Caratteristiche e Proprietà dell’acciaio

Storia

L’acciaio è utilizzato da oltre 3000 anni e rappresenta una lega composta da ferro e carbonio (compreso tra lo 0,1 e l’1,8%) ed a differenza della ghisa risulta molto più malleabile e lavorabile sia a freddo che a caldo.

Grazie alle sue proprietà estremamente duttili e versatili l’acciaio viene utilizzato in diversi campi come trasporti, costruzioni, elettronica, settore domestico, industria meccanica e manifatturiera, industria chimica e petrolchimica ecc. Con l’aumentare del tenore di carbonio l’acciaio diventa più resistente alla compressione ed alla trazione. In tal modo è possibile conferire le caratteristiche desiderate all’acciaio così da impiegarlo in vari campi di applicazione.

Produzione dell'acciaio

La produzione dell’acciaio prevede la decarburazione (diminuzione del contenuto di carbonio) e l’eliminazione delle impurità della ghisa, con l’aggiunta successiva della quantità di metalli necessari per ottenere la tipologia di acciaio desiderato. Per la decarburazione della ghisa si utilizzano fondamentalmente due tipi di processi: a carica liquida e a carica solida.

Il processo a carica liquida tratta la ghisa fusa proveniente dall’altoforno tramite varie tipologie di convertitori, all’interno dei quali viene insufflata l’aria che reagisce col carbonio della ghisa fusa decarburandola. Il processo a carica solida porta a fusione, tramite forni, pani di ghisa e rottami di ferro che assicurano la decarburazione della ghisa. Per modificare e migliorare le caratteristiche dell’acciaio vengono aggiunti metalli ed elementi come nichel, cromo, vanadio, molibdeno, cobalto, silicio, zolfo, alluminio, titanio, piombo, azoto e wolframio.

Tenore di carbonio nell’acciaio

Tra i principali trattamenti termici dell’acciaio c’è la tempra che riscalda il metallo fino a 760-870° per poi raffreddarlo velocemente in acqua ed olio. Il veloce raffreddamento conferisce durezza ma allo stesso tempo crea deformazioni e tensioni interne nel metallo rendendolo più fragile. Tale difetto si può risolvere con la tecnica del rinvenimento che riscalda nuovamente l’acciaio ad una temperatura più bassa per poi raffreddarlo velocemente. Tale procedimento, chiamato bonifica, diminuisce la durezza e la resistenza dell’acciaio aumentandone la duttilità.

La ricottura elimina tutti gli effetti della tempra e conferisce all’acciaio un’elevata malleabilità ed omogeneità. In tal caso il metallo viene riscaldato nuovamente ad una temperatura più bassa per poi essere riscaldato a temperatura ambiente più lentamente.

La normalizzazione prevede il riscaldamento dell’acciaio ad una temperatura più bassa lasciandolo poi raffreddare in aria. Tale processo elimina le tensioni interne e rende più omogenea la struttura dei getti di fusione.

Infine con la cementazione e la nitrurazione vengono induriti superficialmente i pezzi del metallo, mantenendo l’interno inalterato.

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I trattamenti termici dell’acciaio

Nell’acciaio il materiale predominante è il ferro con tenore di carbonio generalmente inferiore al 2%. Si parla di acciaio basso quando non c’è alcun elemento al di sopra del 5% e di acciaio altolegato quando c’è almeno un elemento al di sopra del 5%. In base alle diverse percentuali di tenore del carbonio si ottengono acciai specifici per determinate applicazioni.

Gli acciai da cementazione ad esempio hanno una quantità di carbonio inferiore allo 0,30% e risultano particolarmente indicati per la costruzione. Sono destinati al trattamento di indurimento superficiale di cementazione che consiste nell’arricchimento di carbonio della superficie del pezzo e della successiva tempra. Questo procedimento conferisce una notevole durezza superficiale ed una grande resistenza all’usura, mentre il basso contenuto di carbonio del nucleo garantisce elevati valori di tenacità nella massa sottostante.

Gli acciai al Cr hanno un tenore medio di carbonio pari all’1% e sono particolarmente adatti per la costruzione di rulli, sfere ed anelli di cuscinetti a rotolamento.

In base al quantitativo di carbonio si possono ottenere varie tipologie di acciaio come acciai da bonifica, acciai resistenti allo scorrimento a caldo, acciai per molle e acciai per utensili.

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Esempi di lavorazioni dell’acciaio per ottenere prodotti finiti

Tra i tipi di lavorazione dell’acciaio per ottenere prodotti finiti se ne possono individuare fondamentalmente tre: lo stampaggio a caldo, lo stampaggio a freddo e la fusione.

Lo stampaggio a caldo è un’antica tecnica per modellare metalli tramite il riscaldamento ad alte temperature e la trasformazione plastica dei pezzi grezzi in apposite presse che esercitano pressione su uno stampo costruito per dare laforma voluta.

Lo stampaggio a freddo è un processo che si applica a leghe ferrose, ed in particolare ad acciai inossidabili e risulta indicato per la produzione di oggetti di piccole dimensioni, articoli di primo equipaggiamento e forniture automotive.

Infine c’è la tecnica della fusione dell’acciaio che prevede il passaggio da uno stato solido allo stato liquido e dipende dal valore espresso dalle varie unità di misura. Tale procedimento viene impiegato per la produzione di tubi, lingotti, lamiere, trafilati per perni e dadi.

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