Acciai

La scelta del materiale con cui un oggetto deve essere realizzato è una fase fondamentale della progettazione. Dal materiale dipendono non solo le caratteristiche di resistenza e durata del pezzo, ma anche il procedimento tecnologico per produrlo e l aspetto con cui si presenta all utilizzatore: tutti elementi che ne influenzano in ultima analisi il costo, su cui oggi influiscono anche altri parametri legati al materiale, in precedenza non rilevanti, come la possibilità di riciclo o l eliminazione al termine del ciclo di vita. Quindi se il disegno rappresenta la forma dell oggetto, il materiale ne costituisce la sostanza, ed è perciò da esso inseparabile. Lo studio dei materiali, dei criteri di scelta e trattamento, delle loro lavorazioni esula da un corso di disegno, in cui però, proprio perché sui disegni non ne manca mai l indicazione (e non deve mancare!), è necessario almeno un cenno sui principali materiali, sul loro campo di impiego e sulle loro definizioni. Nelle costruzioni meccaniche i materiali più comunemente usati possono essere così raggruppati: metalli ferrosi (acciai, ghise, super leghe a base Fe); metalli non ferrosi (Al, Cu, Ni, ecc., e loro leghe); polimeri (materie plastiche, termoplastiche e termoindurenti); elastomeri (gomme naturali e sintetiche); compositi (a matrice polimerica o metallica) (ceramici, vetri, carbonio, ecc.). Gli acciai sono leghe metalliche costituite essenzialmente da ferro con carbonio fino al 2% ed eventuali aggiunte di altri elementi in percentuali variabili a seconda delle caratteristiche che si vogliono ottenere. L acciaio rimane il principale materiale per le costruzioni meccaniche grazie alle sue doti di resistenza e lavorabilità. Un altra caratteristica fondamentale dell acciaio è la sua capacità di cambiare notevolmente le caratteristiche non soltanto al variare della composizione ma anche in seguito a trattamenti termici, basati sul fatto che la struttura normale a 442 temperatura ambiente (ferrite e perlite) è diversa da quella a temperature elevate (austenite) e si comporta diversamente nei confronti del carbonio o di altri elementi di lega. opportuno un accenno ai trattamenti termici in considerazione del fatto che spesso devono essere indicati a disegno, proprio per la differenza di caratteristiche che tramite essi viene conferita ai pezzi. Ricottura (e normalizzazione): trattamenti da effettuarsi sul materiale dopo fusione o fucinatura, prima di lavorazioni meccaniche o trattamenti termici, per renderlo omogeneo e lavorabile quanto più possibile; consistono in riscaldamenti a temperatura elevata con successivo raffreddamento lento, in forno o in aria. Tempra: riscaldamento a temperature fra gli 800° e 900° (fino ai 1200 °C per gli acciai da utensili), seguito da raffreddamento rapido in acqua od olio; ciò provoca un cambiamento di struttura (martensite) che rende l acciaio molto duro e resistente ma piuttosto fragile. Rinvenimento: riscaldamento intorno ai 500° 600°, dopo il trattamento di tempra, al fine di eliminare parzialmente gli effetti di questa, conferendo al materiale una buona resistenza e tenacità e riducendone durezza e fragilità; negli acciai per molle il rinvenimento si ferma a temperature più basse. Bonifica: è il trattamento di tempra seguito da rinvenimento. Distensione: è un riscaldamento a temperature non superiori a 200 °C, per eliminare tensioni interne dovute ai trattamenti precedenti. Trattamenti termochimici di arricchimento superficiale: consistono nell operare a determinate temperature in ambienti in grado di cedere elementi allo strato superficiale dei pezzi, in modo da modificarne le caratteristiche, mentre gli stati sottostanti mantengono le proprietà iniziali. Il più comune di tali trattamenti è la cementazione, in cui l arricchimento superficiale di carbonio, seguito da tempra, provoca un indurimento (e quindi resistenza all usura) della superficie. Trattamenti analoghi sono la carbonitrurazione (arricchimento di carbonio ed azoto contemporaneamente) e la nitrurazione (con azoto) che può essere effettuata su pezzi già bonificati, aumentandone la durezza superficiale per formazione di nitruri di Fe. La sulfinizzazione aumenta invece la resistenza all usura per diffusione di S e formazione di solfuri di ferro nello strato superficiale, diminuendone così il coefficiente d attrito con i pezzi a contatto. Si noti che tali trattamenti superficiali non vanno confusi con trattamenti di deposizione di materiale di tipo elettrolitico: ad esempio la cromizzazione è una diffusione di Cr nella struttura superficiale del pezzo, mentre la cromatura riveste la superficie con uno strato di Cr. Altri trattamenti superficiali di indurimento sono la tempra superficiale, effettuata con riscaldamenti localizzati sugli strati superficiali, mediante fiamma od induzione, ed anche la deformazione a freddo (rullatura o pallinatura), con miglioramento della resistenza a fatica. Nella designazione degli acciai assume importanza l indicazione della presenza di elementi di lega quando siano previsti trattamenti termici, proprio perché la presenza di tali elementi modifica la conduzione ed i risultati del trattamento; quando i trattamenti non sono previsti è più significativa l indicazione di altri dati, quali la resistenza a trazione od altre caratteristiche meccaniche. La designazione degli acciai (e degli altri materiali metallici) è in continua rielaborazione anche a causa della armonizzazione in corso della normativa a livello internazionale. Ad esempio le norme UNI EN 10027 presentano già differenze rispetto alla UNI EN 27 ancora usata in molti casi. Attualmente sono previsti due criteri di designazione, quello analogico che individua gli acciai con sigle letterali e numeri che ne riassumono alcune proprietà meccaniche e fisico-chimiche, e quello sequenziale o numerico (simile a quello in uso negli Stati Uniti) che classifica i materiali con cifre che rimandano a tabelle specifiche. La designazione analogica alfanumerica, adottata nella UNI EN 10027/1, suddivide ancora gli acciai in due gruppi, in base all impiego ed alle caratteristiche meccaniche o fisico-chimiche oppure in base alla composizione chimica. I primi (tab. III) sono designati con una sigla comprendente un simbolo principale indicante l impiego costituito da una o due lettere dell alfabeto, seguito dall indicazione quantitativa, valore di un carico limite unitario (di snervamento o di rottura) o di una durezza, oppure qualitativa, mediante un simbolo alfabetico, della proprietà meccanica o fisico-chimica ca-

Disegno tecnico industriale
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Volume 1