Classi seconde - ENGIM Veneto Patronato Leone XIII Andrein Alessio
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- Flaviano Floriano Baldini
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1 Classi seconde - ENGIM Veneto Patronato Leone XIII Andrein Alessio
2 Indice Introduzione La Ghisa L Acciaio Le Leghe
3 INTRODUZIONE I materiali a disposizione per la realizzazione di prodotti finiti sono numerosi e diversi: metalli, legno, plastica, carta, tessuti,marmo, ecc La tecnologia meccanica si occupa essenzialmente dei materiali metallici, della loro applicazione e della loro lavorazione. Dal punto di vista chimico i materiali che interessano l industria meccanica si dividono in: metalli non metalli leghe metalliche
4 METALLI I metalli a temperatura ambiente si trovano allo stato solido (eccetto il mercurio). Sono, in genere, buoni conduttori di calore e di elettricità. Sono classificati come metalli: il Ferro, l Argento, l Oro, lo Zinco, il Cromo, ecc.. NON METALLI Gli elementi cattivi conduttori del calore e dell elettricità sono definiti non metalli. Sono non metalli: lo Zolfo, l Ossigeno, il Carbonio, il Silicio, l Azoto, ecc LEGHE METALLICHE Una lega metallica è costituita da due o più elementi, uno dei quali almeno, è un metallo. Un esempio di lega composta da metallo e non metallo è l Acciaio (Fe + C), un esempio di lega composta da due metalli è l Ottone (Cu + Zn)
5 PROPRIETA DEI MATERIALI METALLICI Tutti i materiali metallici hanno caratteristiche o proprietà specifiche. La conoscenza di queste proprietà permette di usare in ogni lavorazione il materiale più idoneo, mediante procedimenti di lavoro atti ad ottenere i migliori risultati. Le proprietà dei metalli si dividono in:
6 Riguardano la composizione chimica dei metalli e la loro struttura interna, i fenomeni e le reazioni che si producono tra il materiale e l ambiente esterno (ossidazione, corrosione, ecc ) TABELLA DEGLI ELEMENTI Alluminio Al Calcio Ca Cromo Cr Ferro Fe Mercurio Hg Carbonio C Molibdeno Mo Piombo Pb Rame Cu Stagno Sn Tungsteno W Zinco Zn Ossigeno O Idrogeno H Legenda Solidi Liquidi Gas Artificiali Metalli Alcalini Metalli alcalino terrosi Metalli di Transizione Terre Rare Altri metalli Gas nobili Alogeni Non metalli
7 Le principali sono: Dilatazione termica Tutti i corpi quando vengono riscaldati subiscono una dilatazione. Conducibilità elettrica È la capacità dei materiali di condurre corrente elettrica. Sono buoni conduttori di elettricità il rame, l argento, l alluminio e, in genere,i metalli. Sono cattivi conduttori il carbone, la porcellana, il legno e, in genere, i non metalli Conducibilità termica Peso specifico È il rapporto tra la massa di un corpo e il suo volume Peso specifico = Massa / Volume (Kg/dm3) È la capacità dei materiali di condurre calore. Sono buoni conduttori di calore il rame, l argento, l alluminio, l oro e, in genere, i metalli. Temperatura di fusione La temperatura di fusione, o punto di fusione, è la temperatura alla quale una materiale comincia a passare dallo stato solido allo stato liquido. Nella tabella sono riportati i punti di fusione di alcuni metalli puri: Metallo MAGNESIO ALLUMINIO FERRO RAME PIOMBO MERCURIO ORO TUNGSTENO Metallo TUNGSTENO ACCIAIO RAME ORO ARGENTO ALLUMINIO PIOMBO STAGNO Peso specifico T in C 1,75 2,7 7,86 8,96 11,4 13,59 19,3 19,
8 Riguardano la capacità dei materiali a resistere alle sollecitazioni dovute all azione di forze applicate all esterno che tendono a modificarne la forma e le dimensioni. Queste sollecitazioni possono essere di tipo: STATICO: le forze sono applicate con gradualità e continuità nel tempo. Le principali sono: trazione,compressione, flessione, torsione, taglio. La capacità dei materiali di resistere a quelle sollecitazioni è detta resistenza meccanica DINAMICO: le forze sono applicate in tempi brevi ad esempio sotto forma di urto. La resistenza alle forze dinamiche è detta resilienza PERIODICO: le forze si ripetono in modo ripetitivo nel tempo. La resistenza alle forze di questo tipo è detta resistenza a fatica CONCENTRATO: le forze si concentrano in un punto o una zona ristretta. La resistenza alle forze di questo tipo si dice durezza ATTRITO: è una forza che si oppone allo strisciamento o al rotolamento di un corpo su un altro. La resistenza a tali forze si dice resistenza a usura
9 Malleabilità: è l attitudine di un materiale ad essere trasformato in lamine, a caldo o a freddo, senza rompersi o screpolarsi, mediante l azione di presse o laminatori. Con l aumento della temperatura aumenta la malleabilità. Duttilità: è l attitudine di un materiale ad essere trasformato in fili, senza rompersi o screpolarsi, quando sono tirati e costretti a passare attraverso un foro di forma e dimensioni adeguate. Sono duttili: gli acciai dolci, l oro, l argento, il rame, l alluminio. La ghisa non è duttile. Imbuttibilità: è l attitudine che hanno le lamiere, ad essere trasformate in corpi cavi, lavorandole a freddo, senza che queste si screpolino o si rompano. Sono imbuttibili gli acciai dolcissimi, il rame, l ottone, l alluminio. Piegabilità: è l attitudine di un materiale a subire piegature, senza rompersi o screpolarsi. Questi materiali devono essere malleabili, avere una buona resilienza, un buon allungamento ed un grado di purezza.
10 Estrudibilità : è l attitudine di un materiale ad assumere una determinata forma quando viene spinto attraverso un foro sagomato. Le leghe leggere e gli acciai dolci sono ben estrudibili. Fusibilità : è l attitudine di un materiale ad essere trasformato in getto, o prodotto finito, mediante fusione. Colabilità : è l attitudine dei materiali liquidi di riempire completamente una forma. Sono colabili e fusibili le ghise, i bronzi, gli ottoni e le leghe leggere. Non sono colabili gli acciai. Saldabilità : è l attitudine di un pezzo di materiale ad unirsi ad un altro dello stesso, o di altro, materiale, mediante fusione Trucciolabilità : è l attitudine di un materiale a subire lavorazioni con asporto di trucciolo Temprabilità : è l attitudine delle leghe metalliche a subire trasformazioni a seguito di riscaldamenti e raffreddamenti a temperature definite.
11 CLASSIFICAZIONE, DENOMINAZIONE E DESIGNAZIONE DI MATERIALI METALLICI I vari tipi di metalli e leghe metalliche in commercio vengono classificati e assumono denominazioni diverse a seconda delle diverse proprietà chimiche, meccaniche e tecnologiche che li caratterizzano. Particolarmente importante è la classificazione e la designazione delle ghise e, soprattutto, degli acciai, di cui esistono migliaia di tipi diversi che si differenziano per la composizione, per i trattamenti termici subiti, per l impiego a cui sono destinati, ecc La classificazione e la designazione dei metalli in Italia è regolata dalle norme UNI, ma spesso sono usate anche altre norme internazionali. Le ditte produttrici utilizzano, inoltre, sigle e codici particolari, diversi da ditta a ditta.
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13 La ghisa è una lega ferro e carbonio, nella quale il tenore di carbonio è compreso tra 2,08 % ed il massimo teorico 6,67 %. Le ghise più comuni sono quelle contenenti carbonio in percentuali oscillanti tra il 3-4 % Sono molto fragili e non sono lavorabili per deformazione plastica né a caldo né a freddo. Hanno una lavorabilità alle macchine utensili superiore a quella dell acciaio di uguale durezza, perché la presenza della graffite agisce da lubrificante durante il taglio. Il carbonio è contenuto nella ghisa in due forme: combinato chimicamente con il ferro, dà origine alla cementite (Fe 3 C) che è durissima e chiara. allo stato libero, dà origine alla grafite, in forma di lamelle o noduli, tenera e nera A seconda della prevalenza della cementite o della grafite si ha: GHISA BIANCA prevalenza cementite GHISA GRIGIA prevalenza grafite
14 Classificazione e designazione delle ghise Le ghise si possono classificare in base all aspetto (ghise grigie e ghise bianche), oppure in base al processo di fabbricazione: ghise di 1 fusione colate nelle forme direttamente dall altoforno, e ghise di 2 fusione, ottenute dalla rifusione della ghisa grigia con l aggiunta di rottami di ghisa od acciaio; infine secondo le caratteristiche meccaniche, che sono influenzate dai processi di produzione. Partendo dalle ghise grigie o da quelle bianche si ottengono vari tipi di ghise speciali con caratteristiche superiori a quelle di origine. Ad esempio: ghisa ad alta resistenza meccanica, ghise resistenti agli acidi, ghise sferoidali, ghise malleabili, ecc I quattro tipi di ghisa di cui parleremo di seguito sono: GHISA GRIGIA PER GETTI (ordinari) GHISA GRIGIA A GRAFITE SFEROIDALE GHISA GRIGIA PER GETTI COLATI IN SABBIA (uso automobilistico) GHISA MALLEABILE IN GETTI
15 Ricottura Cementite GHISA Fe+ C 2-4% Grafite GHISA BIANCA GHISA GRIGIA USO AUTOMOBILISTICO GHISA GRIGIA GHISA MALLEABILE A CUORE NERO B Gh GHISA GRIGIA LAMELLARE GHISA GRIGIA SFEROIDALE GHISA MALLEABILE A CUORE BIANCO W G Gs GHISA MALLEABILE PERLITICA P
16 Classificazione e designazione delle ghise Ghisa grigia per getti ordinari È la più usata per costruire le più svariate parti meccaniche: basamenti, incastellature, carrelli e organi meccanici vari, mediamente sollecitati. Presenta un ottima lavorabilità. DESIGNAZIONE G + valore resistenza a trazione (N/mm 2 ) Es: G 100 ghisa grigia con carico di rottura a trazione di 100 N/mm 2 TABELLA
17 Classificazione e designazione delle ghise Ghisa grigia a grafite sferoidale Si ottiene aggiungendo Nickel-Magnesio e Ferro-Silicio. È usata per la costruzione di parti meccaniche alle quali occorra la massima tenacità e resistenza all usura. Allo stato ricotto sono facilmente lavorabili alle macchine utensili. DESIGNAZIONE GS + valore resistenza a trazione + Valore Allung. % Es: GS ghisa sferoidale con carico di rottura a trazione di 400 N/mm 2 e allungamento del 12 % TABELLA
18 Classificazione e designazione delle ghise Ghisa grigia non legata per getti colati in sabbia per uso automobilistico È impiegata per costruire parti meccaniche soggette a calore, usura, corrosione come i cilindri per motori o compressori, comunque soggetti a importanti sbalzi termici. DESIGNAZIONE Gh + valore durezza Brinell (HB) Es: Gh 130 ghisa grigia per uso automobilistico con durezza Brinell 130 HB TABELLA
19 Classificazione e designazione delle ghise Ghisa malleabile in getti.. a cuore bianco W a cuore nero B perlitica P Si ottiene dalla ghisa bianca mediante ricottura a 900 C, oppure mettendo accanto ai getti dell ossido di ferro che si combina con il C eliminandone una parte. Hanno comportamento simile all acciaio. DESIGNAZIONE W + valore della resistenza a trazione /10 + allungamento % B + valore della resistenza a trazione /10 + allungamento % P + valore della resistenza a trazione /10 + allungamento % Es: W ghisa malleabile a cuore bianco con carico di rottura a trazione 560 N/mm 2 e allungamento del 10 % B ghisa malleabile a cuore nero con carico di rottura a trazione 400 N/mm 2 e allungamento del 3 % P ghisa malleabile perlitica con carico di rottura a trazione 660 N/mm 2 e allungamento del 12 %
20 Altoforno Impianto per la produzione della ghisa mediante riduzione dei minerali di ferro. Il primo prodotto che si ottiene nella trasformazione dei minerali di ferro è la ghisa che viene poi utilizzata per produrre le leghe siderurgiche. La trasformazione dei minerali in ghisa avviene nell'alto FORNO. Esso è così chiamato perché le sue dimensioni possono raggiungere un altezza di 80 m ed un diametro superiore a 8 m. Esso si divide in cinque zone: 1. Nella prima parte superiore c'è la bocca di carica con apparecchi di chiusura e carico. 2. Il Tino a forma di tronco di cono. 3. Ventre che ha la funzione di raccordo tra il Tino e la Sacca. 4. La Sacca ha la forma tronco conica basata verso l alto e termina nel Graciolo. 5. Graciolo dove si raccoglie la Ghisa fusa. Le materie prime per la produzione di ghisa d'altoforno sono i minerali di ferro, il coke metallurgico e il calcare. Il coke, oltre a fornire il calore necessario al processo di fusione, durante la combustione libera monossido di carbonio che, combinandosi con gli ossidi di ferro che costituiscono il minerale, li riduce a ferro metallico. L'equazione che descrive questa reazione chimica è Fe2O3 + 3CO = 3CO2 + 2Fe. Il calcare viene usato come fonte addizionale di monossido di carbonio e come fondente, poiché si combina con la silice, materiale di difficile fusione contenuto nella ganga, formando silicato di calcio fusibile. In assenza di calcare si formerebbe silicato di ferro, con conseguente perdita di ferro metallico. Il silicato di calcio e le altre impurità formano una scoria galleggiante sul metallo fuso. Un tipico altoforno è costituito da una torre d'acciaio alta circa 27 m, rivestita internamente di mattoni refrattari, formata di due parti a profilo troncoconico unite per il diametro minore, situato a circa un quarto di distanza dalla cima. La parte inferiore del forno, detta sacca, è munita lateralmente di un gran numero di aperture tubolari, dette ugelli, attraverso le quali viene insufflata aria calda in pressione, per mantenere attiva la reazione di combustione. In prossimità dell'estremità inferiore della sacca è situato il foro di colata da cui fluisce la ghisa fusa e sopra di esso, ma al di sotto degli ugelli, si trova un altro foro per lo spurgo delle scorie. Alla sommità del forno sono situate le tramogge, attraverso le quali viene introdotta la carica, ovvero la miscela di materie prime, e le ventole che prelevano i gas caldi di combustione; il calore dei gas viene ceduto ai forni di preriscaldamento dell'aria che, a temperature oscillanti fra 540 C e 870 C, alimenta l'altoforno. Gli altiforni operano a ciclo continuo, per un periodo di tempo che va da un minimo di tre anni a un massimo di sette-otto: se la combustione si arrestasse, la massa parzialmente fusa si solidificherebbe e il forno dovrebbe essere demolito anzitempo. Le materie prime sono frazionate in piccole cariche introdotte a intervalli di minuti. Le scorie vengono estratte ogni due ore circa, mentre la ghisa viene colata cinque volte al giorno. Il prelievo della ghisa si effettua rimuovendo il tappo di argilla che chiude il foro di colata e consentendo al metallo di defluire attraverso un canale di colata, rivestito di argilla, dentro un ampio contenitore di acciaio, ricoperto completamente al suo interno con materiali refrattari; il contenitore può essere una siviera o un vagoncino, in grado di contenere oltre 100 t di metallo. Eventuali scorie rimaste in superficie vengono eliminate prima di depositarsi nel contenitore, che trasporterà la ghisa liquida alla sua destinazione finale.
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22 Gli Acciai sono leghe Fe + C nelle quali la percentuale di Carbonio C è compresa tra lo 0,008 % e il 2,08 % (nell uso comune non si supera l 1%) e si ottengono di solito dalla sottrazione di carbonio dalla ghisa o dalla fusione di rottame d acciaio. Il Carbonio è contenuto nell Acciaio come carburo di ferro Fe 3 C (cementite) A seconda della percentuale di Carbonio contenuto nella lega, si può fare una prima classificazione dell Acciaio come da tabella: CLASSIFICAZIONE Acciai dolcissimi Acciai dolci Acciai semiduri Acciai duri Acciai durissimi PERCENTUALE C
23 Da dove arriva l Acciaio? Gli Acciai vengono ricavati dalla Ghisa madre, mediante una azione detta di affinazione, che consiste nel diminuire il tenore di Carbonio nella ghisa fusa ed eliminare gli elementi dannosi, come Zolfo e Fosforo. Di seguito indicheremo alcuni metodi per la fabbricazione dell Acciaio: Metodo al crogiolo Metodo al convertitore Metodo Martin Siemens Metodo al forno elettrico ad arco
24 Metodo al crogiolo Il crogiolo è un recipiente in materiale refrattario composto di un impasto di grafite e di argilla cotti a circa 900 C. Il crogiolo viene caricato con Ghisa e Ferro in forma di minerale o rottami nelle percentuali stabilite e immerso in un forno a vento pieno di coke. Il Carbonio contenuto nella Ghisa si combina con il ferro riducendosi e facendo così aumentare la percentuale del Ferro all interno della lega. Metodo con rendimento scarso e costi molto elevati, ma ha un processo molto controllabile e quindi è adatto alla produzione di acciai di elevata qualità.
25 Metodo al convertitore Il convertitore è costituito da un recipiente di Acciaio a forma di pera rivestito internamente di materiali refrattari e girevole attorno ad un perno centrale. Il convertitore viene spostato in posizione orizzontale e caricato con Ghisa fusa alla temperatura di circa 1400 C; viene poi raddrizzato verticalmente. Durante questa operazione, dal fondo viene immessa aria ad alta pressione attraverso una serie di fori; l ossigeno contenuto nell aria brucia il Carbonio della Ghisa che si trasforma gradatamente in acciaio. Gli Acciai prodotti al convertitore, a causa della velocità del processo, sono di qualità corrente; per avere Acciai con qualità più elevata, bisogna affinare la lega al forno Martin Siemens,al forno elettrico o al crogiolo.
26 Metodo Martin Siemens Col procedimento Martin il forno viene caricato prevalentemente con rottami di Acciaio e Ghisa di 1^ fusione, riscaldando l aria di combustione con gas o nafta. La Ghisa si decarbura per la presenza del ferro. Il procedimento Martin è un processo molto lento (circa 8 ore) e quindi controllabile in ogni sua fase. Ecco perché è un metodo che si usa per produrre Acciai di alta qualità.
27 Metodo al forno elettrico ad arco L impiego dei forni elettrici si va sempre più estendendo, specialmente nei paesi ricchi di energia elettrica come ad esempio l Italia. Il forno elettrico ha il vantaggio di consentire un riscaldamento rapidissimo e di raggiungere temperature molto elevate e facilmente regolabili a seconda delle necessità. Si tratta di un forno alimentato a corrente monofase e provvisto di due elettrodi di grafite; si producono due archi: uno scocca tra il primo elettrodo e il bagno metallico, l altro tra il bagno metallico e il secondo elettrodo. Gli elettrodi sono sostenuti da un incastellatura e sono regolabili; il diametro varia da 40 a 60 cm e la corrente adoperata è elevatissima variando da a Ampere. Potendo controllare in ogni momento la potenza dell arco, è un metodo valido per la produzione di acciai ad alta qualità.
28 Durante tutti i processi di produzione dell Acciaio, è possibile inserire all interno della lega Fe C anche altri elementi che ne aumentino le proprietà; in particolare: Carbonio (C) Cromo (Cr) aumentando la % di Carbonio aumenta la durezza, la resistenza all usura, ma diminuisce la lavorabilità Aumenta la durezza e lo rende accompagnato dal Nickel (Ni), inossidabile Silicio (Si) Aumenta il limite di elasticità, si usa nelle molle Tungsteno (W) Cobalto (Co) Usati negli Acciai per utensili aumentano la durezza ad alte temperature Piombo (Pb) Zolfo (S) Aumentano la trucciolabilità dell Acciaio
29 Classificazione e designazione degli Acciai Per la designazione degli Acciai si fa riferimento alla normativa UNI EN 10027; il criterio fondamentale è di dividere gli Acciai in due grandi gruppi: Acciai non trattabili termicamente A questo gruppo appartengono gli Acciai comuni e la designazione è fatta in base all impiego. Sono Acciai impiegati generalmente allo stato grezzo di laminazione sottoforma di lamiere e profilati; sono usati in carpenteria in quanto saldabili con qualsiasi sistema Acciai trattabili termicamente Al secondo gruppo appartengono gli Acciai cosiddetti speciali; le case produttrici forniscono per ciascun Acciaio le temperature di esecuzione dei vari trattamenti termici e garantiscono valori minimi delle proprietà meccaniche, di resistenza alla trazione, di durezza, resilienza, allungamento. Gli Acciai appartenenti a questo gruppo si dividono in Acciai non legati, debolmente legati, legati.
30 1 GRUPPO Acciai non trattabili termicamente Designazione in base all impiego Acciai Acciai NON legati 2 GRUPPO Acciai trattabili termicamente Designazione in base a caratteristiche chimiche Acciai DEBOLMENTE legati Acciai LEGATI
31 Acciai del 1 gruppo - UNI EN Questi Acciai sono laminati a caldo in forma di lamiere e profilati; sono generalmente impiegati allo stato grezzo di laminazione in carpenteria data la buona saldabilità. Si dividono in S = impieghi strutturali P = impieghi sotto pressione L = impieghi per tubi di condutture E = impieghi per costruzioni meccaniche CARICO DI SNERVAMENTO N/mm 2 B = impieghi per cemento armato H = impieghi per imbuttitura a freddo Es: E 180 = acciaio del 1 gruppo per costruzioni meccaniche con carico di snervamento di 180 N/mm 2
32 Acciai del 1 gruppo - UNI EN Y = impieghi cemento armato precompresso R= impieghi per rotaie CARICO DI ROTTURA A TRAZIONE N/mm 2 D = impieghi per prodotti piani per la formatura a freddo DC per laminati a freddo ; DD per laminati a caldo; DX per non specificati T = impieghi per imballaggi VALORE DUREZZA ROCKWELL HR M = impieghi per acciai magnetici HS = acciai rapidi
33 Acciai del 1 gruppo - UNI EN CARATTERISTICHE FISICHE M Laminazione termomeccanica C Formatura a freddo N Laminazione normalizzata D Zincatura G1 Effervescente E Maltatura G2 Calmato H Profilo cavo G3 Stato opzionale L Bassa temperatura G4 A discrezione del produttore O Offshore S Costruzione manuale T Tubi W Resistenza corrosione atmosferica Es: R 250 M = ACCIAIO DEL 1 GRUPPO PER ROTAIE CON CARICO DI ROTTURA 250 N/mm 2 LAMINAZIONE TERMOMECCANICA
34 Acciai del 1 gruppo - UNI EN RESILIENZA min 27 J min 40 J Temp. C JR KR 20 J0 K0 0 J2 K2-20 J3 K3-30 J4 K4-40 Es: S 210 D J2 = acciaio del 1 gruppo per costruzioni impieghi strutturali con carico di snervamento di 210 N/mm 2, zincato, resilienza minima di 27 joule a -20 C
35 Acciai del 2 gruppo - trattabili termicamente UNI EN Sono gli Acciai designati in base alle caratteristiche chimiche. Di questi Acciai le case produttrici garantiscono valori minimi delle proprietà meccaniche di resistenza alla trazione, di durezza, resilienza e allungamento. Anche il tenore degli elementi in lega viene garantito entro campi di variazione prefissati. Si dividono in tre categorie: Acciai NON LEGATI non hanno altri elementi significativi altre al Ferro e Carbonio Acciai DEBOLMENTE LEGATI Hanno gli elementi in lega con tenori inferiori al 5% Acciai LEGATI Hanno almeno un elemento in lega con tenore superiore al 5%
36 Acciai del 2 gruppo - Acciai NON LEGATI UNI EN Sono acciai con tenori molto bassi di Zolfo (S) e Fosforo (P) e tenori controllati di altri elementi. Vengono usati per costruire pezzi di piccolo spessore ( fino a 30 mm) DESIGNAZIONE C + numero da dividere per 100 indicante la percentuale di Carbonio Es: C 40 Acciaio del 2 gruppo non legato con 0,40 % di Carbonio
37 Acciai del 2 gruppo - Acciai DEBOLMENTE LEGATI UNI EN Gli elementi aggiunti al Ferro e Carbonio sono presenti in queste leghe con delle percentuali inferiori al 5% ciascuno. DESIGNAZIONE numero da dividere per 100 indicante la percentuale di carbonio Simboli chimici degli elementi in lega + + Uno o più numeri successivi, da dividere per un fattore di conversione, indicanti le percentuali Es: 30 Cr Al Mo 5 10 Acciaio del 2 gruppo debolmente legato con 0,30% di Carbonio, 5/4=1,25% di cromo, 10/10=1% di alluminio e molibdeno non indicato TABELLA
38 Acciai del 2 gruppo - Acciai LEGATI UNI EN Almeno uno degli elementi aggiunti al ferro e carbonio è presente con una percentuale superiore al 5%. In generale gli elevati tenori in lega di Cromo, Nickel e molibdeno servono ad aumentare la resistenza alla corrosione od alle alte temperature. Ottimi per la costruzione di utensili da taglio. DESIGNAZIONE x numero da dividere per 100 indicante la percentuale di carbonio Simboli chimici degli elementi in lega + + Uno o più numeri successivi, indicanti le percentuali degli elementi in lega Es: X 10 Cr Ni Acciaio del 2 gruppo legato con 0,10 % di Carbonio, 18 % di Cromo, 8 % di Nichel. E un Acciaio Inox.
39 Tabella dei requisiti particolari Poste alla fine delle classificazioni di tutti i tipi di Acciai si possono trovare delle lettere(facoltative) che indicano dei requisiti particolari del materiale secondo la tabella UNI EURONORM a fianco. Es: Fe 365 KW Acciaio comune con carico unitario di rottura di 365 N/mm 2 adatto all impiego alle alte temperature (KW) X 80 W Co KU Acciaio legato con 0.8% di Carbonio, 18% di Tungsteno, 10% di Cobalto, adatto alla costruzione di utensili (KU)
40 Classificazione degli acciai secondo UNI EN Designazione numerica degli acciai Formulazione delle designazioni numeriche 1. XX XX (XX) Estensioni future Numero sequenziale Numero di gruppo dell acciaio Numero di gruppo del materiale: 1 = acciaio Esempi di designazione Alfanumerica Numerica S S235JR E C35E CrMo X5CrNi
41 CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI a seconda dell impiego Esiste una classificazione più immediata degli Acciai, che le case costruttrici adottano per praticità, a seconda dell impiego per il quale il materiale deve essere impiegato e vengono suddivisi in tre gruppi. Acciai per usi generali Sono acciai che non contengono altri metalli leganti. Vengono usati in carpenteria per la buona saldabilità allo stato grezzo di laminazione. Fe Fe 410 Acciai speciali per utensili Acciai per utensili al carbonio Acciai speciali per utensili Acciai rapidi e superrapidi Acciai per lavorazioni a freddo Acciai per lavorazioni a caldo Acciai speciali da costruzione Acciai da bonifica Acciai da cementazione Acciai automatici al Pb e allo S Acciai da nitrurazione Acciai speciali da costruzione Acciai per tempra superficiale Acciai per molle Acciai per bulloneria Acciai per cuscinetti Acciai per valvole Acciai resistenti allo scorrimento a caldo Acciai inossidabili
42 CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI a seconda dell impiego Acciai speciali da costruzione Acciai da cementazione In generale, gli Acciai da cementazione, servono per la costruzione di organi meccanici per cui è richiesta elevata durezza superficiale e buona tenacità nel nucleo come rulli, spinotti, alberi di trasmissione. Negli acciai al Carbonio il tenore di C deve essere inferiore allo 0.2% perché si possa verificare il trattamento di cementazione con una tempra superficiale. C10 - C16-12 Ni 3-16 Ni Cr Mo 12 Acciai da bonifica Le caratteristiche degli Acciai da bonifica sono: elevata attitudine alla tempra, elevata tenacità, resistenza alla fatica. Negli acciai al Carbonio il tenore di C deve essere superiore allo 0.2% perché possano essere temprabili C20 - C40 Per spessori fino a mm 40 Cr4-35 Cr Mo4 Per spessori fino a 60 mm 40 N Cr Mo 7 35 Ni Cr Mo 15 fino a 200 mm Acciai automatici al Piombo e allo Zolfo Sono gli stessi Acciai da bonifica e da cementazione con aggiunta, in lega di Piombo e Zolfo Il Piombo aumenta la truciolabilità, lo Zolfo spezza il truciolo quindi si può aumentare del 50% la velocità di taglio 9 S Mn S Mn S Mn Pb 10
43 CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI a seconda dell impiego Acciai rapidi Acciai speciali per utensili Sono caratterizzati da elevata durezza e resistenza all abrasione ottenute con un elevata percentuale di Carbonio e l aggiunta di Cromo, Tungsteno, Molibdeno e Vanadio. X 82 W V 08 KU X 75 W 18 KU Acciai superrapidi Hanno caratteristiche simili agli Acciai rapidi, ma l aggiunta di Cobalto aumenta la durezza a caldo, per cui si può aumentare la velocità di taglio e quindi la produzione. X 35 Cr Mo 05 KU 52 Ni Cr Mo 6 KU
44 CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI Resistenza meccanica La resistenza meccanica è la capacità dei materiali di resistere a forze statiche esterne, tendenti a modificarne la forma e le dimensioni. La prova più importante, per misurare la resistenza a trazione dei vari materiali, è quella di trazione statica. Infatti la conoscenza della resistenza a trazione di un materiale permette di stabilire, attraverso vari calcoli, anche i valori relativi alla resistenza, a compressione, torsione, flessione e taglio. Prova di trazione statica La prova consiste nel sottoporre una provetta del materiale ad un carico di trazione applicato gradatamente e con continuità fino alla rottura. Generalmente il materiale sottoposto a trazione manifesta quattro fasi di allungamento: Elasticità Elasticità e plasticità Snervamento Rottura
45 CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI Resistenza meccanica Fase di elasticità In una prima fase l allungamento cresce proporzionalmente al carico impresso. Al cessare del carico la provetta riacquista le sue dimensioni, o subisce delle deformazioni permanenti trascurabili. Fase di elasticità e plasticità Oltre questo carico la provetta comincia a subire delle deformazioni che permangono, in parte, anche dopo aver eliminato il carico Fase di snervamento Si ha lo snervamento quando la deformazione della provetta aumenta per la prima volta senza che il carico aumenti, oppure quando diminuisce. Il carico che provoca questo cedimento si chiama carico di snervamento. Questa fase non compare nei materiali fragili come ghise o gli acciai duri quali arrivano direttamente alla rottura. Fase di rottura Dopo lo snervamento, se aumentiamo ancora il carico, la provetta continua a deformarsi plasticamente fino all improvvisa rottura ad una forza detta carico di rottura. In generale la rottura non coincide con il carico massimo.
46 La durezza viene misurata comprimendo con un PENETRATORE la superficie del materiale. La durezza è la capacità di un materiale a resistere alla penetrazione La forma del penetratore è SFERICA,PIRAMIDALE O CONICA Impronta del penetratore
47 Durezza Brinell (HB) 29400N La durezza Brinell viene impiegata per materiali teneri Il penetratore è a forma di sfera di acciaio duro di Ø 10 mm Il Carico applicato è di 29400N per sec.
48 Penetratore
49 Durezza Vickers Metodo simile a quello Brinell Si effettua su materiali duri Penetratore a forma di punta di diamante
50 Impronta di prova Vickers
51 Durezza Rockwell Metodo molto veloce Il penetratore è a forma di sfera di acciaio duro o cono di diamente
52 La prova consiste nel far penetrare sulla superficie del materiale da esaminare la sfera o il cono in due tempi con carichi distinti: PRECARICO e CARICO Precarico Precarico+ Carico Precarico Il rilevamento della durezza è in funzione della differenza di profondità delle impronte dopo che è stato tolto il carico, mantenendo il precarico RESILIENZA
53 La tenacità, è l attitudine di un materiale a resistere a sollecitazioni dinamiche che posso essere gli urti. Il metodo più semplice per misurare tale proprietà meccanica è la prova di Resilienza L urto tra due autovettura, prova la resilienza dei materiali di cui sono composte le vetture.
54 Se l urto viene assorbito dalla deformazione del corpo, si dice che il materiale presenta un altro grado di resilienza Se l urto non viene assorbito dalla deformazione del corpo e manifesta una certa fragilità, si dice che il materiale presenta un basso grado di resilienza.
55 Il grado di resilienza si ottiene posizionando un provino intagliato a V o a U, onde per facilitare la rottura, tra gli appoggi paralleli di una macchina chiamata PENDOLO di CHARPY
56 Conoscendo la massa del pendolo e la differenza tra l altezza iniziale (H) e quella finale (h), si calcola l energia assorbita dal provino per spezzarsi, essa può essere letta nel quadrante della macchina. L indice di resilienza si specifica con la lettera K.
57
58 I materiali metallici non ferrosi sono impiegati nelle costruzioni per alcune loro caratteristiche che li rendono insostituibili in determinate applicazioni. La gamma di questi materiali e delle loro leghe è molto ampia, riteniamo utile esaminare quelli più diffusamente utilizzati Leghe del Rame Ottone, Bronzo, Cuproleghe Leghe dell Alluminio Leghe Leggere Leghe del Magnesio Leghe Ultraleggere
59 Leghe del Rame Il Rame (Cu), allo stato puro o in lega con altri metalli, è certamente il materiale metallico non ferroso più impiegato nelle applicazioni industriali, soprattutto nei settori dell elettromeccanica, della chimica e della meccanica. È un materiale malleabile e molto duttile tanto che può essere trafilato a freddo per produrre fili anche di diametro capillare. Ha un ottima conducibilità termica ed elettrica. Le due principali leghe del rame sono: Ottone Bronzo
60 Leghe del Rame Ottone Sono leghe metalliche costituite da Rame (Cu) e Zinco (Zn) fino al 45%. Eventualmente possono essere aggiunti altri metalli quali Pb, Fe, Al, Mn o Ni. Viene utilizzato per bossoli d artiglieria, per tubi, per imbutiture, per condensatori navali, ecc.. Designazione: G Cu Zn 36 (UNI 5039) Ottone per getti con 36% di zinco P Cu Zn 21 Al 2 (UNI 6401) Ottone per lavorazioni plastiche con 21% di Zinco e 2% di Alluminio Bronzo Sono leghe metalliche costituite da Rame (Cu) e Stagno (Sn) fino al 25%. Eventualmente possono essere aggiunti altri metalli quali Pb, Zn, Ni, Fe, Al. Viene utilizzato per rubinetterie, ingranaggi, bronzine, cuscinetti, conduttori elettrici, sedi di valvole, ecc.. Designazione: P Cu Sn 8 (UNI 2527) Bronzo per lavorazioni plastiche con 8% di Stagno G Cu Sn 8 Pb 15 (UNI7013) Bronzo per getti con 8% di Stagno e 15% di Piombo
61 Leghe Leggere di Alluminio Sono leghe metalliche costituite da Alluminio (Al) con l aggiunta di diverse percentuali di elementi quali Magnesio, Silicio, Rame, ecc L aggiunta di questi elementi permette di ottenere caratteristiche superiori a quelle dell elemento base, in particolare durezze, colabilità, resistenza alla corrosione, ecc Le leghe leggere si dividono in: Leghe da fonderia (per getti) G Al Cu 10 Ni Si (UNI 3042) Lega leggera per getti con 10% di Rame, Nickel e Silicio non precisati Leghe da lavorazioni plastiche P Al Si 12 Mg (UNI 3572) Lega leggera per lavorazioni plastiche con 12% di Silicio e Magnesio non precisato
62 Leghe Ultraleggere di Magnesio Sono leghe metalliche costituite da Magnesio (Mg) con l aggiunta di diverse percentuali di elementi quali Alluminio, Silicio, Nickel. Confrontate con le Leghe leggere a base di Alluminio, le Leghe ultraleggere hanno minori proprietà meccaniche ma anche minore peso specifico. Hanno discreta lavorabilità, ottima colabilità e buona resistenza alla corrosione. L impiego di queste leghe si sta diffondendo nell industria aeronautica e dei trasporti, nella produzione dell utensileria portatile, dei motocicli e degli elettrodomestici.
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