_______________________________________________________________________________________ A. Pandolfo, G. Degli Esposti Tecnologie meccaniche di processo e di prodotto © 2012 RCS RCS Libri S.p.A., Milano - Calderini

Acciai da bonifica Nella scelta di un acciaio da bonifica, si deve tener conto dei seguenti fattori:

1) prezzo; 2) caratteristiche meccaniche (resistenza a trazione, limite di fatica, tenacità, durezza ecc.); 3) temprabilità; 4) forma e dimensioni del pezzo in relazione alla temprabilità; 5) processo di fabbricazione.

1) Prezzo

Come si è già detto, questo non deve essere il criterio principale di valutazione ma, considerando la forte concorrenzialità esistente nel mondo industriale, la scelta non può prescindere da questo aspetto. In tabella 1 sono riportati gli indici dei prezzi di alcuni acciai, da cui si rileva la forte differenza tra acciai al carbonio e acciai legati.

ACCIAIO

INDICE DI PREZZO

39 Ni Cr Mo 3 100 C 40 55 C 60 60 42 Cr Mo 4 90 36 Cr Ni Mo 4 98 34 Cr Ni Mo 6 140 36 Cr Ni Mo 16 200

tabella 1 Dalla tabella si nota la forte convenienza che si avrebbe utilizzando acciai non legati; ciò però non è sempre possibile per le scarse caratteristiche di temprabilità e di resistenza meccanica.

2) Caratteristiche meccaniche

a) Resistenza a trazione In funzione dei carichi previsti e tenuto conto degli eventuali sovraccarichi, si dimensiona il particolare. Nelle tabelle dei materiali sono riportate le caratteristiche degli acciai da bonifica (UNI EN 10083-3:2006). Si deve ricordare che, a parità di durezza e di resistenza, è preferibile un acciaio al C bonificato o normalizzato a un acciaio legato normalizzato o peggio ancora allo stato di fornitura, perché, oltre allo spreco di denaro dovuto all’acquisto di un materiale più costoso, si avrebbe minor lavorabilità, dubbia tenacità e soprattutto scadente resistenza a fatica. Da tener presente che non sempre il dimensionamento viene fatto sulla limitazione delle tensioni interne, ma spesso sulla limitazione delle deformazioni. Questa imposizione è in genere molto più restrittiva, e porta a uno sfruttamento solo parziale delle caratteristiche di resistenza.

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b) Resistenza a fatica Altra importante caratteristica del materiale da tener presente in sede di progetto è la resistenza a fatica. Questa si può considerare correlata alla resistenza a trazione in modo proporzionale fino a valori di circa 1000 N/mm2, mentre per valori superiori tale dipendenza diventa fortemente incerta. La migliore resistenza a fatica è conferita all’acciaio dalla struttura sorbitica (perché aumenta la resistenza meccanica e la tenacità) ed è per questa ragione che i pezzi soggetti a elevata sollecitazione devono essere bonificati con trasformazione martensitica non inferiore all’80%, contro il 50% accettabile in condizioni di esercizio meno severe o di carichi statici. Inoltre, deve essere posta particolare cura per proteggere la superficie dalla decarburazione o peggio ancora dalla ossidazione intergranulare, che favoriscono l’innesco della frattura.

c) Resilienza La resilienza è una caratteristica molto importante di collaudo, anche se non può essere utilizzata per i calcoli di dimensionamento. In tabella 2 è riportata indicativamente la relazione tra resistenza e resilienza per i diversi acciai.

C22

25CrMo4

34CrNiMo6

C25

34CrMo4

25CrMo4

34CrNiMo6 34NiCrMo16

34CrNiMo6

C30 - C35

22Mn6

36CrNiMo6

38Cr2

46Cr2 38Cr2 28Mn6

42CrMo4 34CrMo4

34NiCrMo16 30CrNiMo8 36CrNiMo4

34CrNiMo6

50CrMo4 42CrMo4

34NiCrMo16 30CrNiMo8

51CrV4

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

tabella 2 Per gli impieghi a bassa temperatura, la resilienza acquista grande importanza per l’influenza della temperatura di transizione. In generale valgono le seguenti considerazioni:

- con l’aumentare del tenore di C, di S e di Mo aumenta la temperatura di transizione; - il Ni riduce tale temperatura; - il Cr l’aumenta leggermente.

Nel grafico 1 è riportata l’influenza del tenore di C sulla temperatura di transizione per acciai al semplice Carbonio.

0

50

100

150

200

250

-100 -50 0 50 100 150 200 250

Temperatura [°C]

Resilienza [J]

C 10

C 20

C 30 C 40

C 60 C 70

C 80

grafico 1

50

45

40

35

30

25

20

Rm [N/mm2]

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3) Temprabilità La trasformazione in martensite dopo la tempra deve essere almeno dell’80% nelle zone meccanicamente importanti. Questa considerazione incide sulle le dimensioni dell’organo meccanico; è indispensabile che l’acciaio scelto presenti, nella zona che si ritiene meccanicamente importante, una trasformazione martensitica, dopo tempra, almeno dell’80%. Ciò assicura, dopo il rinvenimento, la trasformazione in sorbite e quindi anche la resistenza richiesta, accoppiata a tenacità. La norma UNI EN 10083-3:2006 prevede la possibilità di ordinare gli acciai con banda di temprabilità normale, indicata con la lettera H o con bande di temprabilità ristretta, che consentono variazioni minori sulla durezza, indicati con le lettere HH e HL. Sulle norme e sui cataloghi sono riportati i diametri massimi temprabili efficacemente con il mezzo temprante idoneo per il tipo di acciaio prescelto. È sempre sconsigliabile ricorrere a mezzi tempranti più drastici di quelli previsti per aumentare la penetrazione di tempra, perché diventa importante il problema delle tensioni interne dovute al salto di temperatura.

4) Forma e dimensioni del pezzo in relazione alla temprabilità Per evitare eccessive tensioni interne, all’aumentare delle dimensioni del pezzo è necessario ricorrere a mezzi tempranti con drasticità inferiore; ciò comporta la necessità di utilizzare acciai ad alta temprabilità, e quindi maggiormente legati e più costosi. Oltre alle dimensioni, si deve tener conto della forma che si vuol raggiungere. Si deve tener presente che dissimmetrie, spigoli vivi, forti variazioni di sezione sono sempre causa di difficoltà nel trattamento termico, e questo si verifica in misura tanto maggiore quanto più è drastico il mezzo temprante. Pezzi con una dimensione assai maggiore in confronto alle altre, per esempio un albero molto lungo rispetto al diametro, se costruiti con un acciaio da temprare in acqua, possono dar luogo a distorsioni durante il raffreddamento; di conseguenza saranno necessarie operazioni di raddrizzatura e si devono anche prevedere sovrametalli di finitura maggiori gravando così sul costo, in misura superiore a quello che si avrebbe costruendo il particolare con acciai legati, per i quali è previsto un raffreddamento in olio.

5) Processo di fabbricazione La scelta degli acciai da bonifica deve necessariamente contemplare tutte le fasi di lavorazione per ottenere l’organo meccanico desiderato. La lavorabilità, a parità di condizioni, è migliore per acciai al solo C, mentre è più difficoltosa per quelli legati. Anche quando la lavorazione viene eseguita allo stato ricotto, certi acciai (per es. 36 Ni Cr Mo 16) presentano notevoli difficoltà e bisogna quindi tenerne conto nella scelta. La presenza di piombo può facilitare fortemente la lavorabilità, soprattutto per la foratura, che rappresenta il tipo di lavorazione più critico in quanto gli utensili non possono essere realizzati in materiale ceramico. La saldabilità è una delle caratteristiche che solo l’acciaio 25 Cr Mo 4 possiede; per gli altri acciai non può essere garantita tale proprietà, anche se si contano innumerevoli applicazioni di particolari saldati realizzati con altri acciai (C 40 o 34 Cr Mo 4); in questi casi però si deve ricorrere a tecniche particolari di saldatura (preriscaldo, raffreddamenti controllati ecc.).