Gli Acciai Influenza elementiI vari elementi di lega influenzano la microstruttura degli acciai, e quindi le sue proprietà fisiche, chimiche e meccaniche. Essi, oltre all’influenza alfagena o gammagena, possono modificarne la temprabilità, la formazione di nitruri, carburi e ossidi.Elementi Negativi:

- H: L’idrogeno può formare delle discontinuità macroscopiche (fiocchi) a causa della differente solubilità nel ferro tra liquido e solido, peggiorando la resilienza e la duttilità- O: L’ossigeno è insolubile nel ferro quindi è un’inclusione non metallica nella struttura che peggiora le proprietà meccaniche e fisiche- S: Lo Zolfo è insolubile nel ferro, ed è quindi un’inclusione non metallica; forma un eutettico bassofondente a bordo grano che infragilisce l’acciaio a caldo e, legato con altri elementi, forma solfuri con punti di fusione ancora più bassi; non influisce fino allo 0,2%, ma il suo tenore deve essere comunque basso (50 ppm) perché tende a segregare nella parte che solidifica per ultima- P: Il Fosforo è simile allo zolfo ma è solubile nel ferro quindi non forma inclusioni non metalliche, ma, per tenori superiori allo 0,2% rende l’acciaio fragile (resilienza nulla) quindi per avere acciai molto tenaci, deve essere molto basso

Elementi Comuni negli acciai:- Ni: Il Nichel fa sempre bene all’acciaio, non forma carburi ma favorisce la grafitizzazione del carbonio; è fortemente

gammageno e aumenta notevolmente la temprabilità e le proprietà meccaniche- Mn: Il Manganese è sempre presente e completamente solubile, ha un effetto disossidante e desolforante, migliora le proprietà meccaniche e la temprabilità ma non è consigliato per la cementazione e la deformabilità a freddo- Co: Il Cobalto aumenta la velocità critica di tempra (sposta in alto e a sinistra le curve CCT), favorisce la grafitizzazione e stabilizza la martensite- Cu: Il Rame migliora la resistenza alla corrosione atmosferica ma per tenori superiori allo 0,5% può dare problemi di scarsa duttilità a caldo- N: L’Azoto migliora leggermente Rm e A% e stabilizza l’austenite- Al: L’Alluminio ha un forte effetto disossidante e forma con l’azoto dei nitruri durissimi; aumenta la resistenza all’ossidazione ma peggiora la saldabilità- Cr: Il Cromo forma carburi stabili e il principale effetto è di aumentare la resistenza alla corrosione ma può portare l’acciaio alla fragilità al rinvenimento- Mo: Il Molibdeno è anch’esso fortemente carburigeno ed è impiegato sempre insieme al cromo per cancellare gli effetti di fragilità al rinvenimento, inoltre, aumenta la temprabilità- Ti, Ta, Nb: Questi tre elementi formano composti intermetallici che induriscono per precipitazione, inoltre, formano carburi duri e stabili- V: Il Vanadio è un forte disossidante, forma carburi e affina il grano

- W: Il Tungsteno è simile al Molibdeno, infatti, può essere sostituito a esso con percentuale doppia: è carburigeno e aumenta la temprabilità- Si: Il Silicio è sempre presente negli acciai e si parla di acciai al silicio per tenori superiori al 1%; è fortemente grafitizzante e aumenta la resistenza a trazione pur peggiorando la tenacità e la duttilità, inoltre, conferisce resistenza agli acidi

ClassificazioneAcciai da costruzione di uso generale: Questi acciai sono posti in opera senza trattamento termico e, l’unica caratteristica richiesta è la resistenza meccanica, generalmente il carico di snervamento, hanno basso tenore di carbonio (Max 0,2%)Acciai speciali da costruzione:

- Bonifica: sono acciai adatti a sopportare sforzi, urti e vibrazioni; sottoposti appunto alla bonifica, questa influenza le caratteristiche in funzione alla modalità della tempra e alla temperatura di rinvenimento:C < 0,5 Mn < 1 Cr < 2 Ni < 4 Mo < 0,5 V < 0,35- Nitrurazione: caratterizzati da elementi che formano nitruri (Al, Cr e Mo)C < 0,5 Al e Mn < 1 Cr < 2 Mo < 0,3- Cementazione: devono avere un tenore di carbonio basso per avere un cuore tenace in cementazione C < 0,2 Cr e Mn < 1 Ni < 5 Mo < 0,5

- Molle: sono sottoposto a un rinvenimento a bassa temperatura (450°C) in modo da conservare un alto carico di snervamento 0,5 < C < 1 Si e Mn < 1- Autotempranti: sono acciai nei quali si forma martensite per raffreddamenti in aria (lenti), si esegue un rinvenimento a 200°C per ottenere un alto Rm e buona tenacità0,3 < C < 0,5 3 < Ni < 6 1 < Cr < 2 Max 5%- Cuscinetti: ipereutettoidici, devono essere lavorabili dopo ricottura e duri dopo tempra con rinvenimento tra 150 – 400°C 0,9 < C < 1,2 S e P < 0,03 S+P < 0,05- Funi: elevata resistenza alla trazione, torsione ed elevata tenacità, ottenute grazie all’incrudimento meccanico con grande riduzione di sezione e al trattamento termico, di patentamento (austenitizzazione e raffreddamento in piombo fuso); ottimale la composizione eutettoidica con struttura perlitica fine ed è fondamentale la quasi assenza d’inclusioni non metalliche0,2 < C < 0,9 0,15 < Si < 0,35 0,4 < Mn < 0,8- Maraging: acciai fortemente legati, tenore elementi > 30%, con bassissimo tenore di carbonio; caratterizzati da un rapporto Rs/Rm prossimo a uno, con un carico di snervamento alto (2000 MPa) ed elevata tenacità. In questi acciai la martensite è ottenuta per permanenza isoterma (500°C); il trattamento termico è il seguente: si effettua una

solubilizzazione a 850°C (struttura austenitica), si raffredda fino a temperatura ambiente e in seguito si “invecchia” la martensite permanendo a 500°C per 3-6 ore in modo da far precipitare i composti intermetalliciC < 0,03 17 < Ni < 25 3 < Mo < 5 7 < Co < 9 Ti e AlAcciai per utensili: le proprietà richieste sono: buona temprabilità per ottenere durezze elevate e omogenee; insensibilità all’ingrossamento del grano ottenuto legando l’acciaio a elementi carburigeni come: W, Mo, Cr, V e Co; resistenza all’usura ed elevata tenacità. Generalmente ipereutettoidici poiché l’elevato C permette di ottenere carburi non disciolti; si deve evirate la presenza di austenite residua. Si dividono in:

- Lavorazione a freddo (< 150°C): caratterizzati da elevata durezza a freddo (55 HRC) ma bassa a caldo- Lavorazione a caldo (> 300°C): elevata durezza sia a freddo sia a caldo (40-55 HRC) grazie alla precipitazione di carburi fini- Acciai rapidi: durezza molto alta sia a temperatura ambiente sia a caldo (60 HRC), sono legati a elementi fortemente carburigeni: W, Mo, V e Cr; classificati in base al tenore equivalente di tungsteno (Weq)

Acciai per usi particolari:- Impiego a bassa temperatura: s’impiegano acciai con reticolo CFC che non presentano temperatura di transizione e quindi la fragilità alle basse temperature. Sono scelti in base alla temperatura di utilizzo- Impiego ad alta temperatura: questi acciai devono resistere allo scorrimento viscoso e all’ossidazione a caldo. Si

possono utilizzare acciai legati con Cr (1%) e Mo(0,5%) oppure per temperature maggiori acciai inossidabili ferritici- Hadfield: è un acciaio molto tenace efficace contro gli urti e le abrasioni in quanto si ottiene martensite a 20°C1,1 < C < 1,4 11 < Mn < 14 Si < 0,7

Acciai inossidabili: sono leghe resistenti a molti ambienti corrosivi con un ampio campo di temperature, grazie all’aggiunta di elementi come Cr (>12%) in grado di formare uno strato protettivo di ossido superficiale; oltre a resistere alla corrosione sono richieste anche elevate capacità meccaniche, ottenute grazie all’aggiunta di nichel e mantenendo basso il tenore di carbonio (0,02 - 1%). Il cromo è fortemente alfageno e chiude il campo γ intorno al 12%, ma per tenori intorno al 40 – 50% si può formare una fase σ che durante il raffreddamento precipita a bordo grano infragilendo l’acciaio. Viceversa, il nichel è gammageno e non forma carburi per via della minore affinità chimica col carbonio rispetto al ferro; l’aggiunta, quindi, di questi due elementi con altri influenzerà la microstruttura dell’acciaio che può essere studiata mediante il diagramma di Schaeffler con i parametri empirici:Creq = Cr + Mo + 1,5 Si + 0,5 NbNieq = Ni + 30 C + 0,5 Mn + 30 NIl diagramma di Schaeffler individua tre principali microstrutture relative agli acciai inossidabili:

- Martensitici (Serie 400):tenore di Cr basso (Max 17%) e C < 0,12%; possono essere austenitizzati e temprati, con velocità critica raggiunta in aria. Non vengono impiegati a temperature elevate per non cancellare gli effetti della bonifica- Ferritici (Serie 400): questi acciai sono sensibili all’ingrossamento del grano poiché il reticolo CCC presenta una maggiore mobilità degli atomi; presentano una resilienza

quasi nulla a basse temperature; non sono induribili per tempra. Vengono impiegati a temperature maggiori rispetto ai martensitici, ma una lunga permanenza a 800°C può provocare un infragilimento dovuto alla precipitazione della fase σ, che può essere eliminato con un trattamento termico di dissoluzione (900°C) e raffreddamento rapido- Austenitici (Serie 300): presentano a temperatura ambiente una struttura quasi completamente austenitica. Nel caso siano raffreddati lentamente si può verificare la precipitazione di carburi a bordo grano, che, nel caso siano a base di Cr, vanno a impoverire questo elemento al resto della struttura che perde, quindi, la capacità di resistere alla corrosione; per questo motivo il tenore di carbonio all’interno di questi acciai deve essere molto basso (< 0,06%). Anche questi acciai, come i ferritici, sono sensibili all’ingrossamento del grano che può essere rigenerato solo mediante incrudimento meccanico e successivo trattamento termico. Gli acciai inox austenitici sono caratterizzati da un’elevata resilienza a anche a temperature molto basse (non hanno la temperatura di transizione).

Le Ghise