Acciai per molle utilizzati

Acciao al Carbonio

Con le leghe al solo carbonio, in concentrazione superiore allo 0,40%, si hanno gliacciaio armonici per cemneto armato precompresso, funi (in questo caso vengono patentati), strumenti musicali.
Per usi più impegnativi si aggiunge soprattutto il silicio fino al 2%, che rafforza ma infragilisce; il cromo aumenta la temprabilità, il nichel aumenta la tenacità.

Alcuni esempi: 55Si7 per sospensini e balestre dei treni; 52SiCrNi5 per molle di pregio; 50CrV4.
Si esegue sempre il rinvenimento a 450 °C così che i carburi precipitino ma non inizino a coalescere.

La tensione di snervamento o punto di snervamento di un materiale duttile è definita in ingengeria in scienza dei materiali come il valore della tensione corrispondenza della quale il materiale inizia a deformarsi plasticamente, passando da un componente elastico reversibile ad un comportamento plastico caratterizzato dallo sviluppo di deformazioni irreversibili che non rientrano al venir meno della causa sollecitante. Nel caso di stati di tensione pluriassiale il punto di snervamento indica la combinazione delle componenti di tensione che determina nel materiale la condizione di

snervamento: gli infiniti punti di snervamento descrivono, nello spazio delle tensioni, una superficie detta superficie di snervamento.

L'acciaio armonico è un acciaio a silicio ad alto tenore di carbonio (0,80 - 0,90 %), quindi particolarmente duro (durezza 240 della scala di Brinelli,carico di rottura 140-170 kg/mmq, carico di snervamento 115 kg/mmq allungamento 5%), temprato in olio 780-800°.

Con la ricottura diventa plastico; una volta formato, si procede alla tempra e acquisisce elasticità.

Viene ampiamente usato per la realizzazione di molle, clip elastiche e corde per strumenti musicali.

Acciaio Inossidabile

Gli acciai inox (o acciai inossidabili) sono leghe a base di ferro e carbonio che uniscono alle proprietà meccaniche tipiche degli acciai al carbonio caratteristiche peculiari di resistenza alla corrosine. Tali materiali devono la loro capacità di resistere alla corrosione alla presenza di elementi di lega, principalmente cromo, in grado dipassivarsi, cioè di ricoprirsi di uno strato di ossidi invisibile, di spessore pari a pochi strati atomici (3-5×10−7mm), che protegge il metallo sottostante dall'azione degli agenti chimici esterni.
La famiglia degli acciai inox ha la caratteristica comune di avere un contenuto massimo di carbonio dell'1,2% e un valore minimo di cromo pari all'11-12%.
Se la percentuale dei leganti è elevata, non si parla più di acciai inox bensì di leghe inox austenitiche.
La definizione di inox deriva dal francese inoxydable. Molto propria è la dizione anglosassone stainless derivata dalla capacità di questi materiali di ossidarsi ma non arrugginirsi (o come si suol dire passivarsi) negli ambienti atmosferici e naturali. Il fenomeno della passivazione avviene per reazione del metallo con l'ambiente ossidante (aria, acqua, soluzioni varie, ecc).
La natura dello strato passivante, formato essenzialmente da ossidi/idrossidi di cromo, è autocicatrizzante e garantisce la protezione del metallo, anche se localmente si verificano abrasioni o asportazioni della pellicola, qualora la composizione chimica dell'acciaio e la severità del danno siano opportunamente inter-relazionate.
In particolare, il film passivo può essere più o meno resistente in funzione della concentrazione di cromo nella lega e in relazione all'eventuale
presenza di altri elementi leganti quali il nichel, il molibdeno, il titanio.

 

I vari acciai inox differiscono in base alla percentuale in peso degli elementi costituenti la lega.
Tra gli acciai più comunemente utilizzati distinguiamo:

 

 

302 - Cr (18%) Ni (10%) C (0,05%);

 

304 - Cr (18%) Ni (10%) C (0,05%);

 

304 L - (Low Carbon): Cr (18%) Ni (10%) C (< 0.03%);

 

316 - Cr (16%) Ni (11.3/13 %) Mo (2/3 %)

 

316 L - (Low Carbon): Cr (16,5/18,5%) Ni (10,5/13,5%) Mo (2/2,25%) C (< 0.03%);

 

316 LN - (Low Carbon Nitrogen) (presenza di azoto disciolto nel reticolo cristallino del materiale);

 

316 LN ESR (electro-slag remelting);

 

430: Cr (16/18 %) C (0,08%).

 

Questi materiali possono essere anche stabilizzati al titanio o alniobio come:

 

316 Ti

 

316 Nb

 

430 Ti.

 

La posizione del ferro all'interno della lega influenza diverse caratteristiche del materiale, di elevata importanza per il suo utilizzo.


La principale è la magneticità:

 

nella disposizione a corpo centrato il materiale evidenzia proprietàferritiche e perciò magnetiche;non quella a facce centrate l'acciaio è austenitico e perciò amagnetico.

Come già accennato in precedenza, gli AISI 304 e 316 appartengono alla famiglia degli acciai a struttura austenitica mentre l'AISI 420 è a struttura martensitica.
La differenza tra l'acciaio 304 e 316, a parte il costo maggiore e la presenza nel 316 d Mo, è data dalla più elevata austenicità del secondo grazie alla più alta percentuale di nichel.
Sebbene questi acciai conservino la struttura austenitica, in alcuni casi restano nella massa "isole" che hanno una struttura ferritica, derivata dalla ferrite δ.
Nell'UV si necessita di una tipologia d'acciaio austenitico, poiché possiede una struttura molto legata e di conseguenza meno attaccabile chimicamente.
La presenza di metalli refrattari, come il molibdeno, aiuta a legare elettro-chimicamente gli atomi di ferro conferendone maggiore inerzia e un grado di durezza superiore (circa 180 gradi Vicker).
L'acciaio austenitico permette di utilizzare la lega anche nell'UHV, poiché l'amagneticità strutturale le dona un'inerzia quasi totale alle interazioni "deboli" garantendo un vuoto più pulito.
La presenza di cromo, nonostante le sue caratteristiche ferriticizzanti, conferisce all'acciaio stabilità ed elasticità, garantendone così duttilità e malleabilità.
Resta comunque il fatto che, in questa tecnologia, l'acciaio più utilizzato sia quello austenitico.
La sua temperatura di fusione è di 1435 °C, tuttavia dobbiamo considerare che, durante la saldatura, nell'intervallo di temperatura tra i 600
e gli 800 °C,
si trasforma, o meglio decade, da austenitico a ferritico (come indicato nel diagramma di sensibilizzazione di Schaeffler).Il suo decadimento è più rapido e permanente per gli acciai 304 rispetto ai 316.
Periodo di sensibilizzazione:

 

304: 10 minuti;

 

304 L: 30 minuti;

 

316 L: un'ora.

 

Più esteso è questo periodo (la estensione è proporzionale alla presenza di nichel), più il materiale è affidabile.
Per ridurre ulteriormente il degasaggio della lega 316 si effettua il processo di electro slag remelting, in cui la stessa viene rifusa in un forno a radiofrequenze,
in modo da eliminare le microscorie di ossidi e di carburi, che, oltre a "sporcare" il vuoto, la rendono più ferritica. Il 316 L N ESR, poiché molto costoso,viene utilizzato limitatamente e prevalentemente negli accelleratori di particelle.
L'acciaio è costituente delle camere da vuoto, delle flange e di eventuali altri elementi come bulloni e dadi; in ogni modo, una camera da vuoto in acciaio richiede ulteriori trattamenti finalizzati a diminuire il costante degasaggio di idrogeno dalle sue pareti. Uno dei principali è il vacuum firing, con il quale l'acciaio viene in primo luogo scaldato a 1400 °C e poi rapidamente raffreddato, per attraversare celermente la zona di sensibilizzazione senza decadere
in ferritico. Così, oltre alla diminuzione della percentuale di azoto sulle superfici, si ottiene un aumento della sua austeniticità.