelle sferiche dell’ordine di  ottenute investendo con gas (azoto o argon) il metallo liquido colato; si ottiene una solidificazione a sfere (tipo aerosol).

Ricottura

Non è un trattamento finale (solo nel caso dell’acciaio dolce come quello per attuatori elettromagnetici che necessitano di particolari caratteristiche magnetiche) ma intermedio per facilitare le successive lavorazioni.
Abbiamo vari tipi di ricottura a seconda della temperatura a cui viene effettuata:

Tempra

Consiste nel congelamento (spegnimento) a T ambiente di una struttura stabile solo alle alte temperature, in modo da averla anche alle basse temperature. Crea delle tensioni interne. Esistono due tipi di tempre.

Tempra di soluzione o solubilizzazione

Osservando un diagramma di stato a due componenti con due solidi distinti, si porta la lega alla temperatura necessaria affinché le due fasi siano solubilizzate e si raffredda rapidamente a T ambiente cosicché la fase β rimane in soluzione. Aumenta la tenacità della lega.
Questo TT è usato:

• inox austenitici: con fase β carburi di Cr o Cr-Mo, per mandare in soluzione i carburi che altrimenti provocherebbero una corrosione elettrochimica ai bordi dei cristalli;
• acciai austenitici 13%Mn (acciaio in trapanabile): con fase β carburi di Fe e Mn per mandare in soluzione i carburi che, per la loro particolare forma aghiforme, farebbero perdere tenacità;
• leghe da invecchiamento per precipitazione: eseguita per rafforzare organi meccanici già lavorati.

Tempra di durezza

Si effettua per ottenere una struttura durissima anche se fragile.
Si ottiene raffreddando bruscamente qualsiasi acciaio ipoeutectoidico (C<0,20%) o ipereutectoidico. Normalmente viene eseguita su acciai da costruzione ipoeutectoidici.
La struttura che si ottiene è martensite.
Gli inconvenienti sono:

• Tensioni interne: la trasformazione austenite-martensite avviene con variazione di volume non uguale in tutto il solido, quindi bisogna limitare la velocità di raffreddamento il più possibile onde avere le minori tensioni interne, che possono dare luogo a cricche di tempra. Risultano utili le curve CCT;
• Decarburazione superficiale: se il forno non è ad atmosfera protetta la superficie si impoverisce di carbonio e temprandola si trasforma in ferrite, debole e soggetta a cricche;
• Temperatura: se troppo bassa non si raggiungerebbe la durezza voluta; se alta otterremmo l’ingrossamento dei cristalli (surriscaldamento); se molto alta otterremmo la fusione dei bordi dei cristalli e la rottamazione del pezzo (bruciatura);
• Austenite residua: i leganti possono abbassare la Mf sotto la T ambiente impedendo l’ottenimento di martensite in tutto il pezzo; l’austenite residua peggiora la resilienza e la resistenza a fatica; si può eliminare con un rinvenimento.

Temprabilità

È l’attitudine di un acciaio ad assumere struttura martensitica anche negli strati interni. Per ottenere questo si usano i leganti per spostare la curva CCT (come indicato prima). Dato che per avere martensite al 100% fin nel cuore del pezzo si dovrebbero usare troppi leganti (quindi maggiori costi) ci si accontenta di raggiungere una percentuale a seconda dell’impiego:

- 50% pezzi bonificati;
- 70% organi elastici;
- 80% pezzi carbocementati.

La quantità di martensite ottenibile può essere valutata attraverso le due prove di temprabilità: Grossman e Jominy.

Metodo Grossman

È un metodo per tentativi: si usano tondi temprati di cui si analizzano le sezioni tracciando un grafico.
Un valore approssimativo si può ottenere con un solo tondo.
Viene misurato il diametro critico reale, ottenuto tracciando il grafico detto curva ad U nel cui punto di flesso presenta un abbassamento della durezza: la distanza dalla circonferenza esterna al punto di flesso è il diametro cercato.
Questo rappresenta il diametro per cui ho il 50% di martensite nel cuore del pezzo.

Metodo Jominy

È una prova unificata (tutte le norme del mondo): si usa una provetta cilindrica con diametro di 25mm e altezza 100 mm austenitizzata e raffreddata con un getto dalla parte inferiore. Si misura poi la durezza partendo dalla parte inferiore, in cui è maggiore, a salire, costruendo il diagramma detto curva di Jominy.
Da tale curva determino a che distanza ho il 50% di martensite (grafico con più tipi di acciai): queste rilevate sono però durezze superficiali quindi uso un ulteriore diagramma per correlarle con il diametro critico.

Rinvenimento

Tenacità: tenacità statica, indice della capacità di un materiale di immagazzinare energia nel campo elasto-plastico prima di arrivare a rottura sotto sforzi di trazione

Dopo la tempra la struttura risultante è martensitica, quindi dura ma molto fragile, ed anche può contenere austenite residua: martensite ed austenite, essendo metastabili, tendono a diventare ferrite + cementite a temperatura ambiente; tramite un trattamento termico, detto rinvenimento, accelero questa loro propensione a trasformarsi in strutture più stabili.
Dato che l’evoluzione verso l’equilibrio passa attraverso trasformazioni intermedie, con proprietà meccaniche differenti, per ogni acciaio vengono diagrammate queste fasi con le loro proprietà meccaniche nelle cosiddette curve di rinvenimento. Si può notare in queste curve come le caratteristiche di resistenza (tensione di rottura e di snervamento, durezza) tendano a calare salendo con la temperatura di rinvenimento, mentre le caratteristiche di duttilità (allungamento, strizzone percentuale) e di resilienza tendano a crescere.
Bisogna sottolineare che le caratteristiche meccaniche rappresentate dalle curve di rinvenimento dipendono anche dalle dimensioni del pezzo per il cosiddetto effetto massa , per cui le curve riportano anche le dimensioni del provino.
Un'altra componente da considerare è la presenza di elementi leganti  che ostacola la diffusione: per avere le stesse caratteristiche meccaniche su acciai legati bisogna rinvenire a temperature più elevate; questo effetto è noto come stabilità al rinvenimento.
In acciai legati contenti Cr, Mn, Cr-Mn, Cr-Ni, se rinvenuti alla T=430÷570°C manifestano una diminuzione di resilienza nota come fragilità al rinvenimento o malattia di Kroop ; per evitarla bisogna:

• Evitare l’intervallo di temperatura critica;
• Rinvenire ad alta temperatura e raffreddare bruscamente in acqua per evitare l’intervallo pericoloso;
• Aggiungere Mb in fase di fabbricazione perché riduce questo fenomeno (costoso).

Un altro aspetto riguarda gli acciai contenti almeno il 5% di Cr, Mo, W, V: la loro durezza, dopo una certa diminuzione, presenta un anomalo aumento con un massimo a 550÷560°C noto come durezza secondaria.   

Modalità di rinvenimento

Il riscaldamento viene effettuato a varie temperature sempre T<727°C.

Il tempo si attesta su 1÷2 h/inch: è un trattamento lungo a temperatura bassa in modo da non avere decarburazione, poi si raffredda in aria.
Nel caso si formino cricche dopo tempra e rinvenimento sono da attribuire solamente ad una tempra male eseguita e non al rinvenimento, anche se è dopo quest’ultimo che compaiono.

Trattamenti Isotermici

Sono i migliori trattamenti.
Porto l’acciaio sopra alla temperatura A3 (austenizzazione) e sottoraffreddo rapidamente sotto la temperatura A1, arrestando poi il processo alla temperatura desiderata.
La trasformazione dell’austenite avviene in modo isotermico senza passare attraverso la trasformazione in martensite, cosicché le proprietà acquisite sono uniformi in tutto il pezzo, che risulta oltretutto non distorto né tensionato.
Richiedono un’ottima conoscenza delle curve TTT.
I trattamenti isotermici sono:

• Ricottura isotermica: ottengo una perlite grossolana, perfetta omogeneità della struttura che risulta molto lavorabile e senza tensioni interne;
• Patentamento: ottengo una perlite finissima, viene usato nelle vergelle che, per trafilatura, producono fili metallici: il diametro deve poter passare da 5,5 mm a 0,8 mm in una passata unica;
• Austempering (o tempra bainitica): ottengo bainite;
• Martempering: non è un vero e proprio trattamento isotermico, per evitare elevati gradienti di temperature tra la superficie ed il cuore di pezzi grandi si sottoraffredda in un bagno termale e si aspetta il livellamento delle due temperature, poi si raffredda in aria; serve per livellare la temperatura.

Trattamenti Superficiali

Si tratta di trattamenti di indurimento superficiali dei pezzi. Posso realizzarsi con:

• Tempra ad induzione;
• Nitrurazione;
• Carbocementazione.

Tempra ad induzione

È usata ad esempio per alberi motori per temprare solo le zone interessate come gli appoggi  dell’albero che devono possedere una durezza superficiale per resistere all’usura e tenacità interne per un buon comportamento a fatica.
La tempra ad induzione è più economica rispetto ad altri trattamenti di indurimento superficiale come carbocementazione o nitrurazione.
Per effettuarla si introduce il pezzo in un solenoide percorso da corrente alternata, lo spessore s è quello interessato dal riscaldamento:

spessore interessato dalla tempra in mm
resistività elettrica
permeabilità elettrica
frequenza corrente
termine propagazione (diffusione termica) dipendente dal tempo, trascurabile se t è piccolo

Questa tempra si basa sul cosiddetto effetto pelle della corrente: alta energia, brevissimo tempo (pochi secondi); appena finito si effettua un raffreddamento immediato in aria, acqua o olio.
Può essere eseguita a 160°C, gli acciai più adatti sono quelli al carbonio C (privi o poveri di carburi complessi), tenaci per composizione (C=0,35÷0,45%C) che hanno subito TT (come bonifica ), dato che la struttura sorbitica formatasi con la bonifica si presta meglio ad una rapida dissoluzione dei carburi.
Il vantaggio di questa tempra è che non deforma il pezzo e può essere eseguita su pezzi già finiti.
Il contro è che può essere trattato un solo pezzo per volta.

Nitrurazione

Consiste in un arricchimento di azoto N in un acciaio e da caratteristiche elevate di durezza ma non tenacità. Si effettua localizzato per indurire il pezzo solamente dove serve.
Per questo processo ci si rifà al diagramma di stato ferro – azoto: l’azoto allarga il campo di esistenza dell’austenite; a 590°C abbiamo l’eutectoide, questa è la temperatura massima che possiamo raggiungere altrimenti si formano dei nitruri sfavorevoli, Fe2N, molto più fragili rispetto a quelli favorevoli, Fe4N.
La temperatura quindi di nitrurazione si attesta sul valore T=530÷550°C.
La nitrurazione si effettua mettendo il pezzo in un’atmosfera ricca di azoto monoatomico, ricavato dall’ammoniaca secondo il processo chimico:

Dato che l’idrogeno si trova in forma molecolare non crea problemi, anzi crea un’atmosfera protetta contro l’ossidazione.
Sulla superficie del pezzo si forma Fe4N, un nitruro fragilissimo, la cosiddetta coltre bianca, che poi dovrà essere eliminata; sugli strati sottostanti invece si forma Fe2N, il composto che indurisce la superficie.
A circa 530°C il 70% dell’ammoniaca si dissocia (all’aumentare della temperatura aumenta anche la dissociazione); molte volte il processo si effettua in due tappe:

• insufflazione attiva: viene insufflata ammoniaca per ottenere azoto monoatomico;
• ricircolo: si mantengono i gas in circolo attorno al pezzo, quindi si mantiene l’atmosfera ricca di azoto, in modo da facilitare la diffusione dell’azoto negli strati del metallo.

L’acciaio deve essere ben temprabile quindi tenace: vengono usati acciai da bonifica che contengono cromo Cr e molibdeno Mo (quest’ultimo viene aggiunto per ovviare alla malattia di Kroop). Anche alcuni allumini con titanio Ti vengono sottoposti a questo processo raggiungendo durezze superficiali di 1200 Vickers.

Viene usato per organi che strisciano senza eccessiva pressione altrimenti lo strato nitrurato cederebbe: ad esempio negli alberi a camme, la camma viene nitrurata dato che è soggetta alla sola pressione della molla.

Carbocementazione

Serve per arricchire e indurire un organo preservando la tenacità.
Non abbiamo la limitazione della temperatura come con la nitrurazione ed anche è un trattamento più rapido e più profondo rispetto alla precedente.
La temperatura si attesta sul valore T=875÷950°C.
La forza motrice di questi trattamenti è la differenza di concentrazione dell’elemento rispetto all’acciaio che per quanto riguarda la nitrurazione è elevata, data la bassissima percentuale di azoto negli acciai, mentre per quanto riguarda la carbocementazione è bassa data l’importante presenza di carbonio negli acciai.
Servono quindi acciai a basso tenore di carbonio, max lo 0,20%C, detti appunto acciai da carbocementazione: dato il basso tenore di carbonio la tenacità di questi acciai non è elevata.
Lo strato superficiale si arricchisce di carbonio fino allo 0,8÷0,9% fino ad uno spessore di circa 2mm e raggiunge una durezza superficiale di 750÷850 HV.
Può anche essere effettuato in ambiente:

• Solido: tempi più lunghi e nessuna garanzia di uniformità dello spessore, viene usato per pochi pezzi; si usa una polvere di carbone di legna, carbonato di bario o sodio e carbonato di calcio che a 900÷950°C sviluppa CO. Ha il vantaggio di essere un processo economico, ma di contro ha una lunga durata, ossida e distorce il pezzo, ingrossa la grana ed è difficile da governare come processo.
• Liquido: si usano bagni di sali fusi (cloruri, carbonati, cianuri) a 870÷900°C, è molto più lento e meno attivo degli altri due processi. Si realizza uno strato uniforme e i pezzi possono essere temprati subito dopo il bagno; i fumi emessi sono molto tossici.
• Gassoso: Il carbonio viene ricavato dal monossido di carbonio CO partendo dal metano CH4 a 900÷950°C secondo le relazioni

                    combustione completa esotermica

                       combustione endotermica
Per avere l’energia per ricavare il CO dalla seconda reazione (endotermica) realizziamo anche una parte della prima reazione (esotermica). Il CO2 e l’H2O  (vapore) possono creare problemi condensando quindi i forni in cui si eseguono questi processi sono automatizzati per il controllo della temperatura affinché non ci sia condensa prima di aver eliminato i gas. Gli inconveniente sono l’ingrossamento della grana e l’elevato costo, mentre i vantaggi sono la breve durata, rispetto alla solida, l’uniformità dello strato e il perfetto controllo tramite forni automatizzati.

Dopo la carbocementazione i pezzi vanno temprati per valorizzarne la durezza e rinvenuti per affinare la grana e garantire un minimo di tenacità alla superficie.
La tempra dipende dall’acciaio e dagli elementi leganti contenuti: il metodo migliore di tempra sarebbe la doppia tempra per rinforzare il cuore e lo strato cementato, ma è costosa.
Gli acciai da carbocementazione sono i più numerosi: si và dal C10 al 16NiCrMo12, il Mo non viene inserito per ovviare alla malattia di Kroop perché non si rientra in quel range di temperatura ma è usato per avere carburi tondi, il cromo da temprabilità, il nichel tenacità.
Dopo tempra e rinvenimento non possiamo usare il pezzo perché è deformato: bisogna rettificare le superfici carbocementate, quindi prima del trattamento bisogna aver lasciato del sovrametallo.

Carbonitrurazione

Consiste nel combinare i due processi: impiegare in un forno chiuso un’atmosfera uguale a quella della carbocementazione gassosa aggiungendoci ammoniaca dissociata. Le temperature oscillano da T=650÷870°C a seconda che si vogliano avvicinare i risultati più alla nitrurazione o alla carbocementazione.
Segue una tempra ed una distensione.

Classificazione degli Acciai

Vengono classificati a seconda dell’impiego ed ogni classificazione ha le sue diverse tipologie. Abbiamo acciai:

Acciai per uso generale

Non sono destinati a trattamenti termici ma all’uso grezzo dopo laminazione a caldo (raramente normalizzati). Vengono fabbricati con alcune precauzioni per soddisfare determinati impieghi. Sono gli acciai più usati, quantitativamente, ed hanno una loro designazione; in realtà esistono due designazioni, una numerica prettamente mnemonica che non tratteremo ed una alfanumerica (UNI EU 10027/1):

- Simbolo iniziale: riferito all’impiego: S impieghi strutturali, E costruzioni meccaniche, altre sei lettere vengono utilizzate che non citeremo;
-  Caratteristica principale:viene indicata la tensione minima di snervamento garantita (le prove non sono mai inferiori al valore riportato).

Esempio:

 è un acciaio per uso generale per impieghi strutturali con una tensione di snervamento pari a 235; alla sua destra si trova la vecchia designazione che riportava la tensione di rottura. Molto più importante per noi è la tensione di snervamento in quanto durante l’impiego non deve essere mai sorpassato tale valore.

Questi tipi di acciai devono resistere a sforzi statici (non variabili né impulsivi) e sono usati per carpenteria civile e navale. Sono acciai al solo carbonio che devono avere buona resistenza meccanica e saldabilità: il problema è che queste due proprietà sono antagoniste.

Si dividono in:

• Acciai di base: durante la fabbricazione non sono soggetti ad attenzioni particolari, non hanno elementi di lega (in percentuali importanti) e non subiscono trattamenti termici;
• Acciai di qualità: non sono destinati a trattamenti termici e non richiedono prescrizioni di composizione o di grado inclusionale, ma devono avere alcuni requisiti: idoneità alla saldatura, resistenza alla frattura fragile, insensibilità all’invecchiamento . Durante la loro fabbricazione vengono usate delle precauzioni; possono contenere micro quantità di altri elementi.

Acciai speciali

Questi acciai sopportano sollecitazioni impulsive e cicliche (resistenza a fatica) e sono usati per pale di turbina idrauliche, a vapore (max 560°C).
Derivano da rottami che vengono poi calmati con silicio e alluminio.
Sono sottoposti a trattamenti termici intermedi (ricottura, normalizzazione) e finali (tempra + rinvenimento).
Si suddividono in due sottogruppi:

• Non legati (El<5%): contengono solo carbonio e si indicano con una lettera, la C di carbonio, più un numero, la concentrazione di carbonio per 100. devono avere composizione e grado inclusionale ben delimitati, ciò li rende adatti a subire trattamenti termici TT:

           acciaio speciale non legato al carbonio con 0,4% di C

• Legati (El≥5%): si suddividono a loro volta in due gruppi:

•  Bassolegati: nessun elemento di lega raggiunge il 5% di concentrazione; si designano con la percentuale di carbonio per 100 + in successione i simboli chimici degli elementi in lega in ordine decrescente (se con la stessa quantità si segue l’ordine alfabetico) + la concentrazione dell’elemento di lega maggiormente presente moltiplicata per 4:

 acciaio con 0,4%C, 1%Cr, Mo

•  Altolegati: almeno un elemento eguaglia o supera la concentrazione del 5%. Si indicano con la lettera X + %C per 100 + i simboli chimici degli elementi presenti nella lega in ordine di quantità + la percentuale degli elementi:

 acciaio inox austenitico (pentole, posate) con 0,05%C, 18%Cr, 10%Ni

 acciaio inox per utensili (lamette, bisturi, cuscinetti) con 1,05%C, 17%Cr

Questa designazione penso valga per tutti i tipi di acciai tranne i sopra citati acciai per uso generale e gli acciai rapidi (utensili).

Acciai per utensili – Acciai Rapidi

Hanno una designazione diversa: HS (High speed Steel) + 4 numeri. Non viene indicato il carbonio perché è pressoché lo stesso ed anche il cromo contenuto ugualmente in percentuale del 4%. Con i numeri viene indicata la presenza di W, Mo, V, Co:

 acciaio di Taylor con 18% W e 1% V

È preferibile al tungsteno W l’utilizzo del molibdeno Mo in quanto pesa la metà ed ha il doppio di resa, abbassando il costo quindi di 4 volte.

Designazioni Americane

Acciai da costruzione: 4 numeri di cui le prime due cifre casuali e le seconde due indicano la percentuale di carbonio moltiplicata per 100:

Acciai inossidabili: denominazione AISI, hanno tre classi la 200, 300, 400:

sono valori da memorizzare, acciai austenitici cromo-nichel usati per cucchiai e forchette

acciai martensitici e ferritici al cromo, usati per pale per turbina, coltelleria

Utilizzi degli Acciai

Acciai da bonifica

Rientrano nella categoria degli acciai speciali, quindi sono designati come riportato prima a seconda che siano non legati, basso legati o alto legati.
Vengono distinti per temprabilità:

L’ultimo acciaio elencato è il migliore da bonifica agli effetti della temprabilità: si tempra fino al 50% di martensite fino al cuore, qualsiasi sia lo spessore del pezzo; è un acciaio molto costoso.
Gli acciai da bonifica devono avere massima tenacità statica e alta la tenacità dinamica. Questo si ottiene con:

• Tenore di carbonio;
• Temperatura di rinvenimento.

La resistenza è determinata dal tenore di carbonio: C<0,40% abbiamo un migliore allungamento percentuale, C>0,40% maggiore resistenza. Il massimo lo otteniamo con lo 0,40% di C e un rinvenimento a 620°C, ma non tutti gli acciai hanno questa percentuale di carbonio: la scelta viene effettuata dal progettista in base alle caratteristiche necessarie, utilizzando delle apposite tabelle.

Acciai per Molle

Ci sono vari tipi di molle: elicoidali, a balestra, a barra di torsione.
Le molle lavorano solo in campo elastico, quindi voglio:

Cioè il rapporto tra la tensione di snervamento e quella di rottura all’incirca uguale a 1:  i valori che si riescono a raggiungere veramente sono quelli indicati tra parentesi.
Inoltre la molla è soggetta a carichi ciclici quindi deve avere un ottimo comportamento a fatica: necessito quindi di una struttura uniforme, senza austenite residua; a questi acciai viene fatta una tempra + rinvenimento quindi serve un acciaio molto temprabile.
Quelli utilizzati sono:

• Acciai al solo carbonio: C55, 60, 67, 75, 85, 100, non vengono temprati e per eliminare l’incrudimento dovuto alla lavorazione si effettua un trattamento isotermico di patentamento, per ottenere una grana fine e omogenea. In alcune applicazioni si effettua tempra + rinvenimento;

• Acciai bassolegati: 48Si7 ÷ 51CrMoV4, quest’ultimo è usato anche per utensili dato che il cromo aumenta la temprabilità, il vanadio affina la grana, il nichel aumenta la tenacità, nel primo invece il silicio rinforza la struttura. Questi acciai sono l’unica categoria che subisce un trattamento termico di tempra (Ac3+T) + rinvenimento al 3° stadio (400÷450°C).

È importante che non ci sia decarburazione altrimenti viene pregiudicato il comportamento a fatica. Per ovviare a questo rettifico dopo aver fatto l’organo elastico e uso un forno ad atmosfera protetta (usato soprattutto per pezzi difficili da rettificare).

Acciai per cuscinetti a rotolamento

I cuscinetti servono per trasformare un attrito radente in attrito volvente (cuscinetti a rotolamento); ci sono anche cuscinetti a strisciamento (bronzine) che qui non tratteremo.
Sono composti di 4 elementi:

• anello interno con pista di rotolamento;
• anello esterno che contiene la pista di rotolamento;
• corona di elementi che ruotano (sfere o rulli) tra i due anelli ;
• gabbia distanziatrice che tiene separate le sfere.

Il carico può essere solo radiale non assiale (ci vogliono altri tipi di cuscinetti).
La durezza degli organi deve essere la stessa altrimenti uno cede e devono aversi solo deformazioni elastiche: si ottiene con tempra + rinvenimento a bassa temperatura.
Dato che è un organo rotante è soggetto a carichi ciclici, quindi per resistere a fatica necessita di una struttura uniforme e massima temprabilità.
Un altro problema è dovuto alle infiltrazioni di polvere (silicati durassi, più della martensite, ma fragili) e per ovviare a questo la struttura del cuscinetto prevede dei carburi che frantumano la polvere.
L’attrito volvente dissipa energia sotto forma di calore che potrebbe provocare il rinvenimento della martensite e l’indebolimento della struttura: si riduce quindi l’attrito impiegando lubrificante semisolido (grasso) che, aderendo alle superfici, oltre a diminuire l’attrito tiene separate le varie parti che compongono il cuscinetto evitando così contatti che potrebbero portare a legami degli atomi superficiali ed al conseguente grippaggio del cuscinetto.
L’acciaio usato è un acciaio ipereutectoidico (1%C al posto dello 0,8%) come il 100Cr6 che contiene 1%C e 1,5%Cr.
La produzione avviene in varie fasi:

• si parte da una barra tonda laminata;
• questa barra viene affettata in senso radiale;
• stampaggio a caldo o a freddo (quest’ultimo per piccoli cuscinetti) per ottenere dalla “fetta” quattro corone: una per anello esterno, una per i cuscinetti, una per anello interno, una di scarto;
• i componenti rimangono uniti e formeranno il cuscinetto finale (dato che devono avere uguali caratteristiche le corone e gli elementi rotanti affinché una parte non consumi l’altra);
• ricottura di globulizzazione, con pendolo sopra e sotto la temperatura A1 per ottenere pochi carburi ma grossi ed il massimo addolcimento;
• lavorazione alle macchine utensili: la corona intermedia viene tagliata a cubetti e questi arrotondati per formare le sfere;

Acciai per utensili

L’utensile è un oggetto che serve per dare la forma ai materiali quindi deve essere duro (caratteristica fondamentale). Abbiamo vari tipi di utensili:

• Utensili per asportazione di truciolo;
• Stampi;
• Stampaggio ad iniezione.

Le caratteristiche di un utensile sono:

• Durezza, resistenza all’usura e all’ingrossamento del grano favorite dalla presenza di elementi che formino carburi come Cr, Mo, W e V;
• Tenacità;
• Resistenza agli shock termici favorita da una buona conducibilità termica legata al basso tenore di elementi in lega;
• Attitudine al taglio legata alla durezza, alla tenacità ed alla grana;
• Lavorabilità per asportazione di truciolo quando si debba formare l’utensile.

Devono anche essere tenaci per resistere ad eventuali momenti indotti da deformazione (soprattutto per gli stampi a freddo).
Durezza e tenacità sono però antagoniste: all’aumentare dell’una diminuisce l’altra, quindi per ottenere l’utensile voluto bisogna porre attenzione in produzione; se la durezza è minore del voluto l’utensile si usura più velocemente mentre se la tenacità è minore si rompe: è quindi sempre meglio privilegiare la tenacità rispetto alla durezza.

La normativa li classifica in 3 classi:

• Acciai Rapidi : per utensili per asportazione di truciolo, sono i più costosi in assoluto tra tutti gli acciai:

Questi sono gli acciai per utensili rapidi più usati (soprattutto gli ultimi tre, il primo è quello di Taylor che ha soprattutto valore storico) con le rispettive designazioni americane AISI (T indica tungsteno, M indica Molibdeno); tutti contengono elementi nelle percentuali 0,78÷1,13%C e 4%Cr e raggiungono durezza Rockwell dell’ordine HRc≈65÷66;

• Acciai per Lavorazione a Caldo: per stampi per stampaggio a caldo (800÷1000°C), hanno tenore di carbonio basso 0,25÷0,6%C e nichel per aumentare la tenacità, altri elementi come W, Mo, Cr per elevare la durezza, V perla resistenza al surriscaldamento, Si per aumentare la resistenza all’ossidazione; i trattamenti termici effettuati sono una tempra (in olio o aria, sono autotempranti) + rinvenimento circa 700°C (temperatura rinvenimento più alta di quella d’esercizio);

• Acciai per Lavorazione a Freddo: per utensili poveri (martello) o per coniatura. Hanno elevata durezza data da un tenore elevato di carbonio C≤2,3% che si conserva fino a temperature non superiori a 200°C; si usano acciai al solo carbonio e basso-alto legati:

Quelli al solo carbonio e bassolegati si effettua tempra (in acqua) + rinvenimento al 1° stadio (bassa temperatura); quelli altolegati tempra (in olio) + rinvenimento alla temperatura di 550°C per sfruttare la durezza secondaria.

Data la durezza di queste leghe e la presenza di carbonio ed altri elementi , i trattamenti termici richiedono particolari attenzioni:

• Ricottura di globulizzazione: per ottenere il massimo addolcimento;
• Elevate T di austenizzazione con vari riscaldamenti intermedi per evitare gradienti di temperatura fino anche a 1290°C in atmosfera protettiva per evitare la decarburazione. L’ingrossamento della grana dovuto alle alte temperature è impedito dai carburi di vanadio;
• Controllo del tempo di permanenza data l’elevata temperatura per evitare il surriscaldamento;
• Raffreddamento eseguito con azoto o in bagni di sali (cloruro di bario) anche lento dato che questi acciai sono autotempranti;
• Rinvenimento ad una T≈550°C per favorire la durezza secondaria, per eliminare l’austenite residua (dopo tempra) e per diminuire la fragilità della martensite.  Vengono effettuati fino a 4 rinvenimenti in modo da trasformare tutta l’austenite residua in martensite.

Acciaio Inossidabile

Detti anche acciaio inox sono acciai che contengono almeno il 12% di Cr necessario per la passivazione. A seconda della microstruttura vengono classificati in ferritici, austenitici, martensitici e duplex.
Esiste un diagramma di esistenza di queste strutture detto diagramma di Sheffler (qui riprodotto schematicamente) ottenuto con bruschi raffreddamenti

Nella scelta degli acciai inossidabili vengono scelte strutture monobasiche per evitare la formazione di micropile (problema particolarmente importante tra austenitici e martensitici). Gli unici acciai bifase sono i duplex, che a caratteristiche meccaniche e chimiche elevate contrappongono costi elevati.

Martensitici

Hanno un tenore di cromo compreso tra 12÷17%, non hanno nichel. Gli acciai utilizzati sono:

Vengono impiegati allo stato bonificato per applicazioni soggette a momento torcente come gli assi delle turbine idrauliche e a vapore e le pale delle turbine.
Vengono temprati a temperatura più elevata del necessario per accelerare la soluzione dei carburi di cromo quindi a circa 1000°C (sono autotempranti, si temprano da soli in aria dato il tenore di cromo) e quindi rinvenuti a T<420°C (acciai per utensili tipo coltelli) o a T>620°C (acciai per momenti torcenti e da bonifica). Si evita l’intervallo di temperatura di 570°C per ovviare alla fragilità al rinvenimento o malattia di Kroop.

Ferritici

Hanno un tenore di cromo compreso tra 11,5÷27% e basso contenuto di carbonio (C<0,10%). L’acciaio più utilizzato è:

Data la minore presenza di carbonio non è temprabile. Data la sua buona plasticità viene usato per monete, posateria, vasellame (poco costosi), elettrofili con lavorazione plastica a freddo: questo provoca un incrudimento eliminato con una ricottura di ricristallizzazione a 820°C  e raffreddato in acqua.
Ha minore resistenza alla corrosione rispetto agli austenitici ma costa meno, è poco soggetto alla tensiocorrosione ed alla corrosione intercristallina. Alle alte temperature va bene fino a max 800°C poi i grani si ingrossano; a basse temperature è assolutamente da evitare.

Austenitici

Hanno caratteristiche eccezionali ma anche grossi difetti. Rappresentano il 60% della produzione totale di acciai inossidabili.
L’acciaio più conosciuto di questa classe è il:

Che da solo rappresenta un terzo della produzione di acciai inox austenitici; contiene 18÷20%Cr, 8÷10,5%Ni e C<0,06% (relegato quindi al ruolo di impurezza).

Analizziamo ora pregi e difetti di questo acciaio:

Difetti

• Saldabilità : l’elevata presenza percentuale di cromo e la presenza di carbonio porta ad alti valori del carbonio equivalente e quindi a bassa saldabilità della lega; per ovviare  a questo si usano leghe leggermente modificate in cui viene diminuito il tenore di carbonio come la:

Quindi usiamo leghe in cui il carbonio non eccede lo 0,03%;

• Pitting: corrosione dovuta allo ione cloruro che forma un pit (o foro) sulla superficie, blocca il processo di passivazione (insinuandosi all’interno del foro non permette l’arrivo di ossigeno) e la conseguente fessurazione della struttura (ferritici e martensitici non ne sono soggetti in maniera rilevante). Per risolvere stabiliamo un parametro che indichi la resistenza al pitting:

Molibdeno e azoto offrono maggiore resistenza al pitting (come si vede dalla formula) ma l’azoto indurisce troppo l’acciaio; usiamo tenori di molibdeno nell’ordine del 2÷3% come nell’acciaio inox austenitico:

Nella versione normale e saldabile. Dato che il molibdeno è un elemento α-geno mettiamo leggermente meno cromo per stare nella punta del diagramma di Sheffler.

• Lega non truciolabile: è la lega meno truciolabili in assoluto tra i materiali metallici dato che la truciolabilità è inversamente proporzionale alla durezza. Sotto l’effetto dell’utensile l’austenite si trasforma in martensite (tenso-indotta) e porta ad una usura dell’utensile. Per ovviare a questo si inserisce nella matrice una fase non metallica: solfuri di ferro e manganese, ottenendo l’acciaio:

Che contiene lo 0,35%S al posto del normale 0,035% quindi 10 volte di più.

• Non resiste alla tenso-corrosione: sottoposto a trazione (solamente a trazione, a compressione non succede nulla)  si screpola esponendo zone non passivate alla corrosione. Non sono soggetti gli acciai ferritici.

Pregi

• Fortemente incrudibili: inizialmente l’acciaio è molto plastico (ottimo per imbutitura ad esempio) ed ha caratteristiche meccaniche modeste ma sottoposto a deformazione plastica a freddo incrudisce raggiungendo ottimi valori di tensione di snervamento (fino a 2000÷2200 Mpa) e di rottura (fino a 2500 MPa). Se avessi aggiunto carbonio per aumentare le tensioni massime durante la lavorazione avremmo avuto la trasformazione dell’austenite in martensite.

• Basse Temperature: ha un ottimo comportamento, non ne risente fino anche a -200°C (usato per contenitori per azoto liquido, aria liquida, ossigeno).

• Alte Temperature: ha un ottimo comportamento, viene definito anche acciaio resistente al calore dato che lo strato passivato resiste; si comporta bene fino a 900°C con punte di 1100°C, ma ne esiste un versione che resiste fino a 1050÷1100°C con punte di 1200÷1250°C:

Che contiene il 25%Cr, 20%Ni, 0,15÷0,18%C, molto costoso però. Migliori di questo ci sono solo le leghe per alte temperature. Non c’è corrosione perché a 1000°C non ci sono elettroliti a umido.