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Passiamo ora al nostro articolo.
Le leghe ferro-carbonio con un tenore di carbonio fino al 2% vengono definite acciai; i materiali con oltre il 2% di tenore di carbonio invece sono definiti ghise.
La ghisa, eccezion fatta per alcune leghe di ghisa e ghisa a grafite sferoidale, ha solo una moderata resistenza alla trazione. Al contrario, l’acciaio è tenace, sempre deformabile a caldo e, a basso tenore di carbonio, è deformabile anche a freddo. La resistenza dell’acciaio si può aumentare notevolmente con il trattamento a caldo, ma a scapito della malleabilità che diminuisce in modo sostanziale.
Classificazione degli acciai
Gli acciai vengono classificati in gruppi in base agli elementi di lega, ai componenti della struttura e alle proprietà meccaniche.
In funzione al tenore di lega, gli acciai vengono ulteriormente classificati in:
- acciai non legati
- acciai a basso tenore di lega (il tenore di ogni elemento di lega è minore del 5%)
- acciai ad alto tenore di lega (il tenore di uno degli elementi di lega è pari al 5%)
Gli acciai non legati vengono suddivisi in acciai adatti o acciai non adatti per il trattamento a caldo.
Gli acciai a basso tenore di lega hanno in linea di principio proprietà simili a quelle degli acciai non legati. Importante dal punto di vista tecnico è la temprabilità che è molto migliorata, oltre alla maggiore resistenza al calore e alla rinvenibilità.
Gli acciai ad alto tenore di lega sono necessari per ottenere proprietà speciali.
La resistenza all’ossidazione o altre proprietà fisiche particolari si possono ottenere solo con acciai ad alto tenore di lega.
Condizione della lavorabilità degli acciai
La truciolabilità di un materiale dev’essere sempre valutata in relazione ai metodi di lavorazione impiegati, al materiale e alle condizioni di taglio. Per quanto riguarda il materiale, la truciolabilità degli acciai è determinata dalla struttura e dalle proprietà meccaniche (durezza e resistenza).
Truciolabilità in funzione del contenuto di carbonio
Gli acciai al carbonio con un tenore di carbonio pari a C < 0,8 % vengono definiti come acciai ipoeutettoidi. I componenti fondamentali della struttura sono perlite (miscela di ferrite e cementite, elevata durezza) e ferrite (bassa durezza, grande deformabilità).
Durante la lavorazione con asportazione del truciolo, la ferrite è causa di molte difficoltà per i seguenti motivi:
- tendenza a incollarsi sull’utensile e a formare il tagliente di riporto;
- formazione degli indesiderati trucioli a nastro e discontinui (elevata deformabilità)
- scarsa qualità della superficie e formazione di bava sui pezzi
La perlite è invece causa di difficoltà durante la lavorazione con asportazione del truciolo in merito a:
- forte usura da abrasione
- maggiori sforzi totali di truciolatura
La truciolabilità degli acciai con un tenore di carbonio pari a C < 0,25% viene caratterizzata essenzialmente dalle suddette proprietà della ferrite. A velocità di taglio basse si formano taglienti di riporto. L’usura dell’utensile e la temperatura di taglio aumentano lentamente con l’aumentare della velocità di taglio. In queste condizioni è necessario scegliere utensili con un angolo di spoglia superiore possibilmente positivo.
Negli acciai al carbonio nel campo 0,25% < C < 0,4% le proprietà della perlite hanno effetti sulla truciolabilità, vale a dire che:
- si verifica una riduzione della tendenza all’incollaggio e pertanto alla formazione del tagliente di riporto
- la temperatura di taglio aumenta durante la lavorazione con asportazione del truciolo a causa del maggiore carico nella zona di contatto e, pertanto, anche l’usura dell’utensile.
- la struttura influenza positivamente la qualità della superficie, la formazione e la forma del truciolo
Un ulteriore aumento del tenore di carbonio (0,4% < C < 0,8%) causa un ulteriore aumento della perlite, finchè a 0,8% C si ha solo perlite.
Gli acciai al carbonio con circa lo 0,25% di C mostrano caratteristiche di buona truciolabilità.
Truciolabilità in funzione degli elementi di lega
Nei paragrafi seguenti si descrive l’influsso di alcuni importanti elementi di lega sulla truciolabilità dei materiali di acciaio.
- Il cromo e il milibdeno migliorano la temprabilità dell’acciaio, influenzando pertanto la truciolabilità per struttura e resistenza. In caso di acciai con un maggiore tenore di carbonio ovvero di lega, questi elementi formano carburi duri misti e speciali che possono influenzare negativamente l’asportazione del truciolo. Lo stesso vale anche per il tungsteno.
- Anche il nichel ha effetti sulla resistenza dell’acciaio e ne aumento la resilienza. Tutto ciò porta in genere a condizioni di truciolabilità sfavorevoli, in particolare in caso di acciai austenitici al Ni.
- Il silicio, in abbinamento con l’alluminio, forma ad esempio inclusioni dure di ossido di Si, con una conseguente maggiore usura dell’utensile.
- Con l’aggiunta di fosforo si ottiene un truciolo corto e fragile. A tenori fino allo 0,1%, il fosforo agisce positivamente sulla truciolabilità. A tenori maggiori di P si ottengono sì superfici di migliore qualità, ma anche maggiore usura dell’utensile.
- Il titanio e il vanadio possono causare, già in piccole quantità, un aumento notevole della resistenza. In merito agli sforzi totali di truciolatura e alla formazione del truciolo, si deve far conto su scarsi risultati a causa del forte affinamento della grana.
- Lo zolfo possiede una solubilità solo minima nel ferro, ma forma, a seconda dei componenti di lega, solfuri stabili nell’acciaio. I solfuri di manganese MnS sono auspicabili, dato che influiscono positivamente sull’asportazione del truciolo (trucioli corti e fragili, minore formazione di taglienti di riporto, migliori superfici dei pezzi).
- Il manganese migliora la temprabilità e aumenta la resistenza degli acciai. Grazie all’elevatà affinità con lo zolfo, il manganese forma con lo zolfo i solfuri. Tenori di manganese fino all’1,5% favoriscono negli acciai a basso tenore di carbonio la truciolatura per via della buona formazione del truciolo. Tuttavia, a tenori di carbonio maggiori, si hanno effetti negativi sull’asportazione del truciolo a causa della maggiore usura dell’utensile.
- Il piombo ha un punto di fusione relativamente basso ed è presente nel ferro sotto forma di inclusioni submicroscopiche. Durante le lavorazioni con asportazione del truciolo si viene a formare una pellicola protettiva di piombo tra l’utensile e il materiale dell’utensile che riduce l’usura dell’utensile stesso e le forze di taglio specifiche. I trucioli diventano corti e fragili.
Al sito di Hoffmann Group Italia