Acciai speciali e al carbonio

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1 Acciai speciali e al carbonio Special and carbon steels Sonder- und Kohlenstoffstähle On CD-ROM Domenico Surpi

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3 INDICE INTRODUZIONE...5 NOZIONI DI BASE...6 Lavorazione a CALdo dell acciaio...8 Lavorazione a FREDDO dell acciaio...9 LaMINazione a freddo dell acciaio...10 Ricottura di ricristallizzazione Trafilatura...13 Pelatura...19 Rettifica...21 Trattamenti GALVANICI...25 CROMATURA...26 ZINCATURA...27 CONTROLLI DELLE Caratteristiche del materiale...31 TERMINOLOGIA...37 Dimensioni e Tolleranze per prodotti di acciaio Finiti a Freddo...48 Qualità superficiale Laminati a Caldo...49 Qualità superficiale Lavorati a freddo...50 Tolleranze Dimensionali per Barre Finite a Freddo...51 Tolleranze di Rettilineità per Barre Finite a Freddo...52 Profili trafilati a disegno...52 Trafilati per chiavette - Tolleranze DIN

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5 introduzione Negli anni che segnano il passaggio dall ottocento al novecento si verifica, soprattutto nelle regioni del Nord Italia, una spinta senza precedenti all industrializzazione. Nel panorama lombardo, dominato dalla piccola industria, le innovazioni avviate rivoluzionano il metodo di lavoro, sviluppando, tra le branchie della metallurgia, il processo di trafilatura. Ai giorni nostri, le tecnologie all avanguardia introdotte negli stabilimenti Trafilix del Gruppo Lucefin, hanno portato l azienda a divenire leader mondiale nei piatti trafilati. Trafilare non è semplice. Come per tutti i mestieri, sono indispensabili arte, esperienza e voglia di far sempre meglio. Trafilix, grazie alla tecnologia di cui dispone, alla sua competenza specifica e alla continua e attiva collaborazione con fornitori e clienti, è in grado di garantire un supporto tecnico e commerciale costantemente aggiornato e all avanguardia in un settore sempre in evoluzione, come è quello dei lavorati a freddo. Le schede tecniche di questo catalogo descrivono alcuni acciai commercializzati dalla nostra organizzazione. Altri prodotti e dettagli tecnici (trattamenti termici, parametri di saldatura, tabelle di rinvenimento, valori di temprabilità, ecc.) possono essere approfonditi nel Manuale Tecnico del Gruppo Lucefin. 5

6 Nozioni DI BASE Per comprendere i pregi di un prodotto lavorato a freddo si deve prima descrivere la nascita della lega metallica che lo compone. Due sono i processi produttivi principali attraverso i quali viene prodotto l acciaio. Produzione acciaio da altoforno Particolare tipo di forno rivestito di mattoni refrattari e rafforzato da una struttura metallica, in cui viene eseguita la riduzione dei minerali di ferro per l elaborazione della ghisa, trasformata con opportuni trattamenti in acciaio. Produzione acciaio da forno elettrico Forno a suola refrattaria nella quale sono posti i materiali da fondere. La trasmissione dell energia termica mediante tre elettrodi dà inizio al processo di fusione della carica di rottame. Il materiale ottenuto mediante queste due tecniche di fabbricazione può essere colato in lingotti o attraverso la colata continua per la produzione di blumi, bramme e billette, destinati poi a successive lavorazioni a caldo (come la forgiatura o laminazione a caldo). Produzione acciaio altoforno Produzione acciaio tramite forno elettrico tipo EBT Il prodotto ottenuto dalla laminazione a caldo prende il nome di laminato (+AR grezzo di laminazione). L aspetto superficiale grezzo, le tolleranze dimensionali garantite, la mancanza di spigoli, rettilineità non idonee, ecc. non rendono il laminato un prodotto finito, ma un semilavorato destinato a lavorazioni successive - con o senza asportazione di truciolo - che lo rendono conforme alle richieste del progettista e alle aspettative dell utilizzatore. La finitura ottenuta tramite le lavorazioni per asportazione di truciolo (come la sgrossatura, fresatura, tornitura), portano a una riduzione media di peso di circa il 20 % rispetto al laminato, ma ciò che incide maggiormente sull economia della commessa sono le ore aggiuntive di lavorazione meccanica necessarie a dare forma al prodotto finito. Il prodotto trafilato (+C) nasce esattamente per dare una risposta, ove possibile, alle necessità sopra evidenziate. Questo manufatto, ricavato dal laminato grezzo, assume aspetti e qualità intrinseche che solo la trasformazione a freddo, con la particolareggiata tecnica di trafilatura, riesce a esprimere. Il materiale trafilato ha un ottima finitura superficiale: si presenta lucido e privo di ossidi superficiali, fattore 6

7 decisivo nelle lavorazioni meccaniche dove l ossido di ferro inquina i lubrificanti e dà origine a guasti meccanici. Le dimensioni sulla sezione sono costanti su tutta la lunghezza per migliaia di metri (cosa assolutamente impossibile da realizzare impiegando altre tecnologie), con scostamenti molto stretti, a livello di centesimi; gli spigoli possono essere vivi o calibrati secondo specifiche richieste; la rettilineità può raggiungere 1 mm/m. CONFRONTO FRA LAMINATO A CALDO E TRAFILATO piatto mm tolleranza laminato tolleranza trafilato larghezza 50 ± 1 mm (delta = 2 mm) +0/ 0,19 (delta = 0,190 mm) spessore 5 ± 0,5 mm (delta = 1 mm) +0/ (delta = 0,075 mm) tolleranze di laminato trafilato rettilineità da 2 a 4 da 1 a 1,5 rugosità Ra 25 μm Ra da 1,6 a 3,2 μm Come noto, il processo di deformazione a freddo (trafilatura) innalza i valori di snervamento e di rottura generando un rapporto Rp 0.2 / R di circa 0,90 (nel laminato è prossimo a 0,60 e nel fucinato si aggira attorno a 0,67). Quest ultima caratteristica è ben nota e valorizzata dai progettisti che, dovendo definire le sezioni resistenti, sfruttano questo dato al fine di ottenere il massimo di leggerezza delle strutture portanti. I vantaggi del prodotto trafilato sono evidenziati dal fatto che, grazie a uno snervamento superiore ad altri prodotti, permette di impiegare una sezione inferiore (e quindi un peso minore) per ottenere la solidità desiderata. Per comprendere l importanza di questo prodotto siderurgico pensiamo alla qualità superficiale, alla precisione di una qualsiasi sezione geometrica esagonale, quadrata, piatta, tonda; a maggior ragione, alla formazione di sezioni più complesse richieste oggi dal mercato, come guide di scorrimento per lettori ottici, alberi scanalati, trasmissioni per macchine tessili e tantissime altre sezioni speciali dove la precisione di qualche centesimo deve essere assolutamente tenuta sotto controllo; sezioni che hanno portato inevitabilmente all impiego del trafilato come prodotto capace di soddisfare tutti questi requisiti in tempi più rapidi di qualsiasi altra tecnologia. Infine applichiamo lo stesso ragionamento ai prodotti ottenuti con processi di pelatura e rettifica. Nella maggior parte dei casi, il trafilato è adatto all impiego allo stato di fornitura, anche se ultimamente è spesso sottoposto a trattamenti galvanici come zincatura, cromatura, nickelatura, ramatura lucida e a verniciatura, senza l obbligo, di norma per il laminato, di lavorarlo al fine di ottenere superfici prive di ossido e adatte all ancoraggio del rivestimento. Anche se le norme di prodotto non garantiscono il buon esito di queste pratiche e suggeriscono l impiego di pezzi rettificati o lappati, è ormai noto quanto la forte espansione di utilizzo del prodotto trafilato abbia permesso di bypassare varie lavorazioni con conseguente risparmio economico (tempo - manodopera - ore macchina - energia elettrica, ecc.). I vantaggi offerti dal trafilato fanno sì che il maggior costo di acquisto sia ampiamente recuperabile con cicli di lavorazione ridotti rispetto al laminato, oltre che con scarti di materiale nettamente inferiori. In conclusione si può affermare che la lavorazione a freddo ha permesso un notevole abbattimento di costi e tempi, contribuendo in maniera decisiva al progresso e all avanzamento dell industria moderna. La facoltà di scelta spetta alle persone che nel mondo del lavoro ricercano innovazione a costi contenuti e il trafilato è un prodotto nato per competizioni vincenti. 7

8 Lavorazione a caldo dell acciaio I prodotti finiti mediante lavorazione a caldo si ottengono partendo dai semilavorati (blumi, billette, bramme). Si definiscono lavorazioni di deformazione plastica a caldo quelle operazioni mediante le quali il semilavorato, dopo esser stato portato a una temperatura maggiore di 0,6 Tf (Temperatura di fusione), subisce delle sollecitazioni di compressione fino ad ottenere le dimensioni finite di prodotti come lamiere, vergelle, barre, billette, profilati, ecc. Con la deformazione plastica a caldo si utilizzano forze di deformazione minori rispetto alle trasformazioni a freddo dell acciaio; un altro vantaggio è che durante la lavorazione a caldo i grani cristallini, deformati sotto l azione meccanica di compressione, possono ricristallizzare nel corso della lavorazione stessa e ricomporsi in nuovi grani più fini e uniformi, eliminando la struttura dendritica presente nei lingotti o semilavorati dovuti alla solidificazione. grano originale cilindro superiore grano deformato e allungato nuovi grani in fase di ingrossamento cilindro inferiore nuovo grano in fase di formazione struttura interna costituita da nuovi grani Variazione microstrutturale durante la laminazione a caldo La dimensione dei grani è stata eccessivamente ingrandita per evidenziare il meccanismo strutturale I prodotti finiti della lavorazione a caldo (es. laminazione), presentano una finitura non ottimale con lo strato superficiale ossidato e tolleranze geometriche grossolane. Possono essere venduti allo stato naturale (es. +AR stato naturale di laminazione), o dopo aver ricevuto dei trattamenti termici (es. ricottura, normalizzazione, bonifica), che migliorano ulteriormente la struttura e le caratteristiche meccaniche, comportando però un prezzo maggiore. Barra laminata a caldo 8

9 Lavorazione a freddo dell acciaio Il compito principale delle lavorazione a freddo è quello di offrire agli utilizzatori la possibilità di ottenere: semplificazione dei cicli di lavorazione meccanica, riduzione del peso di partenza, minori scarti e produzioni più elevate, con migliori risultati economici. La lavorazione a freddo si effettua lavorando a temperatura ambiente i prodotti finiti o sbozzati della lavorazione a caldo, ottenendo come prodotto finale barre o rotoli laminati/trafilati a freddo. Lo stiramento a freddo introduce importanti modifiche all interno della matrice dell acciaio: i grani costituenti la struttura di base del prodotto di partenza si allungano in proporzione al grado di deformazione ricevuto nella direzione del flusso plastico, dando origine allo slittamento del reticolo cristallino su piani direzionali ben determinati e ottenendo deformazioni permanenti della struttura cristallina dell acciaio. grano originale cilindro superiore grano deformato cilindro inferiore Variazione microstrutturale durante la laminazione a freddo La deformazione permanente determina un aumento di resistenza meccanica, con l innalzamento del valore di snervamento, di rottura e di durezza, ma contemporaneamente causa la diminuzione di altre caratteristiche meccaniche, come l allungamento, la contrazione e la resilienza. Questo effetto della deformazione plastica a freddo sulle caratteristiche meccaniche prende il nome d incrudimento. La struttura che ne deriva è termodinamicamente instabile e spesso accompagnata da moderata tenacità. I materiali incruditi a freddo ed esposti a prolungate soste a temperature anche poco elevate possono aver tendenza a invecchiare. Per porre rimedio a questo inconveniente sono aggiunti, in fase di colata, degli anti-invecchianti come alluminio (Al), vanadio (V), titanio (Ti) e tutti gli elementi che si combinano con l azoto (N), essendo quest ultimo il principale responsabile dell infragilimento. La durezza aumenta a tal punto che, nel corso della lavorazione a freddo, non si potrebbe procedere a nuova riduzione di sezione senza trattare termicamente il materiale incrudito con una ricottura. Il trattamento termico è applicato anche più volte allo scopo di eliminare gli effetti dell incrudimento per poter nuovamente deformare plasticamente il materiale. In questo modo è possibile procedere con più trasformazioni fino al conseguimento delle caratteristiche dimensionali e meccaniche desiderate, senza incorrere in rotture pericolose. 9

10 Laminazione a freddo dell acciaio (+CR laminato a freddo) Partendo da rotoli di laminato a caldo tondo, si possono ottenere dei rotoli di piatti, quadri e profili che, dopo laminazione a freddo e ricristallizzazione a C in forni a campana con atmosfera controllata, possono essere trafilati. La laminazione a freddo si esegue con gabbie abbastanza simili a quelle per la laminazione a caldo, ma gli impianti devono possedere maggiore potenza e stabilità. La lubrificazione si esegue con emulsioni raffreddanti-lubrificanti che consentono di ridurre gli attriti. Questa pratica di produzione è stata applicata in Trafilix per risolvere quattro principali fattori legati ai piatti destinati principalmente alla trafilatura, ma anche alla commercializzazione: 1) Il rotolo del laminato a caldo in piatto è piuttosto basso come peso e pertanto di scarso rendimento. 2) Il rotolo del laminato a caldo in piatto ha costi elevati. 3) Con una sola misura di tondo laminato a caldo si possono ottenere più misure di piatti laminati a freddo con evidenti riduzioni di scorte. 4) La difficile reperibilità di spessori del laminato a caldo sotto i 5 mm. La laminazione a freddo conferisce al materiale una migliore uniformità di spessore che, dopo opportuni trattamenti termici di ricottura, viene ulteriormente calibrato dalla trafilatura, e garantisce tolleranze strettissime (es. h 9 ISO 286-2). Laminatoio Nisva del Gruppo Lucefin Rotoli di laminato a freddo ricotti in atmosfera protetta e pronti per la successiva trafilatura 10

11 Ricottura di ricristallizzazione Per effetto della deformazione plastica a freddo il materiale incrudisce, incrementando i valori di Rm, Rp 0.2 e durezza, con conseguente diminuzione di duttilità. Nel caso sia necessario compiere più deformazioni a freddo è opportuno, tra una deformazione e l altra, ridare plasticità al materiale, sottoponendolo a un particolare trattamento termico (ricottura di ricristallizzazione) che lo riconduce a uno stato simile a quello precedente la deformazione, con valori più bassi di durezza, Rm e Rp 0.2 e diminuzione delle tensioni residue indotte dalla deformazione a freddo. Questo trattamento termico è condotto a temperature al di sotto dei punti critici (circa C per gli acciai da costruzione), con lo scopo di generare nuovi grani in un materiale precedentemente incrudito, senza cambiamento di fase. Durante la permanenza in forno i punti tensionati sono instabili e diventano i siti di nucleazione dei nuovi grani (fase di riassestamento); successivamente si ha un accrescimento dei grani, fino a quando i nuovi bordi grano vengono in contatto; a questo punto la ricristallizzazione è finita (un ulteriore mantenimento in forno è sconsigliato perchè provoca l ingrossamento del grano con conseguente diminuzione della resistenza meccanica del materiale). Il raffreddamento finale deve essere lento (sotto campana) fino a 300 C; poi si può scaricare in aria il materiale perché raggiunga la temperatura ambiente. Il rapporto di riduzione subito dal materiale incide sulla determinazione della temperatura di ricristallizzazione, sul tempo di permanenza in forno e sulla struttura finale. Alti rapporti di riduzione determinano temperature e tempi di ricristallizzazione più bassi e una struttura a grana fine. Tensioni residue Durezza, Rm, Rp 0.2 Duttilità Tempo Materiale incrudito Riassestamento Fine ricristallizzazione Ingrossamento Schema del trattamento termico di ricristallizzazione 11

12 Forno Tre Valli Acciai da ricottura in atmosfera protetta Forno Trafitec da ricottura in atmosfera protetta 12

13 Trafilatura (+C trafilato a freddo) La trafilatura è un operazione di deformazione plastica a freddo, in cui il materiale laminato a caldo, in barre o in rotoli, dopo decapaggio chimico o meccanico per l eliminazione dello strato di ossido superficiale, è forzato a passare attraverso un utensile calibrato detto filiera, mediante una forza di tiro. La filiera ha una sezione inferiore a quella del materiale di partenza, quindi la forza di tiro deve superare il carico di snervamento del materiale senza arrivare a rottura, in modo da deformarlo in maniera permanente, dopo l uscita della filiera, alla forma e alla dimensione imposte dalla filiera stessa. La trafilatura, di norma, si esegue a temperatura ambiente, ma nel caso di acciai ad alta durezza (es. acciai rapidi) è effettuata a caldo, alla temperatura di circa 300 C. In alcuni casi si trafila a caldo anche per conferire al materiale delle proprietà specifiche. Raggio d invito Smusso di entrata Cono di lubrificazione Raggio di congiunzione Cono di lavoro Raccordo di lavoro Parte di calibrazione Raccordo di uscita Montatura Nocciolo Smussi Uscita Scarico d uscita Filiera con montatura cilindrica A differenza delle lavorazioni con asportazione di truciolo (fresatura, tornitura, ecc.) che comportano un significativo calo di peso per ottenere le dimensioni desiderate, in trafilatura la perdita di peso é minima e riguarda solamente le intestature dei fine barra, lo sfrido per le punte di infilaggio e la parte di ossido superficiale eliminata dal grezzo di partenza mediante sabbiatura; di conseguenza la diminuzione di sezione da laminato a trafilato comporta un allungamento, in direzione del senso di trafilatura. Lo schema seguente mostra di quanto si allunga il materiale in funzione della riduzione di sezione ricevuta. Calcolo per Tondi / Esagoni Calcolo per Piatti / Quadri Laminato dimensioni in mm trafilato Laminato dimensioni in mm trafilato diametro lunghezza diametro/chiave altezza spessore lunghezza altezza spessore Lunghezza trafilato Lunghezza trafilato Rapporto di riduzione Rapporto di riduzione 7,5% 8,3% La trafilatura consente di ottenere un prodotto finito con tolleranze dimensionali ristrette (h11, h9), superfici uniformi, assenza di ossidi, ovalizzazioni limitate, spessori calibrati, buone rugosità (Ra 1,6-3,2 µ) e ottima rettilineità 1,5-1. Tutte queste caratteristiche restano stabili e uniformi per l intera quantità di una determinata sezione messa in produzione. 13

14 Il prodotto trafilato abitualmente è commercializzato senza trattamenti termici, ma può essere ricotto, normalizzato, disteso e anche bonificato prima o dopo trafilatura. è sottinteso che i trattamenti termici eseguiti sul prodotto dopo trafilatura devono essere fatti in forni ad atmosfera controllata, al fine di evitare formazione di ossido e decarburazione. Per evitare che la superficie del trafilato sia attaccata dagli agenti atmosferici o da ossidazioni, deve essere protetta con appositi oli minerali. In casi particolari o spedizioni via mare vanno anche previsti imballaggi particolari. Filiera piatto smussato Filiera per profilo speciale Filiera per esagono Influenza del rapporto di riduzione sul materiale trafilato La riduzione a freddo, oltre a conferire aspetti dimensionali ed estetici interessanti nell ambito del settore della meccanica, influisce sulle caratteristiche meccaniche e sulle dimensioni dei difetti. Per le proprietà meccaniche, come si può notare dal diagramma che segue, vi è un incremento di resistenza e di snervamento accompagnato da un decadimento di contrazione e allungamento. Il rapporto di riduzione da laminato a trafilato va regolato in modo da impedire eccessive sollecitazioni alle attrezzature, evitare inneschi a rottura esternamente e internamente ai prodotti e produrre principalmente i valori meccanici desiderati. Solitamente varia dal 7,6 al 12%, ma in alcuni casi, quando ad esempio si vuole innalzare maggiormente i valori di rottura e snervamento, può arrivare anche al 30-35% per gli acciai da costruzione e al 40-60% per gli acciai inossidabili. Rottura Snervamento Contrazione Allungamento Rapporto di riduzione 14

15 Rotture nel processo di Trafilatura e difetti nel trafilato La qualità del laminato a caldo di partenza e i parametri di lavoro (la scelta del corretto rapporto di riduzione, la forza di tiro, la lubrificazione, ecc.) acquisiscono fondamentale importanza all interno di un corretto processo di trafilatura. Nel laminato a caldo possono esistere dei difetti derivanti dal processo di produzione e laminazione dell acciaio in grado di indurre rotture durante la trafilatura. I difetti che si possono riscontrare nel laminato sono: Inclusioni non metalliche. Inclusioni di materiali metallici. Porosità dovute alla presenza di ossigeno e idrogeno. Cricche al centro del manufatto. Non omogeneità di struttura (es. per mancato trattamento termico) Non uniformità di resistenza fra cuore ed esterno che danno vita a scorrimenti diversi del materiale. Altri difetti nel processo di trafilatura sono: Incagli di saldatura, derivati da una giunzione non eseguita a regola d arte tra vergelle di più matasse che possono causare rotture a bocca di pesce. Ingarbugliamento dei rotoli che mantenendo in trazione inversa le spire, può creare una forza in grado di superare la resistenza meccanica del materiale e rompere il prodotto. Oltre ai difetti intrinsechi del laminato, altre imperfezioni dovute al processo di trafilatura possono riscontrarsi nel trafilato, quali: Distorsioni (che si possono verificare a distanza di tempo o quando sottoposte a lavorazioni di finitura alle macchine utensili e di rettifica) dovute alle tensioni interne residue generate durante la deformazione plastica non omogenea. Cricche interne causate dall angolo di riduzione della filiera, dall eccessiva riduzione di passo, dall eccessivo attrito oppure esaltate dalla presenza d inclusioni non metalliche. Errori di geometria dovuti a errato posizionamento della filiera o a usura della stessa. Difetti superficiali come ripiegature, spesso conseguenza di un impropria selezione dei parametri di processo, come la velocità di stiratura o l inadeguata lubrificazione. Rigature longitudinali e continue, causate dalla presenza d impurità o materiali molto resistenti incollati nell ingresso della filiera (rigature dovute al contatto occasionale sono definite come danneggiamenti meccanici). Per evitare questi inconvenienti è bene controllare tutti parametri di fabbricazione, i rulli pre-raddrizzatori, quelli guida, le filiere, i dispositivi di tiro, ecc. 15

16 Evoluzione storica delle macchine di tiro Il sistema di tiro continuo è in funzione da oltre cinquant anni, azionando alternativamente, mediante camme, due carrelli dotati di morse di serraggio. Questo sistema si è evoluto nel tempo per poter soddisfare le sempre maggiori esigenze di produttività. Negli anni 60 e 70 l unità di tiro con sistema mano-mano era provvista di camme a una sola pista e un pistone assicurava il ritorno delle morse di tiro; la chiusura delle stesse era a comando pneumatico e velocità massima raggirava intorno ai m/min. A partire dagli anni 80 e 90 si sviluppa un sistema di trazione con camme a due piste che permette contemporaneamente il comando di tiro e di ritorno; la chiusura delle morse è a comando idraulico e consente un serraggio più sostenuto; la velocità massima passa a 120 m/min. Dopo gli anni 90 il sistema di tiro con carrelli e morse pare aver fatto la sua epoca. I complicati meccanismi, sempre in movimento, portano a continui interventi di manutenzione che causano fermi macchina, conseguente perdita di produttività e costi inaccettabili. Nello stesso periodo le acciaierie iniziano a produrre rotoli laminati con pesi superiori a 3000 Kg e sul mercato si possono reperire filiere, lubrificanti e sistemi di taglio più evoluti che consentono di creare trafilatrici con maggiori velocità di lavoro. Ha così inizio la tecnica di tiro a due cingoli contrapposti, a comando idraulico. Con questo sistema il tiro diventa continuo e più veloce, fino a 300 m/min. Il limite di 170 m/min della 15 ton. CDTMF Trafilix è dettato dalle attrezzature (taglio, lubrificanti, filiere) che non riescono a competere con la potenza della recente unità di tiro. CONFRONTO FRA I DUE METODI DI TIRO TIRO A CAMME TIRO A CINGOLO Costo dell impianto inferiore Costo dell impianto superiore A parità di potenza le dimensioni e peso della macchina sono maggiori Dimensioni della macchina più compatte Tiro discontinuo Tiro continuo Produttività inferiore Maggiore velocità e pertanto maggiore produttività Consumi di energia superiori dovuti agli attriti dei numerosi movimenti e scorrimenti dei vari organi Minor consumo di energia Alta rumorosità causata dai movimenti alternati delle attrezzature Bassa rumorosità Alti tempi e costi di manutenzione Tempi di manutenzione ridotti Tiro a camme Tiro continuo a cingolo 16

17 Flusso Trafilati Trafilix - trafil czech Rotoli laminati Acciaieria Laminatoio a freddo Barre laminate Trattamento Controllo Qualità Trattamento anti-attrito Trafilatura Confezionamento e Spedizione Rotoli di piatti Trafilatura 17

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19 Pelatura (+SH pelato-rullato) Con il termine pelatura (sinonimo di tornitura) si intende l asportazione dello strato superficiale di barre tonde per mezzo di macchine dotate di teste a pelare. Queste teste sono munite di più taglienti (normalmente quattro utensili) che ruotano in senso circonferenziale e in sostanza sbucciano le barre laminate. Le barre sono fatte avanzare e la loro tenuta in linea è assicurata da rulli o altri dispositivi appropriati. Le pelatrici, solitamente, oltre alla testa a pelare sono dotate a valle anche di una stazione a rullare che provvede alla rullatura e alla conseguente lisciatura/raddrizzatura della barra. Questa lavorazione, in teoria, può realizzare una superficie esente da difetti e assicura assenza di decarburazione. In questo modo il prodotto può essere idoneo a sopportare trattamenti termici indurenti o trattamenti galvanici. Il laminato per pelatura non deve avere rettilineità maggiore del 2 e il prodotto ottenuto ha la stessa rettilineità di partenza, portata a 1 con successiva rullatura. La rugosità che si ottiene delle barre con la solo pelatura è Ra 3,2 µm; dopo rullatura è Ra 0,8 µm. Le principali destinazioni del prodotto sono la vendita al commercio o la rettifica. Il calo peso di questa lavorazione è sempre importante e non deve essere dimenticata la variabile del diametro di partenza per quantificare i costi. Esempio di percentuali di calo asportando mm si ha un calo % % % % % per ricavare Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Pelatrice in Tre Valli Acciai per diametri da 90 a 200 mm 19

20 Si usano barre pelate quando: 1) Per alcune zone della barra non sono previste ulteriori lavorazioni meccaniche ed è necessaria una tolleranza ristretta. 2) è prescritta l assenza di decarburazione e di rilevanti difetti superficiali. 3) Sono previsti severi controlli superficiali (es. magnetoscopici). 4) Si vuole partire da un diametro certo per le successive lavorazioni meccaniche. Testa a pelare Il tondo è stato fatto retrocedere per evidenziare la superficie fra grezzo e pelato Pre-raddrizzatura dopo pelatura Rullatura Surriscaldo Surriscaldo da utensile in fase di pelatura: la parte scura denota che il materiale ha raggiunto la temperatura di circa 300 C. La velocità di sgrossatura e avanzamento erano state programmate per lavorare del materiale bonificato secondo EN con durezze HRC 28-36, ma la durezza del materiale è risultata invece di 48 HRC (nel gergo: stato di tutta tempra) e il fatto ha creato l imprevisto. Un successivo rinvenimento ha riportato il materiale alla resistenza meccanica prevista per la dimensione e il tipo di acciaio considerato. Altro caso simile può verificarsi quando le barre, temprate a induzione, non vengono intestate sulla zone terminali (30-40 mm). Quest ultime presentano durezze eccessivamente alte rispetto al resto del materiale a causa del drastico raffreddamento delle estremità che mostrano maggiore superficie di esposizione allo sbalzo termico. Acciaio 50CrMo4 bonificato: tondo grezzo diametro 85 mm, pelato 80 mm 20

21 Rettifica (+sl materiale rettificato) Nell operazione di rettifica, lo stato superficiale di una barra di sezione tonda non è asportato mediante utensili da taglio, ma rimosso con delle mole. Questa lavorazione, a volte, sostituisce la pelatura per barre di piccole dimensioni, come per gli acciai per molle Ø 8 - Ø 15 mm che sono sgrossati di rettifica. L operazione di rettifica non comporta alterazioni delle caratteristiche meccaniche dell acciaio se è condotta correttamente senza surriscaldamenti. La differenza tra barre pelate/rettificate e barre trafilate/rettificate è che queste ultime avranno le caratteristiche meccaniche tipiche del trafilato e le prime avranno quelle tipiche del laminato. La rettifica permette di ottenere una superficie migliore di quella realizzata con l operazione di trafilatura e pelatura mediante l impiego di mole a grana diversa. Per lavorazioni che richiedono notevoli asportazioni di materiale o devono essere effettuate su acciai a elevata durezza, si consigliano mole tenere; se invece si devono eseguire operazioni di rettifica con tolleranze di forma e dimensione molto ristrette è meglio utilizzare mole dure che conservano a lungo la forma e le dimensioni (rinunciando però ad una rapida asportazione del sovrametallo). Le tolleranze dimensionali sono molto ristrette h8 - h7 - h6 secondo ISO 286-2; la rugosità, misurata longitudinalmente per mezzo di rugosimetri, è assai bassa e pari a Ra normale 0,8 μm e Ra ristretta 0,6 μm. Superficie rettificata Misura della rugosità La profondità massima di decarburazione deve essere definita in fase di ordine perché si riflette sui cicli di allestimento. In special modo, per misure medio piccole ricavate dal trafilato/rettificato, potrebbe essere ancora presente traccia di decarburazione mentre, per pelati/rettificati, questo rischio non esiste (essendo stata la decarburazione già asportata in fase di pelatura). Per fabbricare del buon prodotto rettificato è fondamentale che gli operatori alle macchine osservino scrupolosamente le istruzioni date su: misure, velocità, rugosità, aspetto visivo, refrigerazione, ecc. Altri accorgimenti sui quali va posta attenzione sono il ritiro e l aumento di volume del materiale, dovuti alle variazioni di temperatura dell acciaio: per esempio, quando il rettificato si raffredda alle basse temperature diminuisce di diametro e quando si riscalda aumenta di diametro. Il prodotto rettificato deve essere protetto con molta cura e molta attenzione va riservata alla movimentazione e allo stoccaggio. 21

22 Considerazioni commerciali è necessario ricordare che per i rettificati esistono livelli di prezzo per gli extra-dimensionali, in funzione delle tolleranze h10 - h8 - h7 - h6. Queste diversità, che economicamente hanno una fondamentale importanza, sono da imputare a differenti costi di produzione. è facilmente intuibile che il costo e i rischi di produrre materiale in tolleranza h6 sono assai diversi da quelli affrontati nella produzione in tolleranza h10. Centro di Rettifica in Tre Valli Acciai La stabilità dimensionale è mantenuta mediante lettori laser Mole diametro 600 mm Si usa una barra rettificata quando: 1) Le zone destinate a successiva lavorazione meccaniche sono minime. 2) Sono richieste tolleranze dimensionali ristrette (ISO h6 - j6 - g6 - f7, ecc.). 3) è desiderata l assenza di dannosi difetti superficiali. Cricche da rettifica Sono generate da un azione combinata di tensioni impresse dal trattamento termico d indurimento e dalla rettifica. In fase di rettifica, il calore generato dalle mole può provocare la dilatazione del materiale: se la dilatazione supera il valore di allungamento dell acciaio, immancabilmente si manifestano delle rotture. Più la resistenza meccanica del materiale è alta, minore è il suo allungamento e maggiori sono le tensioni in gioco. Il materiale esterno si dilata e va in trazione mentre gli strati freddi sottostanti esercitano un azione opposta. Quando la forza di trazione supera il carico di rottura massimo del materiale, si formano delle cricche sotto pelle in grado di generare delle squame che tendono a sollevarsi rispetto al loro piano iniziale. Incrinature da rettifica su albero diametro 140 mm in acciaio 39NiCrMo3; spessore delle squame 2,3 mm 22

23 Il fenomeno può essere accentuato anche dal liquido di raffreddamento. Quando la superficie è eccessivamente riscaldata dalla mola, l acqua emulsionata può provocare una tempra molto drastica in grado di indurre altre tensioni ed esaltare le micro cricche precedentemente innescate dalla rettifica. Il lavoro di distacco del materiale genera calore in modo proporzionale alla resistenza del materiale moltiplicata per l area di lavoro al taglio, più l area e il volume di deformazione per ricalcatura plastica dovuta alle mole. Altri fattori in grado di causare difetti sono: mole troppo dure, passate troppo profonde e mole non ravvivate. L operazione di rettifica può causare un rinvenimento superficiale, questo abbassa la resistenza meccanica dell acciaio permettendo di liberare tensioni in grado di spaccare il materiale. Flusso Pelati-Rullati e Rettificati TRE VALLI ACCIAI Acciaieria Laminatoio Tempra a induzione Controlli non distruttivi EC = antimescolamento - durezza - struttura MT = correnti indotte UT = controllo ultrasuoni CC - CA = smagnetizzazione Barre rettificate Raddrizzatrice Pelatrice Rullatrice Rettifica di precisione Barre rullate Controlli non distruttivi EC MT UT CC CA Barre pelate Barre grezze 23

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25 Trattamenti GALVANICI Le finalità di un rivestimento galvanico su un prodotto lavorato a freddo sono principalmente l incremento della resistenza a corrosione e l aspetto lucido. I trattamenti galvanici sono tecniche di rivestimento che sfruttando l elettrolisi, decomposizione chimica basata sul passaggio di corrente elettrica da anodo (ingresso corrente) a catodo (elettrodo a potenziale negativo) attraverso una soluzione elettrolitica. La soluzione elettrolitica (rame, alpaca, nichel, argento, oro, palladio, rutenio ecc.) è contenuta in vasche realizzate in materiale polimerico inerte oppure con una struttura metallica rivestito internamente con lo stesso materiale polimerico inerte, portante sui due fianchi più lunghi gli anodi. Gli anodi possono essere attivi e ossidarsi durante l elettrolisi, fornendo ioni dello stesso tipo di quelli che si vanno depositando al catodo, oppure possono essere di tipo inerte (titanio, titanio-platino, ecc.) e fungere solo da supporto per lo scambio elettronico alla loro superficie, non partecipando alla reazione anodica. Quando gli anodi sono del tipo solubile, vengono attivati appositi filtri che evitano il passaggio e il deposito di eventuali particelle sul catodo. La barra catodica sulla quale sono fissati i pezzi da trattare viene collocata sopra la vasca, in posizione centrale rispetto agli anodi, e può avere un movimento longitudinale; i relativi telai sono normalmente in ottone con ganci di acciaio armonico. La superficie anodica generalmente è almeno il doppio di quella catodica. A Raddrizzatore B Soluzione chimica C Materiale da cromare D Anodo Quando l operazione è condotta a caldo, le vasche sono dotate di sistemi di riscaldamento a vapore tramite serpentine in titanio per evitare la corrosione (nei piccoli impianti si usa energia elettrica utilizzando resistenze protette in ceramica o teflon); la temperatura è controllata e regolata da appositi termostati; la soluzione è agitata mediante pompe con portata oraria volte il contenuto delle vasche, alle quali è applicato un sistema filtrante che asporta eventuali particelle provenienti dai pezzi da trattare o dagli anodi. Altri strumenti a corredo delle vasche sono i sensori di livello e i rispettivi dosatori che comprendono anche quelli per i brillantanti. La tensione cui si opera arriva a 6-8 V e la corrente alternata viene trasformata in continua, per rendere l onda di corrente il più lineare possibile. I manufatti da rivestire devono avere ottime finiture superficiali e assenza d imperfezioni dovute a difetti di materiale o di lavorazioni meccaniche. Perché non si verifichi corrosione, i depositi non devono essere porosi (per evitare trasmissione elettrolitica fra due strati non confinanti). La porosità e, a volte, le cricche che sono congenite nei rivestimenti, possono essere limitate sfruttando lo spessore del deposito. 25

26 CROMATURA In molte produzioni di parti meccaniche per usi gravosi, si usa proteggere la superficie dei manufatti mediante cromatura galvanica. Gli steli per cilindri, barre di scorrimento, comandi pneumatici/oleodinamici, colonne presse, ecc. possono essere realizzati in maniera più economica lavorando barre già cromate, piuttosto che cromare i singoli elementi dopo lavorazione meccanica. Il processo di cromatura è del tipo elettrolitico e normalmente ricopre una superficie metallica mediante immersione in una vasca contenente una soluzione di acido cromico. Lo spessore dello strato di cromo e solitamente compreso tra 0,015 e 0,040 mm fino a ipotetici 0,7-0,8 mm. Un deposito di alcuni decimi è sconsigliato per il basso rendimento dei bagni e per l aumento della fragilità in presenza di urti. Prima della cromatura la superficie del metallo deve avere un ottima finitura con rugosità Ra max 0,4 μm. Alla cromatura segue una eventuale distensione dello strato cromato più una lucidatura/lappatura della superficie. Cromatura tradizionale a immersione Le barre vengono fissate a un telaio e immerse nella vasca. Il telaio è collegato al polo negativo, mentre nella vasca sono disposti degli elettrodi (anodi) collegati al polo positivo. In questo modo l energia elettrica si trasforma in energia chimica (l energia elettrica fa decorrere la reazione chimica che altrimenti non avverrebbe spontaneamente). Questa tecnologia tradizionale crea purtroppo problemi di inquinamento, sia per smaltimenti che per vapori dovuti alla temperatura dei bagni. Il recupero delle barre produce gocciolamenti di acido cromico e le grandi vasche richiedono la non facile gestione di migliaia di litri di soluzioni contaminanti. Cromatura in continuo Le barre entrano in vasca una dietro l altra in orizzontale. La perdita di corrente è notevolmente inferiore rispetto al metodo sopra descritto. Il movimento di avanzamento, comprendente anche la rotazione della barra, porta a ottenere lo stesso spessore di cromo su tutta la superficie del materiale. La ridotta distanza fra anodo e barra permette d incrementare il rendimento elettrico del processo. La vasca è abbastanza piccola e contenendo limitate soluzioni chimiche produce meno vapori, facilmente convogliati in cappe aspiranti. La quasi completa automazione del processo permette inoltre maggior produttività, ripetibilità e qualità del prodotto. Impianto automatico in continuo Superfici cromate 26

27 Zincatura Processo di rivestimento di un manufatto di acciaio con uno strato di zinco per migliorarne la resistenza alla corrosione. L utilizzo dello zinco come elemento protettivo per l acciaio è dovuto alle sue ottime proprietà,quali: ottima aderenza al substrato, impermeabilità, resistenza all abrasione e attacco chimico; in caso di danneggiamento del rivestimento, la corrosione avviene per lo zinco e non nell acciaio. Tra i vari metodi per depositare lo strato di zinco i più comuni sono: 1) Zincatura a Caldo - Processo di deposizione dello zinco sul metallo base ottenuto per immersione a caldo. 2) Zincatura Elettrolitica - Processo di deposizione dello zinco sul metallo base ottenuto per elettro-deposizione. Con la zincatura a caldo si intende generalmente l immersione in zinco fuso mediamente alla temperatura di 455 C; in questa fase lo zinco, oltre a ricoprire l acciaio, entra anche in lega nello strato superficiale, conferendo resistenza meccanica e il giusto ancoraggio al materiale trattato. Il processo può essere suddiviso nelle seguenti fasi, separate una dall altra: decapaggio e sgrassaggio ottenuti con HCl e tensioattivi a temperatura ambiente; flussaggio con immersione in soluzione di ammonio cloruro e zinco cloruro; zincatura, immersione, previo preriscaldo a 100 C in vasca di zinco fuso a 455 C per un tempo che varia da 1.5 a 5 min (per sagome complesse l immersione può richiedere anche tempi oltre 10 min). La zincatura a caldo si esegue generalmente su acciai al carbonio, acciai debolmente o medio legati sulla ghisa grigia e su quella malleabile. Questo trattamento di ricopertura non è generalmente adatto per acciai a zolfo controllato, risolforati e al piombo. Cestello Pannelli a rete zincati 27

28 Fattori che maggiormente influiscono sulla zincatura a caldo L acciaio è costituito principalmente da ferro e carbonio con presenza più o meno desiderata di altri elementi, classificati come impurezze o leganti. Differenti composizioni chimiche possono dar luogo a reazioni diverse durante la diffusione dello zinco nello stato superficiale dei prodotti; si potranno pertanto notare strati di rivestimenti disomogenei per colorazione, spessore e aderenza. Elementi come il silicio, il carbonio e il fosforo tendono ad aumentare lo spessore dello strato di lega Fe/Zn, dando origine a superfici quasi brillanti. Il maggior spessore di zinco non è sempre indice di buon rivestimento e in alcuni casi gli strati possono essere composti di sola lega ferro-zinco senza il necessario strato esterno di zinco puro. Sottili rivestimenti (~ 0.08 mm) sono in genere più aderenti e plastici pertanto meglio predisposti a piegatura; quelli più consistenti (~ 0.20 mm) sono più alti di durezza e fragili, di conseguenza meno adatti a sostenere urti e vibrazioni C 440 C 431 C Spessore del rivestimento di zinco in millimetri Contenuto di silicio % Temperature del bagno di zinco Alcune sperimentazioni hanno comunque evidenziato gli effetti che può apportare il silicio durante questo processo. Come si può notare dal grafico sopra riportato, le percentuali di silicio da 0,03 a 0,12% e superiore a 0,3% sono in grado di provocare una consistente reazione ferro-zinco che porta a maggiori spessori di deposito ma anche a una minore aderenza dello stesso. L effetto combinato silicio-fosforo può influenzare il processo e per meglio governarlo si possono considerare i seguenti aspetti. 1) Formula utile: Si + 2,5 P max 0,09% per prodotti laminati e Si + 2,5 P max 0,04% per prodotti deformati a freddo. 2) Mantenere la percentuale di silicio sotto lo 0,25%. Il carbonio presente nell acciaio in quantità limitate (0.10-0,18%) non influisce molto sullo strato della zincatura, ma in percentuali superiori allo 0.35 è in grado di accelerare la reazione ferro-zinco con conseguente aumento di spessore. Lo zolfo in quantità superiori allo 0.20% può velocizzare la reazione di zincatura tanto da dar vita a un ini- 28

29 zio di corrosione dell acciaio sottoposto a ricopertura. Cromo, manganese, nichel, niobio, titanio e vanadio, presenti nell acciaio sotto forma di elementi residui, hanno effetto simile a quello dello zolfo. Da esperienze nel campo è stato notato che il materiale calmato con alluminio permette una maggiore aderenza e un più preciso controllo dello spessore del riporto. Altro fattore importante per una corretta zincatura è quello di contenere la tendenza a infragilimento da invecchiamento dell acciaio. La predisposizione dell acciaio all invecchiamento e il conseguente rischio d infragilimento sono principalmente causati dal contenuto di azoto nell acciaio che, a sua volta, dipende in larga misura dal processo di fabbricazione e dal tasso d incrudimento subito durante la deformazione plastica a freddo. L infragilimento per invecchiamento è un fenomeno metallurgico che colpisce qualsiasi tipo di acciaio. In base all entità della deformazione a freddo, la resistenza Rm dell acciaio aumenta, mentre la duttilità (Allungamento %) e la tenacità (resilienza Kv) diminuiscono. Va considerato che ogni 1% di deformazione a freddo farà diminuire di 3 C la temperatura di transizione (una riduzione del 12% farà calare la transizione di 36 C). Per meglio spiegare: se un acciaio ha il suo punto di transizione a -20 C (perdita brusca di tenacità solitamente misurata in J con resilienze Kv), una riduzione del 12% farà avvenire il fenomeno a +16 C. Per ridurre il rischio d infragilimento va impiegato un acciaio non suscettibile a invecchiamento, quindi un acciaio con aggiunte di V (vanadio), Nb (niobio) e Ti (titanio), i quali fissando l azoto sono in grado di contrastare la tensione da indurimento per invecchiamento; oppure acciai calmati con alluminio (prassi comune nelle moderne acciaierie). Il rapporto di riduzione per deformazione a freddo deve essere mantenuto il più basso possibile; qualora questa condizione non possa essere soddisfatta, va applicato un trattamento termico di distensione prima di procedere a successivo decapaggio e zincatura a caldo. Anche la finitura superficiale può incidere in maniera considerevole sullo spessore del deposito. Se il prodotto da rivestire è molto ruvido (es. pezzi sabbiati con rugosità Ra 3.2 µm), la superficie annetterà una maggiore quantità di zinco fuso anche nell ordine del 20% in più rispetto a un materiale con rugosità Ra 1.6 µm, con conseguente aumento dello strato di zinco e del costo dell operazione. La superficie dei pezzi deve essere molto pulita ed esente da difetti tipo micro-cavità, rigature, ecc. perché la zincatura, non avendo un effetto coprente, non maschererà, anzi, evidenzierà gran parte dei difetti di base. Alcuni difetti come le sfogliature possono non evidenziarsi in fase di decapaggio, ma certamente saranno visibili durante la zincatura. Anche macchie di olio, vernice e grasso influiscono negativamente sull aspetto finale del trattamento di zincatura. Per la pulitura può essere necessaria anche la bruciatura dei composti aggrappati alla superficie perché sviluppano gas durante la zincatura e ne impediscono l adesione. Asportare le scorie di saldatura con scalpellatura o sabbiatura, perché resistono agli acidi; proteggere il filetto maschio con nastro isolante telato (non plastico) che potrà essere agevolmente asportato mediante spazzolatura metallica a fine zincatura; per le filettature femmine, impiegare del normale stucco sigillante per vetri o spine di legno. 29

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31 CONTROLLI DELLE Caratteristiche del materiale Analisi chimica di colata La composizione chimica di colata è in genere quella fornita dai produttori dell acciaio e deve essere sempre conforme alle prescrizioni delle normative di riferimento. Analisi chimica di prodotto Può essere diversa da quella di colata, ma comunque in grado di stabilire con certezza il tipo di acciaio preso in esame. è ammissibile uno scostamento percentuale di ogni elemento chimico fra colata e prodotto e i relativi valori sono indicati nelle norme ufficiali. I prodotti devono essere forniti separati per colata e mantenuti tali per tutti i successivi processi di lavorazione. Prova di Trazione Questa prova distruttiva è da considerarsi la più diffusa e versatile, poiché permette di misurare contemporaneamente le caratteristiche di resistenza e di duttilità. I valori ricavabili sono: Snervamento (Rp 0.2 / R eh ), Rottura (Rm / R), Allungamento (A%), Contrazione (C% / Z%). La prova va definita in fase di ordine e gli addetti alla produzione devono prelevare i campioni in base alle indicazioni riportate sulla scheda di lavoro. Norma di riferimento: EN rottura N/mm 2 Rp 0.2 acciaio bonificato acciaio ricotto C% 0.70 acciaio ricotto C% 0.40 R eh R eh acciaio ricotto con C% 0.20 ottone rame allungamento Macchina per prove di trazione Diagrammi di carico ricavati dalla macchina di trazione Durezza La durezza H (Hardness) è la resistenza che la superficie di un materiale oppone alla sua penetrazione. I vantaggi della prova di durezza si possono enunciare in: facilità e rapidità di esecuzione; economicità, sia per i bassi costi delle macchine che nella preparazione della stessa. Questa prova può dare un indicazione sulla resistenza meccanica, convertendo i valori ottenuti in resistenza a trazione, attraverso tabelle ufficiali (es. ASTM A 370) costruite in base a comparazioni. Norme di riferimento: UNI EN ISO 6506, UNI EN

32 Prova di resilienza Questa prova è denominata distruttiva perché porta a rottura i provini e si esegue a temperatura ambiente, ma anche a basse e alte temperature. Il compito principale di questa verifica è quello di determinare il grado di tenacità (resistenza agli urti) di un acciaio. La forza espressa in J (Joule) è rapportata alla sezione resistente del provino preventivamente intagliato. Altri dati ricavabili sono le curve di transizione duttile-fragile (rottura di provini a -10 C, -20 C, -30 C, -60 C, -180 C per stabilire quando l acciaio diventa fragile) e le simulazioni sull invecchiamento (provini pressati al 10% della sezione e distesi a 300 C). Per i trafilati, i valori minimi di resilienza non sono previsti dalle norme e non vengono garantiti. Norme di riferimento: EN e ASTM A Legenda 1. Fondazione 7. Indice della scala J Incastellatura 3. Appoggi 4. Provetta 5. Scala Joule (forza-lavoro) 6. Asse di rotazione 8. Supporti del pendolo 9. Asta del pendolo 10. Mazza 11. Tagliente del coltello 1 Pendolo per prove di resilienza Prova di temprabilità La prova di temprabilità, comunemente detta Jominy, si utilizzata per determinare l attitudine di un acciaio all indurimento mediante tempra; da questa prova si ottiene una curva durezza-distanza. In pratica, si utilizza per avere preventivamente l informazione della durezza sui pezzi che saranno temprati a posteriore con tecniche industriali. La prova è condotta su un provino, ricavato da un prodotto di una determinata colata, sottoposto al riscaldo in apposito forno fino alla temperatura d austenitizzazione (temperatura alla quale, durante il riscaldo, la struttura dell acciaio si trasforma in austenite). Segue un raffreddamento mediante spruzzo d acqua, con una propagazione controllata lungo l asse. Dall estremità temprata viene eseguita poi una serie di durezze (HRC) con inizio a 1 mm e normalmente fino a 50 mm, al fine di ottenere la curva (banda) decrescente. Norma di riferimento: EN ISO mm 25 mm mm ,5 mm H 2 O 20 C HRC Raffreddamento del provino d Determinazione durezze 32

33 Prova di piega Con questa prova non si determinano valori meccanici, ma si esamina il comportamento del materiale sotto sforzo. Normalmente è eseguita a temperatura ambiente, con angoli da concordare in fase di ordinazione. Serve per stabilire la bontà o meno del materiale sottoposto una deformazione plastica. Il materiale va piegato senza inversione del senso di flessione fino all ottenimento dell angolo prestabilito ( ). La forza di piegamento deve essere applicata lentamente, in modo da non ostacolare lo scorrimento plastico del materiale. Dopo piega, si devono esaminare i lembi e la faccia esterna della parte piegata. Il materiale risulterà conforme se non si noteranno spaccature, microstrappi o difetti concordati in fase di ordine (spesso al trafilato viene richiesta questa caratteristica). Ricordiamo che è buona norma partire da un laminato ricotto, prima della trafilatura, per avere buoni risultati. Se sul trafilato si manifestano rotture, in fase di piega, sono utili delle distensioni o ricotture in bianco che non danneggeranno lo stato superficiale e permetteranno di avere buona predisposizione verso questa prova. Norma di riferimento: UNI 564. Analisi metallografica L analisi metallografica eseguita in modo corretto al microscopio ottico, permette di valutare la microstruttura e la presenza di difetti all interno del materiale (inclusioni, composti intermetallici, cricche, ecc.) che a occhio nudo è impossibile effettuare. Microscopio ottico Grandezza del grano La grandezza del grano è un analisi importante per valutare il processo di fabbricazione e le caratteristiche meccaniche del materiale. Grani più fini comportano caratteristiche meccaniche migliori; la presenza di grani grossolani può essere dovuta a eventuali permanenze eccessive ad alte temperature. Gli acciai per impieghi speciali sono calmati con alluminio anche per contrastare l ingrossamento del grano ed evitare in tal modo che il materiale diventi fragile. 33

34 Le norme di riferimento UNI 3245 e ASTM E 112 descrivono i metodi di valutazione e danno indicazioni mediante immagini tipo per la valutazione delle varie grandezze. Grano 1 grosso Grano 6 fine Grano 8 molto fine Micrografie a 100 ingrandimenti Inclusioni non metalliche Tutti gli acciai contengono allo stato solido inclusioni che, nella maggior parte dei casi, sono ossidi e solfuri. Le quantità e la loro grandezza dipendono dalle procedure di fabbricazione. La loro presenza indebolisce le proprietà fisiche dei prodotti. Si pensi ad esempio a un asse di legno con dei nodi: se questa sarà sollecitata da una forza, il punto di prima rottura avverrà principalmente in corrispondenza degli stessi e questo avviene anche nei prodotti metallici contaminati dalle inclusioni. In fase di deformazione a caldo o a freddo, le inclusioni non metalliche non sono in grado di deformarsi nella stessa misura in cui si deforma la matrice che le circonda; alcune si possono rompere o anche non deformarsi lasciando delle micro-cavità e generando micro-spaccature. Altre si possono deformare o allungare nel senso di deformazione impressa al materiale; le più dannose sono quelle allungate. Le nuove esigenze di mercato impongono acciai a purezza elevata. Norme di riferimento: UNI ENV 10247, UNI 3244, DIN 50602, ASTM E45. Solfuri allungati Ossidi allungati Ossidi globulari Decarburazione superficiale La decarburazione dipende dal coefficiente di diffusione del carbonio nell acciaio. Il carbonio, combinandosi con l ossigeno dell atmosfera dei forni o dell aria tende ad uscire dallo strato superficiale del materiale. La decarburazione si manifesta come scomparsa del carbonio nello strato superficiale rispetto alla struttura sottostante inalterata, visibile al microscopio ottico con una banda più chiara nello strato superficiale. La 34

35 decarburazione può essere determinata anche analiticamente; in superficie sarà evidenziata una bassa percentuale di carbonio rispetto all interno. Per questa ragione, quando si devono determinare delle analisi di prodotto, è buona norma asportare almeno 1-2 mm di materiale e poi procedere con la prova. Altro effetto causato dalla decarburazione è l abbassamento della durezza superficiale. Anche in questo caso si dovranno asportare 1-2 mm per avere un valore attendibile. Norma di riferimento: UNI Micrografia di un acciaio trattato termicamente in un forno convenzionale: è ben visibile la banda chiara decarburata Micrografia di un acciaio trattato termicamente in un forno ad atmosfera controllata: l assenza di decarburazione è garanzia di struttura omogenea Bandeggio Le caratteristiche micro-strutturali dei materiali possono incidere notevolmente sull esito della lavorazione mediante macchine utensile e, nel peggiore dei casi, comprometterla. La struttura che più frequentemente causa problemi è quella a bande Ferrite-Perlite, perché le due parti presentano durezze assai diverse e le macchine a controllo numerico ne risentono. Alcuni trattamenti termici eseguiti ad alte temperature (normalizzazione, ricottura globulare, ecc.) possono attenuare il problema. ASTM A 105 con bandeggio accentuato 11SMnPb30 con bandeggio accentuato 35

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37 TERMINOLOGIA Allungamento A% Esprime l allungamento subito dal materiale quando è portato a rottura con la prova di trazione. è un dato che può dare ai progettisti la segnalazione di quanto l acciaio si può allungare prima di andare a rottura. Amagnetico Si dice di un acciaio che presenta comportamenti ferromagnetici e che può essere smagnetizzato con opportuno trattamento termico, consistente nel superamento del punto critico del magnetismo (769 C), nella permanenza sopra tale punto per un adeguato periodo, nel raffreddamento solitamente all aria o in forno. Anisotropia La forma di un cristallo è differente nelle diverse direzioni così come le proprietà fisiche (indice di rifrazione, conducibilità elettrica, conducibilità termica, proprietà meccaniche, magnetiche, ecc.) che variano a seconda della direzione considerata. Anisotropo Le proprietà fisiche specifiche all interno di un materiale hanno valori diversi nelle varie direzioni. Calore specifico Quantità di calore necessaria per innalzare la temperatura di un unità di massa di 1 C. Il calore specifico a 20 C degli acciai ferritici e martensitici è leggermente inferiore a quello degli austenitici, ma cresce più rapidamente con l aumentare della temperatura. Campo Magnetico Campo di forza che si sviluppa attorno a un magnete o a un circuito percorso da corrente elettrica. Viene indicato con H e si misura in Ampere/metro. Carico di rottura Rm-R Carico unitario di rottura determinato con provette proporzionali di trazione, si esprime in N/mm². Fenomeno che avviene in un solido soggetto a un sistema di sollecitazioni quando si ha il cedimento dei legami interni di coesione molecolare. Impiegato dai progettisti per il dimensionamento delle strutture portanti. 37

38 Carico di snervamento Rp 0.2 Carico unitario di scostamento della proporzionalità, comunemente impiegato come snervamento allo 0,2%. Il valore è dedotto dalla prova di trazione, si esprime in N/mm² e serve ai progettisti per determinare le sezioni e il margine di sicurezza da adottare nelle strutture che compongono una determinata costruzione. Conduttività Proprietà dei materiali di trasmettere il calore o l energia sonora o la corrente elettrica. Simbolo: Siemens m/mm 2. Conducibilità termica La conducibilità termica è la misura in W / (m K) dell attitudine di un corpo a trasmettere il calore; dipende solo dalla natura del materiale e non dalla sua forma. Questa proprietà è molto più alta negli acciai al carbonio ~ 50 W / (m K) e legati ~ 40 W / (m K); si abbassa a ~ 30 W / (m K) negli acciai inossidabili al 15% di cromo e scende a ~ 15 W / (m K) in quelli contenenti nichel e molibdeno. La conducibilità termica aumenta in proporzione al riscaldamento del pezzo ed è un parametro utilizzato nei trattamenti termici per definire la velocità di riscaldo. Coefficiente di temperatura Delinea la variazione delle proprietà magnetiche al variare della temperatura. Abitualmente si esprime in % di variazione della regione per ciascun grado di temperatura. Coercimetro Apparecchiatura automatica che permette di misurare la forza coercitiva di campioni di acciaio di qualsiasi forma regolare o irregolare e di particolari lavorati a disegno o assemblati con altri materiali. Norme comunemente usate per i controlli: ASTM 341 o IEC Coercitività è il campo magnetico, espresso con Hc, necessario per ridurre l induzione B o la magnetizzazione M al valore zero. Solitamente si misura in Oersted oppure in Ampere/metro. Serve per misurare, in un materiale magnetizzato, la resistenza alla smagnetizzazione. Conduttività Proprietà dei materiali di trasmettere il calore o l energia sonora o la corrente elettrica. Grandezza fisica corrispondente all inverso della resistività. 38

39 Curva di Isteresi Rappresentazione grafica della curva ottenuta misurando l induzione B (aria + materiale) o la magnetizzazione M in presenza di un campo magnetico H. Descrive un ciclo completo tra i limiti definiti per l induzione o la magnetizzazione di saturazione dal primo al terzo quadrante. B (Tesla) Br Hc -0.6 Cicli con induzione da 0.3 a 1.7 Tesla H (A/m) B = Densità del flusso magnetico H = Campo magnetico Br = Induzione magnetica residua hc = Forza coercitiva Curva di smagnetizzazione Graficamente è il settore della curva del ciclo d isteresi nel secondo quadrante che definisce le principali caratteristiche magnetiche di un materiale magnetizzato. Descrive il cambio d induzione magnetica o l emanazione del valore di rimanenza a zero applicando un campo magnetico negativo. Densità (massa volumica) Questo rapporto m/v tra la massa (m) di un corpo e il suo volume (v) è anche chiamato peso specifico e si esprime in Kg/dm 3. Il peso specifico del ferro è 7,86 Kg/dm 3 e la sua massa atomica è di 55,847 mentre quella dei principali elementi degli acciai inossidabili è di 51,996 per il cromo, 58,69 per il nichel e di 95,94 per il molibdeno. è pertanto intuibile che le leghe ricche di cromo sono più leggere del ferro, mentre quelle al nichel e molibdeno risultano più pesanti. L esempio che segue mette a confronto il peso stimato di tre barre quadrate 180 mm lunghe 1500 mm. 39

40 I valori della densità sono riportati nelle schede tecniche. Acciaio 42CrMo4 (1,80 1,80 7,85 15,00) = Kg 381,51 Acciaio (1,80 1,80 7,70 15,00) = Kg 374,22 Acciaio (1,80 1,80 8,027 15,00) = Kg 390,11 Densità di flusso Definisce il campo d induzione come numero di linee di forza per unità di area. Dielettrico Sostanza isolante entro la quale si può produrre un campo elettrostatico con accumulo di energia. Ha la funzione di separare parti a potenziale diverso e di obbligare la corrente a seguire determinati percorsi. Durezza Caratteristica dipendente dalle forze di coesione molecolare. È espressa mediante varie grandezze (HB, HRC, HV, ecc.) contenute in tavole empiriche, fra le quali esiste solo una certa correlazione, tutte in rapporto con il carico di rottura a trazione. Espansione termica L espansione o dilatazione termica è il fenomeno fisico che si manifesta quando il materiale aumenta di volume, in risposta all aumento di temperatura durante un trattamento termico, in esercizio o in fase di saldatura. Il valore può essere determinato mediante dilatometri o preso come riferimento indicativo dalle schede tecniche contenute nel volume Progettare con gli acciai del Gruppo Lucefin. Questo dato entra nel calcolo della formula atta a stabilire la dilatazione teorica lineare e volumetrica in millimetri che un acciaio subirà quando riscaldato a temperature fra 20 e 100 C, 20 e 200 C, 20 e 300 C, ecc. Lo = Lunghezza iniziale della barra o del pezzo in millimetri ro = Raggio iniziale in millimetri E = Costante riportata nelle schede tecniche (es. come valore di 10-6 K-1 pari a 10.4 inserire 0, ) Δt = Differenza di temperatura tra quella di riscaldo del pezzo e quella dell ambiente L = Lunghezza in millimetri dopo riscaldo a C... V = Volume in mm 3 dopo riscaldo Dilatazione lineare L = Lo (1 + (E Δt)) Dilatazione volumetrica V = 3,14 r2 Lo (1 + (2 E Δt)) (1 + (E Δt) Flusso Numero di linee magnetiche di forza misurato in Gauss o Tesla. Le linee possono essere visualizzate utilizzando delle polveri di ferro a secco o a umido. 40

41 Ferriti Materiali non metallici costituiti da ossidi di ferro e da un metallo bivalente (Mg, Mn, Zn, Cu, ecc.) e assimilabili ai materiali ceramici per durezza e fragilità. Hanno conducibilità molto bassa pertanto sono adatti alla realizzazione di nuclei ferromagnetici per applicazioni in alta frequenza (5-500 khz). Le ferriti più comuni sono del tipo Mn-Zn, Ni-Zn, Mg-Mn. Forza di campo magnetico Si misura generalmente in Oersted e rappresenta la forza di magnetizzazione o smagnetizzazione. Definisce la capacità della corrente elettrica o di un materiale di produrre un campo magnetico in un area definita. Flussometro Strumento che serve a misurare una variazione di flusso d induzione magnetica. Forza coercitiva Forza demagnetizzante necessaria per ridurre l induzione B al valore zero dopo aver portato il materiale a saturazione. Si misura in Oersted oppure in A/m e KA/m. Simbolo: Hc. Forza coercitiva intrinseca Misura la resistenza di un materiale magnetico rispetto ad una forza demagnetizzante e indica il suo grado di stabilità alle alte temperature. Simbolo: Hci. Gauss Unità di misura dell induzione magnetica nel sistema CGS elettromagnetico. Indica le linee di flusso per cm 2. Gaussometro Apparecchio usato per misurare il valore istantaneo dell induzione magnetica e del magnetismo residuo. Induzione magnetica (B) Fenomeno per cui in tutti i materiali o sostanze immersi in un campo magnetico si manifestano masse magnetiche in misura e polarità dipendente dal materiale o dalla sostanza. È definita anche come forza di magnetizzazione o di smagnetizzazione misurata in Oersted che determina la capacità di una corrente elettrica o di un materiale magnetico d indurre un campo magnetico in una zona definita. B = μo H In presenza di qualunque materiale: B = μr μo H 41

42 Isotropo Si dice di un corpo le cui proprietà fisiche sono identiche in tutte le direzioni. Nel campo dei materiali metallici l orientamento magnetico delle particelle non ha una direzione preferenziale e questo consente di magnetizzarli in tutte le direzioni. Isteresi Fenomeno caratteristico delle sostanze ferromagnetiche, nelle quali l intensità di magnetizzazione non dipende univocamente dal valore del campo magnetico cui sono sottoposte, ma anche dalla precedente evoluzione già subita entro il campo magnetico. è definita anche come la capacità di un materiale magnetico di conservare la sua forza magnetica in presenza di un energia di smagnetizzazione. Magnete Corpo ferromagnetico magnetizzato in modo artificiale o naturale. Solo alcuni tipi di sostanze sono in grado di acquistare, con opportuni trattamenti, una soddisfacente magnetizzazione permanente. Magnetismo residuo Dopo esser venuti in contatto con un campo magnetico (tipicamente magneti di sollevamento, processi induttivi, ecc.), i materiali in acciaio possono trattenere del magnetismo nella loro struttura, definito magnetismo residuo. L intensità del magnetismo residuo dipende da diversi fattori, tra i più importanti: composizione chimica, intensità dell origine del campo magnetico, temperatura del materiale. Magnetizzazione Momento magnetico per unità di volume. Si misura in Ampere/metro. Magnetostrizione Questo fenomeno può comportare dei cambiamenti dimensionali in presenza di magnetizzazione. Massimo prodotto di energia Nella curva d isteresi è rappresentato dal punto di massimo prodotto tra la forza magnetizzante H e l induzione B. Si definisce anche come l energia che un materiale magnetico può trasferire a un circuito magnetico esterno agendo in un punto della curva di smagnetizzazione. Simbolo: BH max. Materiali antiferromagnetici Nei materiali antiferromagnetici le strutture magnetiche a e b sono esattamente uguali ma opposte, creando così un annullamento dei momenti magnetici e una magnetizzazione nulla. L ematite è il materiale antiferromagnetico per eccellenza. 42

43 Materiali diamagnetici Si dice di sostanze la cui magnetizzazione indotta avviene in senso contrario a quella del campo induttore. Sono composti di atomi privi di un momento magnetico in quanto disposti in orbitali completi senza elettroni spaiati. Questo porta a una repulsione in presenza di campo magnetico. Si genera, in altre parole, una magnetizzazione negativa, esattamente l opposto di ciò che accade nei materiali ferromagnetici. Tra i materiali diamagnetici troviamo il quarzo, la calcite, l acqua e le sostanze organiche. Materiali ferromagnetici Una delle caratteristiche principali dei materiali ferromagnetici è la presenza di una magnetizzazione spontanea che esiste in assenza di un campo magnetico e che può essere aumentata fino a raggiungere la magnetizzazione di saturazione. La saturazione avviene ad alte temperature e a moderati campi magnetici. In particolare, ogni materiale ferromagnetico a una temperatura detta t. di Curie, diversa da materiale a materiale, perde la disposizione ordinata degli elettroni e assume un comportamento paramagnetico. Inoltre, i materiali ferromagnetici possono trattenere una memoria della magnetizzazione a cui sono stati sottoposti in passato. Gli elementi ferromagnetici per eccellenza sono il ferro, il nichel e il cobalto. Fanno parte di questa categoria gli acciai inossidabili ferritici, martensitici e duplex. Materiali paramagnetici Sono costituiti da atomi e ioni con elettroni spaiati e orbitali incompleti. Mostrano un momento magnetico netto e in presenza di campo magnetico sono in grado di magnetizzarsi. Si tratta però di una magnetizzazione debole, che svanisce non appena il campo magnetico viene allontanato. Tra i materiali paramagnetici troviamo l ossigeno liquido, l alluminio, la biotite, la pirite e la siderite. Appartengono a questa categoria gli acciai inossidabili austenitici (a struttura austenitica molto stabile). Maxwell Unità di misura del flusso prodotto da un campo magnetico d intensità unitaria nel sistema CGS relativo a una superficie di area di 1 cm²; un Maxwell vale 10-8 Weber ed equivale a una linea di flusso magnetico. Simbolo: Mx. Modulo elastico Caratteristica di un materiale che esprime il rapporto tra tensione e deformazione, nel caso di condizioni di carico monoassiale e in caso di comportamento del materiale di tipo elastico. è usato dai progettisti per la verifica degli sforzi flessionali, sotto sollecitazione in esercizio, al fine di stabilire il carico massimo applicabile a una costruzione. Nelle schede tecniche sono riportati i moduli elastici longitudinali tipici di ogni acciaio e le varie temperature alle quali può trovarsi a dover lavorare un prodotto in acciaio. m = 1/coefficiente di Poisson (il coefficiente di Poisson è riportato su alcune schede tecniche del volume Acciai inossidabili - Gruppo Lucefin 2011). 43

44 E = Modulo elastico longitudinale G = Modulo elastico tangenziale Il risultato si esprime in GPa (GigaPascal). E = G / (m / 2 (m + 1)) G = (m / (2 (m + 1)) E Momento magnetico Si misura in Am 2 (Ampere per metro quadro). Numero o rapporto di Poisson Quando un materiale è compresso in una sola direzione, tende a espandersi in altre due direzioni perpendicolari a quella di compressione. Questo fenomeno è chiamato effetto Poisson. Il r. di Poisson è il rapporto tra la percentuale di espansione divisa per la percentuale di compressione. Spesso è usato nei calcoli di elasticità e progettazioni strutturali. Oersted Unità d intensità del campo magnetico e unità di misura della forza magnetizzante. 1 Oe = 1 Gauss = 0,79 A/cm. Simbolo: Oe. Permeabilità (μo) è la facilità di propagazione del flusso magnetico nel vuoto: μo = 1, H/m μr < 1 Materiali diamagnetici (il campo magnetico viene indebolito all interno del materiale) μr > 1 Materiali paramagnetici (il campo viene rafforzato all interno del materiale) μr >> 1 Materiali ferromagnetici e ferrimagnetici (il campo viene molto rafforzato all interno del materiale) Permeabilità iniziale è il rapporto tra il campo B e il campo H misurato quando quello H tende a zero. Più utile risulta la permeabilità relativa o il quoziente prodotto da permeabilità del materiale e permeabilità dello spazio vuoto (aria). Si usa per indicare i deboli acciai ferromagnetici impiegati per allestire i nuclei dei trasformatori. Permeabilità magnetica assoluta Parametro caratteristico di ogni materiale dato dal rapporto tra l induzione magnetica B prodotta nel materiale da un campo magnetico e l intensità H del campo agente. Simbolo: m. L inverso 1/m della permeabilità è detto riluttanza specifica. Permeabilità magnetica relativa Grandezza fisica che esprime l attitudine di una sostanza a lasciarsi magnetizzare dal campo magnetico in cui è immersa. Ha come simbolo µr ed è il rapporto tra la permeabilità assoluta µ di un materiale generico e la permeabilità µo dello spazio vuoto. Gli acciai inossidabili ferritici e martensitici sono definiti magnetici 44

45 (la calamita li attrae) quando sono a temperatura ambiente e cedono questa caratteristica quando sono scaldati sopra i 769 C. Gli acciai austenitici sono classificati come non magnetici e la loro permeabilità è nell ordine di 1,02 µr. Possono magnetizzarsi leggermente in trafilatura a freddo, ma una successiva ricristallizzazione ristabilisce lo stato di amagnetismo. Permeametro Apparecchiatura in grado di realizzare cicli d isteresi e misure di magnetizzazione di acciai magnetici dolci (es. inossidabili per elettrovalvole e nuclei). Agisce con modalità completamente automatica e può determinare i seguenti parametri: Br, Hc, Bsat, Jsat, µmax. Norme comunemente usate per i controlli: ASTM 341 oppure IEC per provini rettilinei o barre. Polarizzazione magnetica Fenomeno per cui una sostanza immersa in un campo magnetico orienta i momenti magnetici dei suoi atomi in modo da magnetizzarsi per induzione. Termine in generale usato per indicare un alterazione delle condizioni fisiche di un mezzo in cui alcuni fenomeni, precedentemente isotropi, assumono un carattere vettoriale. Resilienza Indica la tenacità del materiale quando è sottoposto a urti violenti. La resistenza espressa in J (lavoro - energia) si determina mediante la rottura di provini preintagliati e comunemente del tipo Kv. Anche questo valore indica la predisposizione o meno di un acciaio a essere sottoposto a determinati impieghi. Resistività elettrica Resistenza di un tratto di conduttore di lunghezza unitaria e sezione di area unitaria, si misura in Ω mm 2 /m. La resistività di un conduttore dipende dalla sua natura, dalla temperatura e, in alcuni casi particolari, dall intensità del campo magnetico entro il quale si trova. La resistività si annulla allo zero assoluto e aumenta del 6% circa ogni 100 C quando il materiale è riscaldato. L aumento della resistività del materiale si può ottenere modificando la composizione del materiale (es. aumentando il tenore di silicio a 4-4,5%). Rimanenza magnetica Rappresenta la magnetizzazione rimanente quando il campo applicato è zero. Graficamente è l intersezione della curva con l asse delle ordinate. Simbolo: Mr. Saturazione Fenomeno per cui, in una sostanza ferromagnetica posta in un campo magnetico sufficientemente intenso, la magnetizzazione rimane praticamente costante rispetto a ogni ulteriore aumento dell intensità del campo magnetico. 45

46 Scorrimento viscoso (Creep) Processo di deformazione a sollecitazione costante, per temperature elevate. Il provino viene sottoposto, mediante strumentazioni di laboratorio, per un certo numero di ore a un determinato carico costante e temperatura costante. I risultati che si ottengono simulano il comportamento dell acciaio nel tempo. Smagnetizzazione Questa forza magnetica indesiderata (nei manufatti destinati a rettifica, lappatura, trattamenti galvanici, ecc.), attrae la limatura o la polvere di ferro e dà luogo a inaccettabili finiture superficiali. Può essere diminuita o eliminata portando l acciaio a una temperatura superiore a 769 C oppure facendolo passare in tunnel smagnetizzatori. Altro metodo abbastanza efficace è il trattamento termico di distensione con permanenze molto lunghe. Solenoide Bobina di filo elettrico avvolto in uno o più strati, a spire molto accostate su un supporto per lo più cilindrico, di lunghezza molto grande rispetto al diametro delle spire. Temperatura di Curie Temperatura di trasformazione dei materiali metallici da ferromagnetici a paramagnetici. Generalmente questa temperatura dipende dalla composizione chimica dell acciaio; una volta che il materiale la raggiunge, perde tutte le proprietà magnetiche permanenti e non è più in grado di ritenere il magnetismo. Simbolo: Tc = 769 C. Temperatura massima di esercizio Temperatura massima di esposizione alla quale un materiale può resistere senza che intervengano modifiche delle proprietà strutturali o meccaniche. Tesla Unità di densità del flusso magnetico: 1 T = Gauss. Viscosità magnetica Descrive il ritardo nella variazione di magnetizzazione in un materiale ferromagnetico quando il campo magnetico esterno cambia bruscamente d intensità. Weber Unità di misura del flusso magnetico equivalente al flusso magnetico che, attraversando una singola spira, vi induce una forza elettromotrice di 1 volt quando viene ridotto a zero in 1 secondo. 1 Weber = 10-8 Maxwell. Simbolo: Wb. 46

47 47

48 Dimensioni e Tolleranze per prodotti di acciaio Finiti a Freddo EN PIATTI tolleranze Dimensionali contenuto di carbonio max 0,20% e acciai automatici a basso C% larghezza deviazione ammessa mm mm mm mm < ,11 > 18 < ,13 > 30 < ,16 > 50 < ,19 > 80 < ,22 > 100 < ,50-0,50 > 150 < ,00-1,00 > 200 < ,00-2,00 > 300 < ,50-2,50 contenuto di carbonio > 0,20% e tutti gli altri acciai spessore deviazione ammessa deviazione ammessa mm mm mm mm mm mm > 3 < , ,15 > 6 < , ,18 > 10 < , ,22 > 18 < , ,26 > 30 < , ,32 > 50 < , ,38 > 60 < , ,60 > 80 < , ,70 PIATTI larghezza mm < 120 > 120 w / t < 10 > 120 w / t > 10 tolleranze di Rettilineità acciai deviazione massima per C% < 0,25 C% < 0,25 inox, cuscinetti, larghezza w spessore t legati bonificati utensili mm/m mm/m mm/m 1,5 1,5 1,5 w w = larghezza 1,5 2,0 2,0 t t = spessore 1,5 2,0 2,0 w 2,0 2,5 2,5 t w/t = rapporto 2,0 2,5 2,5 w 2,5 3,0 3,0 t tolleranze di Rettilineità QUADRI acciai ESAGONI C% < 0,25 C% > 0,25 inossidabili dimens. mm/m mm/m mm/m < 75 1,0 2,0 1,0 > 75 1,5 2,5 1,5 tolleranze dimensionali h11 - h12 TONDI tutte le dimensioni tolleranze di Rettilineità acciai C% < 0,25 C% > 0,25 inossidabili mm/m mm/m mm/m 1,0 1,5 1,0 tolleranze dimensionali h9 - h10 - h11 - h12 modalità di controllo delle dimensioni Barre tonde: distanza > di 150 mm dall estremità della barra Barre tonde tagliate a misura: distanza > 10 mm dall estremità della barra Barre con forma non circolare: distanza > di 25 mm dall estremità della barra 48

49 Qualità superficiale Laminati a Caldo Allo stato attuale, per la vergella laminata in rotoli, solo pochi fornitori possono fare dei controlli superficiali perchè la velocità di laminazione a caldo e le alte temperature non consentono una verifica attendibile sulle difettosità prima dell avvolgimento finale. Per le barre laminate la situazione migliora in considerazione del fatto che la profondità del difetto, proporzionalmente ai rotoli, incide meno e inoltre esistono possibilità di controllo più affidabili. Al momento dell ordinazione del grezzo si dovrà pertanto fissare una classe di accettazione e successivamente, in fase di sabbiatura prima della trafilatura, verificarne la conformità. Classi di qualità superficiali secondo EN CLASSE A Diametro nominale d N mm Profondità massima ammissibile delle discontinuità superficiali mm 5 d N < d N x d N 5 d N B 12 < d N < d N < d N x d N C Standard richiesto dal Gruppo Lucefin 5 d N < d N < d N x d N 5 d N D 12 < d N < d N x d N 60 < d N E 5 d N 60 4) Qualora i prodotti vengano ordinati per essere destinati alla trafilatura, non sono ammesse discontinuità o riparazioni locali che non sia possibile eliminare mediante la trafilatura. Esempio per la classe C Rotoli e barre Profondità max diametro nominale difetto ammissibile Ø 5 d N 12 mm 0.17 Ø 40 x mm

50 Qualità superficiale Lavorati a freddo Considerato che i difetti superficiali non possono essere eliminati senza asportazione di materiale, il prodotto tecnicamente esente da difettosità di superficie sarà soltanto il pelato rullato e/o rettificato. Nel trafilato, invece, ritroveremo tutti i difetti presenti sulla superficie decalaminata dei prodotti di partenza. Questi, saranno di forma più allungata e, a volte, leggermente ridotti in profondità, ma saranno più evidenti per il miglior aspetto superficiale del trafilato. Al committente è lasciato il compito di definire la classe desiderata e il fornitore valuterà se accettare o meno, in base ai suoi standard produttivi e alle attrezzature di controllo in suo possesso (es. esame visivo, Defectomat, Circograph, ecc.), tale richiesta. Nel caso in cui l ordine non riporti esigenze particolari, la classe di fornitura è la 1, quella meno severa. STATO Profondità del difetto Percentuale massima in massa di prodotti forniti con difetti al di sopra del livello stabilito Classi di qualità superficiale secondo EN CLASSE max 0,3 mm max 0,2 mm max 0,3 mm per d 15 mm per d 20 mm Tecnicamente per d 1) 15 mm max 0,02 x d max 0,01 x d esente da max 0,02 x d per 15 < d 75 mm per 20 < d 75 mm cricche per 15 < d 100 mm max 1,5 mm max 0,75 mm di fabbricazione per d > 75 mm per d > 75 mm 4% 1% 1% 0,2% Forma di prodotto 2) Tondi Quadri + + (per d 20 mm) - - Esagoni + + (per d 50 mm) - - Piatti + 3) ) d = Diametro nominale della barra e larghezza in chiave dei quadri e degli esagoni 2) + indica che la forma di prodotto è disponibile nelle corrispondenti classi - indica che la forma di prodotto non è disponibile nelle corrispondenti classi 3) La profondità massima dei difetti si riferisce alla rispettiva sezione (larghezza o spessore) 50

51 Tolleranze Dimensionali per Barre Finite a Freddo estratto da ASTM A TAB. A 1.1 Barre in acciaio PIATTI contenuto di carbonio max 0,28 % o minore contenuto di carbonio oltre 0,28 % fino a 0,55% incluso sezione tolleranze tolleranze pollici mm pollici mm pollici mm < 3/4 < 19,05-0,003 0,076-0,004 0,102 > 3/4 < 1-1/2 > 19,05 < 38,10-0,004 0,102-0,005 0,127 > 1-1/2 < 3 > 38,10 < 76,20-0,005 0,127-0,006 0,152 > 3 < 4 > 76,20 < 101,6-0,006 0,152-0,008 0,203 > 4 < 6 > 101,6 < 152,4-0,008 0,203-0,010 0,254 > 6 > 152,4-0,013 0,330-0,015 0,381 QUADRI pollici mm pollici mm pollici mm < 3/4 < 19,05-0,002 0,051-0,004 0,102 > 3/4 < 1-1/2 > 19,05 < 38,10-0,003 0,076-0,005 0,127 > 1-1/2 < 2-1/2 > 38,10 < 63,50-0,004 0,102-0,006 0,152 > 2-1/2 < 4 > 63,50 < 101,6-0,006 0,152-0,008 0,203 > 4 < 5 > 101,6 < 127,0-0,010 0,254 \ \ > 5 < 6 > 127,0 < 152,4-0,014 0,356 \ \ ESAGONI pollici mm pollici mm pollici mm < 3/4 < 19,05-0,002 0,051-0,003 0,076 > 3/4 < 1-1/2 > 19,05 < 38,10-0,003 0,076-0,004 0,102 > 1-1/2 < 2-1/2 > 38,10 < 63,50-0,004 0,102-0,005 0,127 > 2-1/2 < 3-1/8 > 63,50 < 79,375-0,005 0,127-0,006 0,152 > 3-1/8 < 4 > 79,37 < 101,60-0,005 0,127-0,006 0,152 TONDI pollici mm pollici mm pollici mm < 1-1/2 < 38,10-0,002 0,051-0,003 0,076 > 1-1/2 < 2-1/2 > 38,10 < 63,50-0,003 0,076-0,004 0,102 > 2-1/2 < 4 > 63,50 < 101,6-0,004 0,102-0,005 0,127 > 4 < 6 > 101,6 < 152,4-0,005 0,127-0,006 0,152 > 6 < 8 > 152,4 < 203,2-0,006 0,152-0,007 0,178 > 8 < 9 < 9 > 203,2 < 228,6-0,007 0,178-0,008 0,203 Le tolleranze sono normalmente richieste in meno, quando sono ordinate in più o meno, la somma deve essere equivalente a quanto concordato (es. +0,10 oppure + 0,05 mm). 51

52 Tolleranze di Rettilineità per Barre Finite a Freddo a) b) estratto da ASTM A Tab. A 1.4 Tolleranze di rettilineità (mm max di deviazione) in qualsiasi parte di 3048 mm della barra SEZIONE LUNGHEZZA Carbonio max 0,28% o minore Carbonio oltre 0,28% e tutti i gradi trattati termicamente MM MM TONDI QUADRI, ESAGONI TONDI QUADRI, ESAGONI inferiore a 15,88 inferiore a ,17 4,76 4,76 6,35 inferiore a 15, e oltre 3,17 7,94 7,94 9,53 15,88 e oltre inferiore a ,59 3,17 3,17 4,76 15,88 e oltre 4572 e oltre 3,17 4,76 4,76 6,35 Tutti i gradi bonificati o normalizzati e rinvenuti per HB 302 max prima della finitura a freddo e tutti i gradi distesi o ricotti dopo finitura a freddo. Le tolleranze di rettilineità non sono applicabili per le barre con durezza HB oltre 302. a) Le tolleranze si basano sul seguente metodo di misurazione della rettilineità: si dispone una barra su un piano di riscontro orizzontale oppure si impiega una riga e si misura l arco con degli spessimetri. b) è noto che la rettilineità è una qualità deteriorabile in caso di maltrattamento. Il mantenimento della rettilineità nelle barre finite a freddo richiede la massima cura nei passaggi successivi. A volte, sono richieste tolleranze specifiche per acciai al carbonio o legati; in questo caso, l acquirente informa il fornitore sulle tolleranze richieste e sul metodo di controllo da usare. Profili trafilati a disegno Costruito con tre passi di trafilatura Costruito con due passi di trafilatura Costruito con un passo di trafilatura Prodotti di alto livello tecnologico fabbricati con cura artigianale su solida cultura industriale 52

53 Trafilati per chiavette - Tolleranze DIN 6880 Quadri DIMENSIONE mm B R b x b h9 min max 4 x 4 0, x 5 6 x 6 7 x 7 8 x 8 10 x x x x x x x x x x a richiesta 50 x 50 Piatti DIMENSIONE mm B H R b x h h9 h9 h11 min max 8 x x 6 10 x 8 12 x x 6 14 x 9 16 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x 50 53

54 Agosto 2011 Lucefin S.p.A. I Esine (Brescia) Italy Progetto grafico: parlatotriplo - Gianico (BS) Stampa: la Cittadina - Gianico (BS)

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56 Lucefin S.p.A. I Esine (Brescia) Italy

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