MATERIALI. Introduzione

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1 MATERIALI 398 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 Appunti di Disegno Tecnico Industriale 399 1

2 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/mm 2 ), il carico unitario di rottura (in N/mm 2 ) o la durezza. - Eventuale ulteriore simbolo Esempi: S 275 acciaio per impieghi strutturali con di snervamento minimo garantito di 275 N/mm 2 ; Y 360 acciaio per rotaie con carico di rottura minimo garantito di 360 N/mm 2 ; Appunti di Disegno Tecnico Industriale 400 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/mm 2, è preceduto dal simbolo E quando trattasi di carico di snervamento. Esempio: Fe410 acciaio con carico di rottura a trazione minimo garantito di 410 N/mm 2 ; FeE355 acciaio con carico di snervamento a trazione minimo garantito di 355 N/mm 2 ; 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). Appunti di Disegno Tecnico Industriale 401 2

3 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. Appunti di Disegno Tecnico Industriale 402 Prova di trazione (2/2) Si evidenziano i seguenti valori critici della forza applicata: F s : carico di snervamento; F m : carico di rottura; F p0.2 : carico in corrispondenza del quale si manifesta una deformazione residua pari allo 0.2% della lunghezza iniziale del provino. Detta S 0 l'area della sezione iniziale del provino (prima dell'applicazione del carico); si definiscono le seguenti grandezze: ; Carico unitario di rottura: s m = F m / S 0 (N/mm 2 ); Carico unitario di snervamento: s S = F s / S 0 (N/mm 2 ); Appunti di Disegno Tecnico Industriale 403 3

4 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%; Appunti di Disegno Tecnico Industriale 404 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; Appunti di Disegno Tecnico Industriale 405 4

5 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 SiCrNi5; 18 NiCr16 Appunti di Disegno Tecnico Industriale 406 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 CrNiMo17 12; X 200 Cr13 Appunti di Disegno Tecnico Industriale 407 5

6 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 ( 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 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. Appunti di Disegno Tecnico Industriale 408 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. Appunti di Disegno Tecnico Industriale 409 6

7 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. Appunti di Disegno Tecnico Industriale 410 7