1 LEGHE FERROSE: PRODUZIONE, PROPRIETÀ, DESIGNAZIONI. (Dsllazne vercale) OBIETTIVI: - cnscenza a lvell descrv de prcedmen d fabbrcazne d ghsa e acca; - cnscenza delle prpreà meccanche e ecnlgche d ghse e acca; - sapere leggere e rsalre alle desgnazn d ghse e acca. Leghe ferrse (def.) Ghsa (def.) Acca (def.) PRODUZIONE DELLA GHISA Mneral d ferr (descr.) Lr raamen (descr.) Carbne cke (descr.) Fndene (descr.) Alfrn (descr.) Su funznamen (descr.) Prncpal reazn chmche (descr.) Prpreà meccanche e ecnlgche delle ghse (descr.) Desgnazne unfcaa delle ghse (descr. + appl.) PRODUZIONE DELL ACCIAIO Cnverr Bessemer e Thmas (descr.) Cnverre a ssgen (descr.) Frn elerc (descr.) Prpreà meccanche e ecnlgche degl acca (descr.) Classfcazne degl acca (descr..) Influenza d elemen legan (descr.) Desgnazne unfcaa degl acca (descr. + appl.)
2 LEGHE FERROSE: PRODUZIONE, PROPRIETÀ, DESIGNAZIONI. (SCHEDA DI LEZIONE) METALLURGIA: suda l cmpless delle ecnche e delle perazn necessare per esrarre meall da lr mneral e prepararl per la lavrazne ndusrale. LEGHE FERROSE: sn un nseme d elemen n cu la pare prepnderane è csua dal ferr; nell ndusra mealmeccanca sn ulzzae le leghe ferrse GHISA e ACCIAIO che vengn prde negl sablmen sderurgc. SIDERURGIA: sere della meallurga che s ccupa della prduzne e della lavrazne ndusrale della ghsa e dell acca a parre da mneral d ferr ram ferrs. FABBRICAZIONE DI GHISA E ACCIAIO (SCHEMA DI IMPIANTO SIDERURGICO) ara c a r b n e c ke m n e r a l d f e rr ALTOFORNO f n d e n e gas d alfrn lppa G H IS A M AD R E PRODUZIONE ACCIAIO c n v er re B es s e m er c n v er re T h m as c n v er re a ss g e n A C C I A I O f r n e l e r c PRODUZIONE GHISA DI SECONDA FUSIONE E GHISE SPECIALI CUBILOTTO g e d a c c a lngera claa cnnua BRAMME BLUMI BILLETTE LAMINATI Alre LAVORAZIONI
3 Le denmnazn crren cmmercal de maeral sderurgc sn spess mprecse e pssn generare cnfusne. A sre rgre, l ermne "ferr" ndca l meall pur, cè l'elemen chmc cnrassegna dal smbl Fe, ma vene usa anche per ndcare l meall quas pur, n cu la presenza d carbn, che deve essere nferre all 0,15%, è cnsderaa un'mpurezza che nn ne alera sensblmene le caraersche. Spess nlre l ermne s rfersce a un acca a bassssm enre d carbn (men dell 0,2%), cme l ferr mgene, ferr cla, ppure pù genercamene a un acca dlce (cn enre d carbn nferre all 0,25%), n espressn cme fl d ferr, ferr znca, ferr smala ecc. Le leghe ferr-carbn sn gl acca (cn enre d carbn varable dall 0,15 al 2%) e le ghse (cn enre d carbn varable dal 2 al 5,5%). Le ferrleghe nvece sn leghe parclar, usae nella prduzne d acca e ghse specal, cn bassssma percenuale d carbn (dall 0,10 all'8%) e masscca presenza (che può superare l'80%) d alr elemen: leghe d ferr-manganese, ferrslc, ferr-crm, slc-crm, slc-mangan-allumn ecc. PRODUZIONE DELLA GHISA La ghsa è una lega ferr-carbn (Fe-C) cnenene una percenuale d carbn maggre del 2% e mnre del 6,67%, n smbl 2% < C < 6,67%; vene fabbrcaa nell alfrn a parre da mneral d ferr (generalmene ssd d ferr) che cnengn dfferen percenual d ferr. Mneral d ferr magnee Fe3O 4 (ssd d ferr) cnenene l 45 70% d ferr emae Fe2O 3 (ssd d ferr) cnenene l 45 60% d ferr lmne 2Fe2O 3(ssd dra d ferr) cnenene l 30 50% d ferr sdere FeCO 3 (carbna d ferr) cnenene l 30 40% d ferr I mneral d ferr prvenen dalle mnere n grsse pezzaure, prma d essere mmess nell alfrn subscn de raamen enden a favrrne l ulzz: franumazne Traamen mneral d ferr cerna agglmerazne Le maere prme per la prduzne d ghsa d'alfrn sn mneral d ferr, l carbn cke e l fndene. Il carbn cke, lre a frnre l calre necessar al prcess d fusne, lbera durane la cmbusne mnssd d carbn che, cmbnands cn gl ssd d ferr che csuscn l mnerale, l rduce a ferr meallc. L'equazne che descrve quesa reazne chmca è Fe 2 O 3 + 3CO= 3CO 2 + 2Fe. Il calcare vene usa cme fne addznale d mnssd d carbn e cme fndene, dal mmen che cmbnands cn la slce, un maerale d dffcle fusne, ess frma slca d calc fusble. In assenza d calcare s frmerebbe slca d ferr cn una cnseguene perda d ferr meallc. Il slca d calc e le alre mpurà frman una scra galleggane sul meall fus. La cmune ghsa d'alfrn è cmpsa da ferr (crca l 92%); da carbn (l 3 4%); da slc (n percenuale varable ra l 0,5 e l 3%); da manganese (ra l 0,25 e l 2,5%); da fsfr (ra l 0,03 e l 2%); spess sn presen anche racce zlf.
4 I mneral d ferr raa vengn dsps a sra cn carbne cke e fndene all nern dell alfrn e aravers una sere d reazn chmche s ene la ghsa madre fusa. CARBONE COKE: vene enu per dsllazne del carbne fssle n mpan chama ckere; è cmps per crca l 90% da carbn, ha una elevaa ressenza alla cmpressne e una pezzaura dp franumazne d 20 60 mm. La sua funzne nell alfrn è rplce: cme cmbusble pra l frn alla emperaura necessara per fare avvenre le dverse reazn chmche; prduce la rduzne drea de mneral d ferr; effeua la carburazne del ferr. FONDENTE: è un maerale rccs calcare che ha la funzne d agglmerare, medane reazn chmche, le mpurà del mnerale d ferr (ganga) e le cener del carbne cke che andrann a frmare le lppe. PICCOLO GLOSSARIO DI CHIMICA COMBUSTIONE: è la reazne chmca ra un cmbusble (cke) e un cmburene (ssgen). OSSIDAZIONE: è la reazne chmca ra l ssgen e un meall. RIDUZIONE: è la reazne chmca aravers la quale s gle ssgen da un cmps chmc. CARBURAZIONE: è la reazne chmca ra l carbn un su cmps e un alr elemen. DECARBURAZIONE: è la reazne chmca aravers la quale s gle carbn da una lega ferrsa. REAZIONE CHIMICA ESOTERMICA: reazne che avvene cn svlupp d calre, qund fa aumenare la emperaura dell ambene dve avvene. REAZIONE CHIMICA ENDOTERMICA: reazne che avvene cn assrbmen d calre, qund fa dmnure la emperaura dell ambene dve avvene. ALTOFORNO E PRINCIPALI REAZIONI CHIMICHE Un pc alfrn cnsse n una rre d'acca ala crca 27 m, rvesa nernamene d maerale refraar, frmaa d due par a prfl rnc cnc une per l damer maggre, che è sua a crca un quar d dsanza dal fnd. La pare nferre del frn, dea sacca, è muna laeralmene d un gran numer d aperure ublar, dee ugell, aravers le qual vene nsufflaa ara calda n pressne per manenere ava la reazne d cmbusne. In prssmà dell'esremà nferre della sacca è sua l fr d claa da cu flusce la ghsa fusa e spra d ess, ma al d s degl ugell, s rva un alr fr per l spurg delle scre. Alla smmà del frn sn suae le ramgge, aravers le qual vene nrda la carca, e le venle che prelevan gas cald d cmbusne; l calre de gas vene cedu a frn d prerscald dell'ara che, a emperaure scllan fra 540 C e 870 C, almena l'alfrn. Gl alfrn peran a ccl cnnu, nfa se la cmbusne s arresasse, la massa parzalmene fusa s sldfcherebbe e l frn dvrebbe essere deml. Le maere prme che l almenan sn fraznae n pccle carche e nrde a nervall d 10-15 mnu. Le scre vengn esrae gn due re crca, menre la ghsa vene claa cnque vle al grn. Il prelev della ghsa s effeua rmuvend l app d arglla che chude l fr d claa, facend deflure l meall, aravers un canale d claa rves d arglla, n un amp cnenre d acca rves nernamene cn maeral refraar, che può essere sa una svera sa un vagncn n grad d cnenere lre 100 d meall. Evenual scre ancra presen vengn elmnae prma d raggungere l cnenre, enr l quale la ghsa fusa vene raspraa a frn d affnazne per essere cnvera n acca.
ALTOFORNO L elmnazne delle mpurà del ferr grezz prvenene dalle mnere vene realzzaa n alfrn. Nella frnace rvesa d maerale refraar la mscela d mnerale d ferr, cke e carbne, dea carca, vene bmbardaa da un ge d ara calda alla emperaura d crca 870 C e, menre l meall fus s depsa sul fnd, le scre emergn n superfce. Per enere una ghsa pù pura, l maerale vene pù vle flra e sps all sess raamen. 5 I mdern alfrn peran generalmene n cngunzne cn frn a ssgen frmand cn ess un unc mpan sderurgc n cu la ghsa fusa vene usaa cme carca per frn per la prduzne d acca. Il meall fus prvenene da pù alfrn può essere raccl e mscha n una svera d grand dmensn prma d essere cnver n acca, per rdurre le rreglarà nella cmpszne del maerale prd da sngl alfrn. Raramene, e sl n mpan anqua, la ghsa d'alfrn vene claa n lng da nvare n un secnd emp a frn d'affnazne.
6 SCHEMA D ALTOFORNO E PRINCIPALI REAZIONI CHIMICHE Carbne cke Mneral d ferr raa Fndene Gas d alfrn Bcca d carc = 200 C = 400 C Essccamen Ara mmessa a 1000 C e v 200 m/s Tn Venre Sacca Crgul Basamen { = 800 C Rduzne ndrea peraa da CO Rduzne drea peraa dal C = 1350 C Carburazne Fe peraa da CO = 1600 C = 1800 C { Cmbusne e fusne generale = 1600 C Separazne lppe ghsa Lppe (ganga + fndene) Ghsa madre PRINCIPALI REAZIONI CHIMICHE: l ssgen dell ara mmessa aravers la ubera a emperaura elevaa e ad ala velcà, prvca la cmbusne (fa brucare) del cke frmand dapprma andrde carbnca (CO 2 ) e successvamene ssd d carbn (CO). L ssd d carbn salend ha la funzne d carburare l ferr e d perare la rduzne ndrea del mnerale d ferr, menre l carbn cnenu nel cke pera la rduzne drea del mnerale d ferr. PROPRIETÀ DELLE GHISE RESISTENZA A TRAZIONE: 100 400 N/mm 2 RESISTENZA A COMPRESSIONE: 400 900 N/mm 2 ALLUNGAMENTO BASSISSIMO DUREZZA ELEVATA RESILIENZA BASSISSIMA FUSIBILITÀ BUONA COLABILITÀ BUONA RESISTENZA ALLA CORROSIONE BUONA SALDABILITÀ SCARSA TRUCIOLABILITÀ SCARSA Le ghse vengn lavrae sl per fusne cn l eccezne delle ghse grge che pssn essere lavrae anche alle macchne uensl. I dfe della ghsa sn: la FRAGILITÀ e la BASSA RESISTENZA A TRAZIONE.
7 CLASSIFICAZIONE E DESIGNAZIONE DELLE GHISE GHISA GRIGIA PER GETTI ORDINARI: vengn mpegae per la csruzne d par meccanche; la desgnazne prevede la leera G segua da un numer che rappresena la ressenza unara a rura a razne espressa n N/mm 2. Esemp: G 140 è la desgnazne unfcaa d una ghsa grga per ge rdnar avene carc unar d rura a razne d 140 N/mm 2. G 120 è la desgnazne unfcaa d una ghsa grga per ge rdnar avene carc unar d rura a razne d 120 N/mm 2. GHISA GRIGIA SFEROIDALE: s engn aggungend n fase d claa nchel-magnes e ferrslc, vengn ulzzae per la csruzne d par meccanche alle qual ccrre massma enacà e ressenza all usura; la desgnazne prevede le due leere GS segue da due numer che rappresenan la ressenza unara a rura a razne (N/mm 2 ) e l allungamen percenuale a rura. Esemp: GS 600-12 è la desgnazne unfcaa d una ghsa sferdale avene carc unar d rura a razne d 600 N/mm 2 e allungamen percenuale a rura del 12%. GS 550-11 è la desgnazne unfcaa d una ghsa sferdale avene carc unar d rura a razne d 550 N/mm 2 e allungamen percenuale a rura dell 11%. GHISA GRIGIA NON LEGATA PER GETTI COLATI IN SABBIA PER USO AUTOMOBILISTICO: vene usaa per rgan meccanc ressen all usura a cald; la desgnazne prevede le due leere Gh segue da un numer che rappresena l ndce d durezza Brnell. Esemp: Gh 140 è la desgnazne unfcaa d una ghsa grga per ge cla n sabba per us aumblsc avene ndce d durezza Brnell 140 HB. Gh 160 è la desgnazne unfcaa d una ghsa grga per ge cla n sabba per us aumblsc avene ndce d durezza Brnell 160 HB GHISA MALLEABILE IN GETTI: vene mpegaa per la csruzne d rgan meccanc sgge a flessne a rsne e a rpeu ur; la lr desgnazne prevede l mpeg d due re leere GM, GMB, GMN segue da un numer che rappresena l valre mnm della ressenza unara a rura a razne (N/mm 2 ). GM ppure GMB ghsa malleable n ge crrene a cure banc GMN ghsa malleable n ge a cure ner Esemp: GM 340 è la desgnazne unfcaa d una ghsa malleable a cure banc avene carc unar mnm d rura a razne d 340 N/mm 2. GMB 340 è la desgnazne unfcaa d una ghsa malleable a cure banc avene carc unar mnm d rura a razne d 340 N/mm 2. GMN 320 è la desgnazne unfcaa d una ghsa malleable a cure ner avene carc unar mnm d rura a razne d 320 N/mm 2.
8 PRODUZIONE DELL ACCIAIO L acca è una lega ferr-carbn (fe-c) n cu la percenuale d carbn è maggre dell 0,02% e mnre del 2%, n smbl 0,02 < C < 2%. L acca vene prd per decarburazne affnazne della ghsa, cè glend carbn dalla ghsa. Il pù anc prcedmen per la prduzne d acca n grand quanà ulzza un frn ml al, n cme cnverre Bessemer, che può essere nclna laeralmene per l carcamen della ghsa d'alfrn e per la claa dell'acca. Vengn sffae grand quanà d ara aravers la massa fusa, n md che l'ssgen n essa cnenu rduca l carbn della ghsa e s cmbn cn le mpurà, rasfrmandle n scre slde galleggan, faclmene elmnabl. Nel prcess all'ssgen (de anche prcess LD, dalle nzal d Lnz e Dnawz, le due cà edesche sed delle accaere n cu fu applca per la prma vla), la ghsa vene affnaa, cè rasfrmaa n acca, n un frn smle al cnverre Bessemer n cu all'ara s ssusce un ge d ssgen pur nsuffla dall'al, ad ala pressne, medane una lanca raffreddaa ad acqua psa a crca 2 m spra l lvell del meall fus. L'ssgen, nea a grande velcà nella massa fusa, s cmbna cn l carbn e gl alr elemen ndesdera ml pù rapdamene che nel prcess Bessemer: n men d cnquana mnu l ccl è ermna, cn la prduzne d lre 200 d acca. CONVERTITORI BESSEMER E THOMAS I due p d cnverr sn ugual cn l unca dfferenza nel rvesmen refraar Bessemer rvesmen acd (man slcs) Thmas rvesmen basc (man d magnesa) ghsa lquda 1400 C ara n pressne Fr N 100 200 cn damer d 13 15 mm Damer cnverre crca 4 m Alezza cnverre crca 8 m La decarburazne della ghsa è faa dall ssgen cnenu nell ara nsufflaa da fr, che bruca pare del carbn della ghsa rasfrmandla n acca. L perazne dura crca 20 25 mnu. Prduzne grnalera d 20 30 nnellae. CONVERTITORE AD OSSIGENO (O LINZ E DONAWITZ) ssgen a pressne d 12 amsfere lanca La carca del cnverre è csua per l 70% da ghsa lquda e per l 30% da ram d ferr. La decarburazne della ghsa avvene ad pera dell ssgen nsuffla rame la lanca che bruca pare del carbn cnenu nella ghsa ed è auaa dalla presenza de ram d ferr. L perazne dura crca 20 30 mnu. Prduzne grnalera d 130 250 nnellae.
9 FORNO AD ARCO ELETTRICO In ques frn l calre per la fusne e l'affnazne dell'acca vene prd per mezz d energa elerca. I frn elerc permen un'ala precsne d cnrll delle cndzn d affnazne e sn qund parclarmene ndca nella prduzne d acca nssdable e d alr acca fremene lega. L'affnazne avvene n una camera chusa n cu la emperaura e n generale le cndzn dell'ambene vengn enue s sre cnrll da dspsv aumac. Durane prm sad del prcess d affnazne un ge d ssgen d elevaa purezza, nea medane una lanca, permee d nnalzare la emperaura e d dmnure l emp necessar alla prduzne dell'acca. La quanà d ssgen mmess nel frn vene sreamene cnrllaa per lmare al mnm le reazn d ssdazne ndesderae. Ml spess la carca è quas cmpleamene cmpsa da ram, che prma dell'us vengn analzza e separa n funzne del lr cnenu, dal mmen che ques nfluenzerà la cmpszne del meall affna. Alr maeral, ra cu pccle quanà d mnerale d ferr e calce vva, vengn aggun alla carca nel mmen n cu l'acca vene cla nella svera, per favrre la rmzne del carbn e delle alre mpurà presen. Una vla carca l frn, gl elerd vengn abbassa n prssmà della superfce del meall. La crrene flusce s frma d arc elerc da un elerd alla carca meallca, scrre nel meall, e ancra cme arc renra nell'alr elerd. La ressenza al fluss d crrene presenaa dal meall e l fre calre genera dall'arc elerc deermnan l rscaldamen della carca e la cnseguene rapda fusne del meall. Elerd Fra gl elerd d grafe, sps ad una dfferenza d penzale, sccca l arc che manene una emperaura elevaa all nern del frn. La decarburazne della ghsa avvene ad pera de ram d ferr n quan s scgle la sessa quanà d carbn n una maggre quanà d ferr. Ghsa + ram d ferr Cn frn elerc s prducn acca d elevaa purezza e acca specal aggungend elemen legan. Prduzne d semlavra L'acca vene cmmercalzza n un'ampa vareà d semlavra, n md parclare lamere, rav, ub, barre e prfla dvers che vengn prd nelle accaere lamnand e fggand lng nella frma desderaa. La lavrazne dell'acca nlre mglra la qualà del meall affnandne la sruura crsallna e aumenandne la enacà. Il prcess base nella lavrazne dell'acca è la lamnazne a cald, n cu lng vengn prma rscalda al calre rss (1000 C ca.) n un frn de fssa d permanenza, e qund fa passare aravers una sere d lamna, grsse macchne csue essenzalmene da una rbusa "gabba" che ssene due clndr d'acca cnrran e dal relav mre. I clndr sn svrapps e dsanza l'un dall'alr da un spaz che crrspnde all spessre che avrà l semlavra all'usca del lamna. Due pù gabbe affancae csuscn un "ren d lavrazne" e gn gabba, pù ren successv, pera una rduzne d spessre del semlavra e gl cnfersce gradualmene la frma desderaa. Il lng vene lavra nel lamna cmunemene de "blmng" ( lamna per "blum") perché rasfrma l lng sess n un "blum", cè n un semlavra a sezne quadraa avene la d crca 13 cm e lunghezza varable fra 3 m e 9 m, ada alle fas successve; la lavrazne prsegue cn un
10 "ren sbzzare" prma d passare al csdde "ren fnre". I clndr de lamna per lamere e nasr sn lsc, quell per prfla sn scanala secnd la sezne desderaa. I lamna per nasr e lamere sn de cnnu perché sn csu da pù ren ps n sere; ess prducn lamere e nasr largh fn a 2,4 m, lavrand le sl lasre d acca quand sn ancra calde. Una lasra d acca spessa lre 11 cm e lunga 4 m può essere lavraa fn a enere fgl d appena 1 mm d spessre e lre 370 m d lunghezza. I lamna cnnu cmprendn ren rfnr de brd, apparecch per la decalamnazne e per l'avvlgmen aumac de nasr all'usca dal lamna. Ques ren sn cmps da grupp d rull vercal e vengn mpega per garanre un spessre unfrme del nasr. La decalamnazne cnsse nell'elmnazne delle scagle d lavrazne che s frman sulla superfce del nasr e s aua aravers marellamen meccanc, scglmen cn ge d'ara, fleend n md accenua l sess nasr d'acca. I nasr avvl n bbne vengn ps su un rasprare per essere rc e qund agla. Tub I ub d qualà pù crrene vengn prd curvand a cald un nasr d'acca, nel sens della lunghezza, fn a fargl assumere la frma ublare e saldand lemb affrna. Ne ub d pccle dmensn lemb del nasr vengn svrapps a cald e fa passare aravers una cppa d clndr che eserca su d ess una pressne ale da saldarl. I ub senza saldaura pssn essere enu per mezz d due prcedmen dvers. Il pù recene, e ml pù rapd, è l prcess d esrusne, che cnsse nel pressare a cald un massell d'acca enr una flera sagmaa cme la sezne del ub; s usan presse d grande penza, per cu l ub fn vene leeralmene "spara" aravers la flera. Il pù anc è l prcess Mannesmann, che vene realzza n due fas, cn due dvers lamna specal: un, l lamna frare, agsce su un semlavra a sezne crclare pressandl fra due clndr ad ass sghemb che l csrngn ad avanzare cnr la puna d una barra fssa (l mandrn) cassale. La rsne mpressa da clndr al semlavra favrsce la creazne del fr lngudnale nel quale penera l mandrn. Il ub csì sbzza passa al lamna fnre, de "a pass d pellegrn", che agsce n due emp alerna, medane una spna calbraa che reglarzza l damer nern e una cppa d clndr scanala che reglarzza l damer esern. Lamera sagnaa La lamera sle sagnaa, na cme laa, rappresena una delle prduzn pù mpran per un'accaera. Dp l prcess d lamnazne, fgl d'acca vengn sagna per mmersne n un bagn d sagn fus. Il med pù dffus d rvesmen s ene per va elerlca: fgl vengn srla lenamene dalle bbne e mmers n una sluzne chmca araversaa da crrene elerca e cnenene sagn pur che s depsa sull'acca. Crca mezz chlgramm d sagn è suffcene per rvesre crca ven mer quadr d'acca. Nella prduzne d laa sle, nasr vengn sps a una secnda lamnazne a fredd che l rende pù ressen e sl. I recpen prd cn laa sle sn ressen quan quell d laa nrmale, ma cnengn men acca cn cnseguene rsparm n ermn d pes e cs. Alr prcedmen d fabbrcazne dell'acca ncludn la fucnaura, la fusne e l'mbuura dell'acca n samp. Ferr bau Il pù anc prcedmen d prduzne della lega malleable e enace cnscua cme ferr bau dffersce n md marca dagl alr med d prduzne dell'acca. Ques prcedmen, n cme puddellagg, rchedeva una gran mle d lavr manuale che rendeva pressché mpssble la prduzne d ferr bau n grand quanà. Il ferr bau gg può essere ssu pracamene n ue le applcazn da acca a bass cnenu d carbn, che è men css da prdurre e d qualà pù unfrme.
11 Il frn d puddellagg presena un sff bass ad arc e un le d fusne n cu vene ps l meall grezz, separa cn un mur dalla camera d cmbusne n cu vene bruca carbne bumns. Le famme che s svluppan nella camera d cmbusne superan n alezza l mur, clpscn l sff ad arc e s "rverberan" sul le d fusne (per ques mv l frn d puddellagg è anche de frn a rverber). Quand l frn è suffcenemene cald s spalma sulle pare e sul le un mpas d ssd d ferr, generalmene n frma d emae plverzzaa, qund s carca cn ghsa d'alfrn e s chude la bcca d carcamen. Quand la ghsa è fusa, dp crca 30 mnu, s aggungn alla carca alr ssd d ferr scre d lamnazne, mescland l u cn l'au d una barra curva. Il slc e la maggr pare del manganese presen nella ghsa vengn ssda, e pare dell zlf e del fsfr s vlalzza. La emperaura del frn vene qund leggermene alzaa e l carbn gassfca n mnssd d carbn. Man man che l gas s svluppa, l vlume dell sra galleggane d scre aumena e l lvell della carca sale. La cmbusne del carbn nnalza la emperaura d fusne del meall, che perde l sa lqud dvenend pass e spugns. La massa fnale vene qund esraa dal frn, suddvsa n massell d crca 80-90 kg, usand appse enagle e bau al magl per elmnare la maggr pare delle scre ncluse e mgenezzare l meall che, al ermne d quesa fase dvene ferr quas pur, pù precsamene, acca dlcssm. Il ferr vene agla n lasre pae che vengn mplae, rscaldae al calr rss e lamnae n un unc pezz. La lamnazne può essere esegua pù vle per mglrare la qualà del prd. La mderna prduzne d ferr bau ulzza acca fus prvenene da un cnverre Bessemer e scre fuse preparae n un frn Marn-Semens cn mnerale d ferr, scre d lamnazne e sabba. Le scre fuse vengn clae n una svera e manenue a una emperaura d parecche cennaa d grad nferre a quella dell'acca fus, l quale vene cla nella sessa svera dve sldfca mmedaamene, svluppand grand quanà d gas. La pressne nerna esercaa da gas franuma l meall n mnuscle parcelle che, pesand pù delle scre, s accumulan sul fnd della svera agglmerands n una massa spugnsa smle a massell prd nel frn d puddellagg. Le scre n superfce vengn esrae e la massa d ferr rsulane vene lavraa cme quella enua dal frn d puddellagg. Sagmaura dell'acca Medane l prcedmen a claa cnnua (a desra) l acca fus vene rasfrma n blum, lng e sleb. Il meall al calr banc vene versa n samp e raffredda ad acqua menre vene plasma nella frma desderaa da una sere d rull guda. Il prcess d lamnazne a cald (a snsra), che è l pù dffus, nza cn l rscaldamen degl sleb prefrma nella fssa d permanenza. I lamna nfne esegun la sbzzaura e la fnura, assgland ulerrmene le lamne.
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13 PROPRIETÀ DEGLI ACCIAI Prendn l nme d acca ue le leghe del ferr cn l carbn, nelle qual l ferr è predmnane e la percenuale d carbn rsula nferre al 2 %. Tuava negl acca pù cmun l carbn d sl nn supera l 1 %. Inlre nelle vare leghe pssn essere presen anche alr elemen specal, all scp d mglrarne le prpreà. Le prpreà degl acca dpendn prncpalmene dalla percenuale d carbn, dalla presenza nella lega d alr elemen, dal raamen ermc cu sn sa sps. Cmunemene ess presenan: BUONA RESISTENZA MECCANICA... Rm = 400 1000 N/mm² BUON ALLUNGAMENTO... A = 5 25 % BUONA RESILIENZA... K = 40 100 J BUONA SALDABILITÀ BUONA PLASTICITÀ A CALDO (PER GLI ACCIAI DOLCI ANCHE A FREDDO) SCARSA FUSIBILITÀ E COLABILITÀ Ecc n snes cme varan le prpreà degl acca all aumenare della percenuale d carbn: aumenan LA RESISTENZA MECCANICA LA DUREZZA LA TEMPRABILITÀ LA FUSIBILITÀ dmnuscn L ALLUNGAMENTO LA RESILIENZA LA PLASTICITÀ A FREDDO LA SALDABILITÀ LA RESISTENZA ALL USURA CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI IN BASE ALLA PERCENTUALE DI CARBONIO ACCIAI DOLCI (TENERI) C < 0,2 % ACCIAI DI MEDIA DUREZZA C = 0,2 0,6 % ACCIAI MOLTO DURI C > 0,6 % CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI IN BASE ALLA PRESENZA DI ALTRI ELEMENTI IN LEGA ACCIAI NON LEGATI: quand evenual alr elemen sn presen n percenual mnme. ACCIAI DEBOLMENTE LEGATI: quand cascun degl elemen specal è presene n quanà nferre al 5 %. ACCIAI LEGATI: quand almen un degl elemen specal è presene n quanà uguale superre al 5 %.
14 INFLUENZA DEGLI ELEMENTI LEGANTI D sl durane la fabbrcazne degl acca vengn aggun alla lega alcun elemen specal, per mglrarne le prpreà meccanche e/ ecnlgche. Qu d segu sn elenca quell pù cmun e per cascun d ess vengn ndca brevemene gl effe prvca nell acca. ELEMENTO Smbl chmc Effe sull ACCIAIO Allumn Al Cnrbusce cn l crm e l mlbden a cnferre all acca una nevle durezza superfcale Br B In quanà mnma aumena l audne dell acca a subre raamen ermc Cbal Vanad C V Favrscn la sablà della durezza a emperaure elevae. Crm Cr Aumena la ressenza meccanca, la durezza e l elascà. Quand è presene n quanà superre al 10 12% rende l acca nssdable. Nchel N D sl è presene nseme al crm. Aumena la enacà e la ressenza alla crrsne. Manganese Mn Aumena la durezza e la ressenza ad usura, senza far dmnure la reslenza. Mlbden M D sl è presene nseme al crm e al nchel. Mglra ancra d pù le prpreà meccanche. Gl acca che cnengn N, Cr e M hann la pù ala ressenza meccanca (Rm = 1000 1500 N/mm²). Slc S Aumena l elascà. È usa qund negl acca per mlle. Wlfram ungsen Pmb Zlf W P S S rva sl negl acca per uensl, perché manene sable la durezza anche alle ale emperaure (ACCIAI RAPIDI). Sn presen n pccle percenual, sempre nferr all 0,3 %. Aumenan la ruclablà degl acca, senza nucere alla lr ressenza. (ACCIAI PER LAVORAZIONI AD ALTA VELOCITÀ) DESIGNAZIONE UNI DEGLI ACCIAI ACCIAI I.1 desgna n base alle caraersche I GRUPPO (nn raabl ermcamene) meccanche I.2 desgna n base all'mpeg II.1 nn lega desna al raamen ermc II.2 nn lega desna ad mpegh parclar II GRUPPO (raabl ermcamene) II.3 deblmene lega II.4 lega
I GRUPPO 15 Smbl nzale: Fe Fe E Fe G Numer che ndca la ressenza meccanca. ESEMPI: Fe 510 Acca cn ressenza mnma a razne R m = 510 N/mm² Fe E 390 Acca cn carc unar d snervamen mnm R s = 390 N/mm² Fe 60 Acca cn ressenza mnma a razne R m = 590 N/mm² Fe G 70 Acca per ge cn ressenza mnma a razne R m = 690 N/mm² II GRUPPO II.1 ACCIAI Smbl nzale: C NON LEGATI Numer che ndca la percenuale d carbn 100. ESEMPI: C 45 Acca cn 0,45 % d carbn. C 100 Acca cn 1 % d carbn. II.3 ACCIAI Nessun smbl nzale ( G negl acca per ge) DEBOLMENTE Numer che ndca la percenuale d carbn 100. LEGATI Un pù smbl chmc degl elemen n lega. Un pù numer che ndcan la percenuale d cascun elemen, mlplcaa per un pprun ceffcene, cme ndca nella abella a fanc. ESEMPI: 41 Cr 4 Acca cn 0,41 % d carbn e 1 % d crm. 18 N Cr 16 Acca cn 0,18 % d carbn, 4 % d nchel e presenza d crm. 30 Cr Al M 5 10 Acca cn 0,3 % d carbn, 1,25 % d crm,1 % d allumn e presenza d mlbden. 10 S 20 Acca cn 0,1 % d carbn e 0,2 % d zlf. G 90 Cr 4 Acca per ge cn 0,9 % d carbn e1 % d crm. 4 C Cr Mn N S W 10 Al M Pb T V 100 N P S 1000 B II.4 ACCIAI Smbl nzale X LEGATI Numer che ndca la percenuale d carbn 100. Un pù smbl chmc degl elemen n lega. Un pù numer che ndcan la percenuale reale d cascun elemen. ESEMPI: X 20 Cr 13 Acca cn 0,2 % d carbn e 13 % d crm. X 10 Cr N 18 09 Acca cn 0,1 % d carbn, 18 % d crm e 9 % d nchel. X 100 Cr M V 5 1 Acca cn 1 % d carbn, 5 % d crm, 1 % d mlbden e presenza d vanad.
DESIGNAZIONE UNIFICATA DEGLI ACCIAI Esemp Leggere le seguen desgnazn unfcae: 16 FeG600 : è la desgnazne unfcaa d un acca, nn raable ermcamene, per ge, avene carc unar d rura a razne d 600 N/mm 2. FeE325 : è la desgnazne unfcaa d un acca, nn raable ermcamene, avene carc unar d snervamen d 325 N/mm 2. FeP01 : è la desgnazne unfcaa d un acca, nn raable ermcamene, avene audne all'mbuura d grad 01. C40 : è la desgnazne unfcaa d un acca, nn lega, raable ermcamene, cnenene l 0,4% d carbn. 2C10 : è la desgnazne unfcaa d un acca, nn lega, raable ermcamene, d qualà 2 cnenene l 0,1% d carbn. GC125 : è la desgnazne unfcaa d un acca, nn lega, per ge, raable ermcamene, cnenene l'1,25% d carbn. C40 : è la desgnazne unfcaa d un acca, nn lega, raable ermcamene, cnenene l 0,4% d carbn. 1CD20Cr1 : è la desgnazne unfcaa d un acca, raable ermcamene, cn audne alla defrmazne a fredd, d qualà 1,cnenene l 0,2% d carbn e crm al lvell 1. 20NCr 12 8 : è la desgnazne unfcaa d un acca, deblmene lega, raable ermcamene, cnenene l 0,2% d carbn, l 3% d nchel e l 2% d crm. G100Cr 4 : è la desgnazne unfcaa d un acca, deblmene lega, raable ermcamene, per ge, cnenene l'1% d carbn, e l'1% d crm. A20Mn 6 : è la desgnazne unfcaa d un acca, deblmene lega, raable ermcamene, d qualà A, cnenene l 0,2% d carbn e l'1,5% d manganese. AX127CWMV 10 10 4 3 : è la desgnazne unfcaa d un acca, lega, raable ermcamene, d qualà A, cnenene l'1,27% d carbn, l 10% d cbal, l 10% d wlfram, l 4% d mlbden, l 3% d vanad. BX20Cr 14 : è la desgnazne unfcaa d un acca, lega, raable ermcamene, d qualà B, cnenene l 0,2% d carbn, l 14% d crm. GX60Cr 12 : è la desgnazne unfcaa d un acca, lega, raable ermcamene, per ge, cnenene l 0,6% d carbn e l 12% d crm. X78MW 18 1 : è la desgnazne unfcaa d un acca, lega, raable ermcamene, cnenene l 0,78% d carbn, l 18% d mlbden, l'1% d wlfram (ungsen).
17 CENNI SUI PRINCIPALI TRATTAMENTI TERMICI DEGLI ACCIAI I raamen ermc cnssn nel sprre l maerale, all sa sld, ad un pù ccl ermc (rscaldamen e raffreddamen), all scp d mdfcarne la sruura e qund le prpreà meccanche e ecnlgche. I prncpal raamen ermc sn la rcura, la bnfca (empra + rnvenmen), la carbcemenazne, la nrurazne. RICOTTURA Il raamen cnsse nel rscaldare l acca n un frn alla emperaura d 700 900 C, lascandl a quella emperaura per un emp pprun, che dpende dalle dmensn del pezz, e qund raffreddandl ml lenamene, d sl all nern del frn sess. La rcura vene esegua all scp d mglrare la lavrablà dell acca, rducendne al mnm la durezza e la ressenza; cn ale raamen vene elmna l fenmen negav dell ncrudmen, cè l ndurmen prvca dalle lavrazn plasche a fredd. La rcura nlre rende la sruura mgenea ed annulla gl effe d evenual raamen preceden. Quand la ssa nel frn è pc prlungaa ed l raffreddamen vene esegu fur dal frn n ara calma, l raamen prende l nme d nrmalzzazne: quesa ha l scp d rendere nrmale una sruura aleraa da preceden perazn (fusne, fucnaura, saldaura, ecc.). BONIFICA Il raamen d bnfca è csu dalla successne d due raamen ermc: la empra e l rnvenmen. La empra s esegue rscaldand l acca ad una emperaura d 750 850 C, lascandl a quella emperaura per un emp pprun e qund raffreddandl velcemene n acqua n l. Essa fa aumenare la durezza e la ressenza dell acca, che però rsula rpp fragle e percò vene sps al raamen d rnvenmen. Ques ulm cnsse n un rscaldamen ad una emperaura pù bassa d quella d empra (d sl 500 650 C), una ssa per un emp pprun e nfne un raffreddamen n ara n l. Cn l rnvenmen l acca perde una pare della durezza che aveva acqus cn la empra, ma aumena la sua reslenza e l allungamen. Peran l raamen d bnfca cnfersce all acca l massm della enacà. Vene esegu nrmalmene su acca cn una percenuale meda d carbn (C = 0,2 0,6 %). CARBOCEMENTAZIONE È un raamen d ndurmen superfcale, che s esegue n un frn a crca 900 C n presenza d carbn. A quesa emperaura l carbn penera nell sra superfcale del pezz, per una prfndà che dpende dalla duraa del raamen ma che d sl nn supera l mllmer. Qund l pezz vene empra, enend csì l ndurmen dell sra superfcale che s è appena arrcch d carbn. Tale raamen vene esegu su acca a bass cnenu d carbn (C < 0,2 %), all scp d aumenare la ressenza ad usura, manenend naleraa la enacà all nern del pezz e qund la sua ressenza alle sllecazn dnamche. NITRURAZIONE È un alr raamen d ndurmen superfcale, che vene esegu n un frn a crca 500 550 C n presenza d ammnaca ( NH 3 ). Quesa s decmpne prducend drgen e az (N), l quale vene assrb dall sra superfcale del pezz, che n al md s ndursce. L sra ndur dalla nrurazne d sl è men prfnd d quell che s ene cn la carbcemenazne, ma è caraerzza da una durezza maggre. Ques raamen s esegue su acca a med cnenu d carbn (C = 0,3 0,4 %), cn la presenza nella lega d alcun elemen specal, cme l crm e l allumn, che favrscn l assrbmen dell az. La nrurazne vene sempre esegua dp una bnfca e cnfersce all acca una nevle ressenza ad usura e a faca, menre l cure cnserva la enacà acqusa cn la bnfca.
18 CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI IN BASE ALL IMPIEGO Gl acca usa nelle csruzn meccanche vengn classfca d sl n re grupp: A - ACCIAI PER USI GENERALI B - ACCIAI SPECIALI DA COSTRUZIONE C - ACCIAI SPECIALI PER UTENSILI A - ACCIAI PER USI GENERALI Sn acca cmun a ressenza med-bassa, usa per la fabbrcazne d pezz che devn spprare mdese sllecazn d p sac (carpenera meallca, sruure pran, ecc.). Nn cnengn elemen specal aggun n lega e nn vengn sps a raamen ermc, faa eccezne per la rcura la nrmalzzazne. Generalmene sn caraerzza da una buna Saldablà. D ess vene garana sl la ressenza meccanca. Vengn ps n cmmerc s frma d barre, lamere, prfla, ecc., prd d sl medane lamnazne a cald. Esemp: Fe 510 Fe 60 Fe E 390 B - ACCIAI SPECIALI DA COSTRUZIONE Sn acca d qualà e ressenza pù elevaa, enu medane un prcess d fabbrcazne pù accura e usa per csrure parclar meccanc che devn ressere a fr sllecazn d p dnamc alerna (alber, belle, gun, rue denae, ecc.). D sl cnengn degl elemen specal aggun alla lega (acca lega), ma pssn anche esserne prv (acca nn lega). Le lr prpreà vengn esalae cn apprpra raamen ermc. Gl acca da csruzne vengn suddvs nelle seguen caegre: ACCIAI DA BONIFICA Cnengn l carbn n quanà superre all 0,2 %: pù cmunemene C = 0,3 0,5 %. Ques acca acqusan elevaa enacà dp l raamen d bnfca. Vengn ulzza per la csruzne d rgan meccanc parclarmene slleca, cme alber d rasmssne, belle, gun, ecc. Esemp: C 45 41 Cr 4 30 Cr M 4 34 N Cr M 16 ACCIAI DA CEMENTAZIONE Cnengn l carbn n quanà nferre all 0,2 %. Dp l raamen d cemenazne segu dalla empra presenan una nevle durezza superfcale e qund ressenza ad usura, asscaa ad una buna enacà all nern del pezz. Vengn ulzza per la csruzne d rgan meccanc slleca da frze d ar e da carch dnamc, cme rue denae, pern, ecc. Esemp: C 15 16 Cr N 4 16 N Cr M 12 ACCIAI PER LAVORAZIONI AD ALTA VELOCITÀ Sn acca da bnfca da cemenazne cn pccle aggune d zlf (S 0,25 %) e pmb (Pb 0,15 %), all scp d mglrarne la lavrablà alle macchne uensl: cn ess la velcà d agl può essere aumenaa anche del 50 %. Dp la lavrazne pssn subre un apprpra raamen ermc. Esemp: 10 S 20 35 S Mn Pb 10 ACCIAI DA NITRURAZIONE Sn de parclar acca da bnfca (C = 0,3 0,4 %) lega al Cr - M al Cr - Al - M (nn devn però cnenere l nchel). La nrurazne, esegua sempre dp l raamen d bnfca, cnfersce all acca nevle durezza superfcale, ressenza ad usura e a faca. Vengn usa per alber a gm, spn, ngranagg, ecc.
Esemp: 31 Cr M 12 41 Cr Al M 7 19 ACCIAI PER MOLLE Sn caraerzza da una nevle elascà, dvua all al enre d carbn (C > 0,5 %) e d sl anche alla presenza d slc e crm. Usa per mlle d gn p, spne elasche, ecc. Esemp: C 60 55 S 7 60 S Cr 8 ACCIAI PER CUSCINETTI VOLVENTI Hann una percenuale d carbn ml ala (d sl C = 1 %) e cnengn crm e manganese. Dp la empra, segua da un rnvenmen a bassa emperaura (150 220 C), presenan un elevaa durezza e ressenza ad usura. Vengn usa per cuscne a sfere e a rull. Esemp: 100 Cr 6 100 Cr Mn 4 ACCIAI INOSSIDABILI Cnengn d sl pù del 12 % d crm e pssn essere presen anche nchel e mlbden. Sn caraerzza da una nevle ressenza alla crrsne e al calre. Alcun d ess sn emprabl (acca marensc), alr nn l sn (acca ferrc e ausenc). Usa per valvle, palee d urbne, ferr chrurgc, svgle da cucna, ecc. Esemp: X 20 Cr 13 X 5 Cr N 18 10 X 8 Cr N M 17 12 C - ACCIAI SPECIALI PER UTENSILI Presenan nevle durezza, enacà e ressenza all usura, n md da per lavrare alr maeral medane agl defrmazne plasca. Cnengn un eleva enre d carbn ed elemen specal cme wlfram, crm, vanad, mlbden. Ques elemen, cmbnands cn l carbn, frman de carbur durssm, che manengn naleraa la durezza dell acca anche a emperaure elevae, cnsenend qund d lavrare ad ala velcà (acca rapd). La presenza n lega del cbal, nseme agl alr elemen, sablzza la durezza fn a emperaure ancra pù elevae (500 600 C). Gl acca per uensl sn suddvs n quar caegre: Acca nn lega per lavrazn a fredd. Es. C 100 KU C 120 KU Acca lega per lavrazn a fredd. Es. 90 MnVCr 8 KU X 100 CrMV 5 1 KU Acca lega per lavrazn a cald. Es. 55 NCrMV 7 KU X 40 CrMV 5 1 1 KU Acca rapd. Es. X 75 W 18 KU ( HS 18-0-1 ) X 78 WC 18 05 KU ( HS 18-1-1-5 ) Vengn usa per lme, scalpell, srumen d msura, samp, uensl da rn, pune elcdal, alesar, masch, frese, crear, brcce, ecc.