MATERIALI
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Introduzione
Gli acciai sono leghe metalliche costituite da ferro e carbonio, con tenore di carbonio (in
massa) non superiore al 2%.
Attenzione: la normazione sugli acciai è in fase di armonizzazione internazionale, e
quindi in continua evoluzione.
Designazione convenzionale
degli acciai
In base alle all’uso ed alle
caratteristiche
meccaniche
In base alla composizione
chimica
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1
Designazione in base all’uso ed alle caratteristiche meccaniche
(UNI EN 10027)
L’acciaio viene designato in base all’utilizzo ed alle sue caratteristiche meccaniche,
determinate in maniera convenzionale attraverso la prova di trazione.
Designazione:
- Simbolo iniziale: G (indica acciai per getti)
- Simbolo indicante l’impiego, es.: S (impieghi strutturali), P (recipienti in pressione), L
(tubi), E (costruzione meccaniche), B (cemento armato), Y (rotaie) etc.
- Caratteristiche meccaniche o fisiche. Dipendono dal simbolo indicante l’impiego e
possono essere, tipicamente: il carico unitario di snervamento (in N/mm2), il carico
unitario di rottura (in N/mm2) o la durezza.
- Eventuale ulteriore simbolo
Esempi:
S 275
N/mm2;
acciaio per impieghi strutturali con di snervamento minimo garantito di 275
Y 360
acciaio per rotaie con carico di rottura minimo garantito di 360 N/mm2;
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Designazione in base all’uso ed alle caratteristiche meccaniche
(UNI EN 27)
Ancora utilizzata in molti casi, ma in via di sostituzione.
Designazione:
Simbolo Fe seguito dal valore del carico di rottura minimo garantito a trazione o di
quello di snervamento. Il valore numerico, espresso in N/mm2, è preceduto dal simbolo
E quando trattasi di carico di snervamento.
Esempio:
Fe 410
acciaio con carico di rottura a trazione minimo garantito di 410 N/mm2;
FeE 355 acciaio con carico di snervamento a trazione minimo garantito di 355 N/mm2;
Possibili indicazioni aggiuntive:
simbolo G: indica un acciaio per getti (es: FeG 360);
una lettera tra A, B, C o D indica la sensibilità dell'acciaio alla rottura fragile (es:
Fe440 D);
simbolo di un elemento chimico aggiunto per conferire particolari caratteristiche
(es: Fe440Pb).
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2
Prova di trazione (1/2)
Un provino di geometria e dimensioni unificate viene sottoposto ad una forza di trazione
crescente. Si ottiene un diagramma forza – allungamento (vedi figura).
Provino
Diagramma forza-allungamento
Si distinguono i seguenti tratti:
OA: tratto elastico lineare (c'è proporzionalità tra forza applicata e spostamento; una
volta rimossa la forza il provino torna alle sue dimensioni originarie);
AB: tratto elastico non lineare (non c'è proporzionalità tra forza applicata e
spostamento; una volta rimossa la forza il provino torna alle sue dimensioni originarie);
BD: tratto plastico, il provino presenta delle deformazioni permanenti anche una
volta che il carico applicato viene rimosso.
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Prova di trazione (2/2)
Si evidenziano i seguenti valori critici della forza applicata:
·
Fs: carico di snervamento;
·
Fm: carico di rottura;
·
Fp0.2: carico in corrispondenza del quale si manifesta una deformazione residua
pari allo 0.2% della lunghezza iniziale del provino.
Detta S0 l'area della sezione iniziale del provino (prima dell'applicazione del carico); si
definiscono le seguenti grandezze: ;
·
Carico unitario di rottura: sm = Fm/ S0 (N/mm2);
·
Carico unitario di snervamento: sS = Fs/ S0 (N/mm2);
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3
Designazione in base alla composizione chimica (UNI EN 27)
Si distinguono tre gruppi di acciai: non legati, debolmente legati e acciai legati.
Acciai non legati: acciai le cui caratteristiche sono definite in base alla
percentuale di carbonio, e la presenza di eventuali altri elementi di lega non è
determinante;
Acciai debolmente legati: acciai le cui caratteristiche sono definibili a partire
dalla composizione chimica ed il tenore degli elementi di lega presenti è
inferiore al 5%;
Acciai legati: acciai le cui caratteristiche sono definibili a partire dalla
composizione chimica ed almeno uno degli elementi di lega è presente con un
tenore superiore al 5%;
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Acciai non legati
Designazione.
Possibili simboli, da sinistra a destra:
a)
una cifra (1, 2, 3) indicativa del grado di qualità dell'acciaio (facoltativa);
b)
simbolo G nel caso di acciai per getti (solo per sottogruppo 1.1);
c)
simbolo C;
d)
simbolo indicante un eventuale impiego particolare (ad es. D acciaio per vergella, B
acciaio per bulloneria), solo per sottogruppo (1.2);
e)
cifre indicanti il tenore in carbonio (moltiplicato per 100);
f)
lettere indicanti eventuali elementi di lega;
g)
lettere indicanti requisiti particolari. Trattasi di un gruppo di due lettere, delle
quali
la prima rappresenta la "chiave", mentre la seconda specifica la caratteristica
identificata dalla chiave.
Esempi: 1 C 35; C 40; CD 15; GC 20;
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Acciai debolmente legati
Designazione.
a)
Lettera (A, B, C e D) indicativa del grado qualitativo dell'acciaio (facoltativo);
b)
simbolo G nel caso di acciai per getti;
c)
cifre indicanti il tenore in carbonio (moltiplicato per 100) - scompare il simbolo
C;
d)
simboli chimici degli elementi di lega che caratterizzano l'acciaio, disposti in
ordine decrescente secondo le percentuali;
e)
cifre indicanti il tenore dei principali elementi in lega, moltiplicati per:
4
per Co, Cr, Mn, Ni, Si, W;
10
per Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr;
100
per N, P, S;
1000
per B;
f)
lettere indicanti requisiti particolari. Trattasi di un gruppo di due lettere, delle quali la
prima rappresenta la "chiave", mentre la seconda specifica la caratteristica identificata
dalla chiave.
Esempi:
52 SiCrNi 5; 18 NiCr 16
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Acciai legati
Designazione
a)
Lettera (A, B, C e D) indicativa del grado qualitativo dell'acciaio (facoltattivo);
b)
simbolo G nel caso di acciai per getti;
c)
simbolo X;
d)
cifre indicanti il tenore in carbonio (moltiplicato per 100);
e)
simboli chimici degli elementi di lega che caratterizzano l'acciaio, disposti in ordine
decrescente secondo le percentuali;
f)
cifre indicanti il tenore dei principali elementi in lega, scritte tali e quali (coefficienti
moltiplicativi pari a 1):
g)
lettere indicanti requisiti particolari. Trattasi di un gruppo di due lettere, delle quali la
prima rappresenta la "chiave", mentre la seconda specifica la caratteristica identificata
dalla chiave.
Esempi:
X 18 CrNiMo 17 12; X 200 Cr 13
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Trattamenti termici
I trattamenti termici consistono nel sottoporre il materiale a cicli di riscaldamento e
raffreddamento, per conferirgli caratteristiche particolari di resistenza e/o lavorabilità.
Ricottura. Viene eseguita dopo la fusione o la fucinatura e prima delle lavorazioni alle
macchine utensili. Consiste in riscaldamento a temperatura elevata e successivo
raffreddamento lento (in aria). Risultato: migliora l’omogeneità e la lavorabilità del
materiale.
Tempra. Consiste in riscaldamento a temperature elevate (800-900° C) e successivo
raffreddamento rapido (in acqua od olio). Risultato: migliora la resistenza e la
durezza, ma rende il materiale più fragile.
Rinvenimento. Viene eseguito immediatamente dopo la tempra, per ridurre gli effetti
negativi di questa. Consiste in un riscaldamento a temperature di 500-600° C e successivo
raffreddamento lento. Risultato: riduzione durezza e fragilità.
Distensione. Consiste in un riscaldamento a temperatura non superiore a 200° C e
successivo raffreddamento lento per evitare tensioni interne dovute agli eventuali altri
trattamenti precedenti. Risultato: riduzione tensioni residue.
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Trattamenti termochimici superficiali
Consistono nel cedere elementi chimici allo strato supeficiale dei pezzi al fine di modificarne
le caratteristiche.
Cementazione (o carbocementazione). Arricchimento dello strato superficiale in
carbonio seguito da tempra. Risultato: indurimento della superficie, miglioramento della
resistenza all’usura.
Nitrurazione. Riscaldamento diffusione superficiale di azoto atomico con formazione di
nitruri di ferro. Risultato: aumento durezza, aumento resistenza a fatica.
Sulfinizzazione. Consiste nella diffusione superficiale di zolfo con formazione di solfuri di
ferro. Risultato: riduzione del coefficiente d’attrito.
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Trattamenti superficiali di deposizione
Consistono nel creare uno strato superficiale costituito di materiale d’apporto che avvolge il
materiale originale. Hanno prevalentemente funzioni di protezione.
Cromatura. Deposizione superficiale di cromo attraverso bagni. Può essere a scopi
decorativi o di aumento dello spessore. Risultato: lucentezza della superficie, restituzione
spessore perduto per usura o altri motivi.
Zincatura. Deposizione superficiale di zinco attraverso bagno acido o alcalino. Risultato:
miglioramento resistenza a corrosione.
Ramatura. Deposizione superficiale di rame attraverso bagno elettrolitico. Utilizzata sia
quale protezione contro la corrosione atmosferica, sia per migliorare l'aderenza e il valore
protettivo di una nichelatura successivamente applicata. Risultato: miglioramento
resistenza a corrosione, miglioramento aderenza.
Stagnatura. Deposizione superficiale di stagno tipicamente sup parti in rame. Utilizzata
per evitare ossidazioni interne del rame causate dal contatto con particolari elementi (ad
esempio alimenti). Risultato: miglioramento resistenza a ossidazione.
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