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Materiali ferrosi da costruzione

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Diagramma Fe-C

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Materiali ferrosi da costruzione

Il diagramma Fe-C esprime le combinazioni (leghe) tra i due elementi che danno luogo ai principali materiali ferrosi: l’acciaio e la ghisa. Le leghe che hanno una percentuale di C fino al 2 circa sono acciai. Oltre il 2% fino al 5% circa sono ghise. Le leghe con oltre il 5% di C non possono essere utilizzate come materiale da costruzione.

Sia gli acciai che le ghise sono prodotti e commercializzati secondo numerosissime formulazioni e con altri elementi in lega che conferiscono caratteristiche particolari.

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Le principali proprietà degli acciai

Ottima plasticità → buona resilienza, buona malleabilità e duttilità

Elevata resistenza a trazione, flessione e torsione

Buona lavorabilità per asportazione di truciolo

Buona colabilità Buona saldabilità

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La designazione delle acciai Al fine della loro designazione, gli acciai si

distinguono in base alle loro caratteristiche meccaniche e all’impiego (1° gruppo) o in base alla loro composizione chimica (2° gruppo). Nel primo caso la composizione chimica della lega è meno rilevante per le caratteristiche meccaniche pur rispettando certi parametri. Nel secondo è proprio la composizione chimica che conferisce le caratteristiche all’acciaio; pertanto deve rispettare tolleranze molto ristrette.

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La designazione degli acciai (1° gruppo) In base alle loro caratteristiche meccaniche

Fe 240 – l’acciaio è garantito per un carico di rottura a trazione di 240 N/mm2

FeE240 - l’acciaio è garantito per un carico di snervamento di 240 N/mm2 Fe 240S – l’acciaio è garantito per un carico di rottura a trazione di 240 N/mm2 e gli è stato aggiunto l’elemento specificato (S: zolfo)

In base al loro impiegoFeG240 – l’acciaio è garantito per un carico di rottura a trazione di 240 N/mm2 ed è adatto a essere fuso FeP240 – l’acciaio è garantito per un carico di rottura a trazione di 240 N/mm2 ed è adatto a essere imbutitoFeH240 – l’acciaio è garantito per un carico di rottura a trazione di 240 N/mm2 ed è adatto a essere laminato

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La designazione degli acciai (2° gruppo) Acciai non legati

C40 – l’acciaio ha una percentuale di C garantita tra lo 0,38 e lo 0,42 (40 = percentuale di C moltiplicata per 100). Il controllo della percentuale di C è fondamentale per poter sottoporre l’acciaio a trattamenti termici volti al conferimento di particolari caratteristiche. GC40 – l’acciaio ha le stesse caratteristiche del precedente ma è particolarmente adatto a essere fuso CB40 – l’acciaio ha le stesse caratteristiche del precedente ma è particolarmente adatto a essere impiegato per bulloneriaCD40 – l’acciaio ha le stesse caratteristiche del precedente ma è particolarmente adatto per la produzione di vergella

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La designazione degli acciai (2° gruppo) Acciai debolmente legati (percentuale degli altri elementi in lega inferiore al

5)38NiCrMo4 – l’acciaio ha una percentuale di C garantita tra lo 0,36 e lo 0,4 (38 = percentuale di C moltiplicata per 100). Il Ni è un elemento in lega nell’1% circa (1 per il fattore moltiplicativo 4 del Ni) In lega anche Cr e Mo in percentuali inferiori all’1. Si tratta di un acciaio che dopo trattamento termico è particolarmente adatto a sopportare carichi elevati, anche a fatica, e urti.55Si7 – l’acciaio ha una percentuale di C garantita tra lo 0,53 e lo 0,57. Il Si è un elemento in lega in poco meno del 2% (anche il fattore moltiplicativo del Si è 4). È un acciaio adatto, a seguito anche del trattamento, alla costruzione di molle. 100Cr6 – l’acciaio ha una percentuale di C garantita di circa 1. Anche il Cr ha un fattore moltiplicativo 4; quindi è presente in lega nell’1,5% circa. È un acciaio adatto, a seguito anche del trattamento, alla costruzione dei cuscinetti a rotolamento.

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La designazione degli acciai (2° gruppo) Acciai fortemente legati (percentuale degli altri elementi in lega superiore al

5)X10CrNi1808 – l’acciaio ha una percentuale di C garantita dello 0,1 circa (10 = percentuale di C moltiplicata per 100). Il Ni è un elemento in lega nel 18% circa (la X che precede la percentuale di C sta a indicare che i numeri che seguono gli elementi sono esattamente la loro percentuale nella lega). In lega anche Cr nella percentuale dell’8. Si tratta di un acciaio inossidabile adatto anche per la produzione di stoviglie. X210Cr13 – l’acciaio ha una percentuale di C garantita vicina al 2. Il Cr è presente nel 13%. È un acciaio adatto, a seguito anche del trattamento, alla costruzione di seghe per il taglio di metalli. X78WCo1805KU – l’acciaio ha una percentuale di C garantita di circa 0,8. Altri elementi in lega il W per il 18% e il Co per il 5%. Le lettere KU indicano che è un acciaio adatto, a seguito anche del trattamento, alla fabbricazione di utensili per il taglio di metalli ad altissima resistenza.

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Le principali proprietà delle ghise

Elevata durezza → ottima resistenza compressione e usura

Ottima colabilità → molto adatta per getti Elevata fragilità → bassa resistenza flessione e

torsione, bassa reilienza Ottima lavorabilità per asportazione di truciolo Assolutamente non adatta a lavorazioni per

deformazione plastica

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La classificazione delle ghise

Le ghise si distinguono in base al modo nel quale si presenta il C in:

1. Ghise bianche, il C si presenta nella cementite Fe3C;

2. Ghise grigie, il C si presenta sotto forma di grafite lamellare o sferoidale

3. Ghise malleabili, il C si presenta in forma flocculare

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La designazione delle ghise (esempi)

Ghisa grigia a grafite sferoidaleGS 400-12 → carico di rottura a trazione

pari a 400 N/mm2 con allungamento percentuale del 12%

Ghisa grigiaG 100 → carico di rottura a trazione pari a

100 N/mm2

Gh 130 → per uso automobilistico con durezza di 130 gradi Brinell

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La designazione delle ghise (esempi)

Ghisa malleabile bianca (simile ad acciai)GMB 450 → carico di rottura a trazione pari

a 450 N/mm2

Ghisa malleabile nera (simile ad acciai)GMN 350 → carico di rottura a trazione pari

a 350 N/mm2