L'industria del taglio dei metalli produce un'enorme varietà di componenti, realizzati a partire da materiali diversi. Ogni materiale ha caratteristiche proprie e uniche, influenzate dagli elementi leganti, dal trattamento termico, dalla durezza, ecc. Questi, a loro volta, influiscono notevolmente sulla scelta della geometria, della qualità e dei dati di taglio da impiegare.
Classificazione dei Materiali
Dividere i materiali in sei gruppi diversi non fornisce informazioni sufficienti per selezionare la geometria, la qualità e i dati di taglio corretti dell'utensile da taglio. I gruppi di materiali devono quindi essere ulteriormente suddivisi in sottogruppi. Sandvik Coromant ha utilizzato il sistema di codici CMC (Coromant Material Classification) per identificare e descrivere i materiali di diversi fornitori, standard e mercati. Al fine di fornire raccomandazioni ancora più specifiche per contribuire a migliorare la produttività, Sandvik Coromant ha generato una nuova classificazione dei materiali. Descrivendo non solo la composizione del materiale, ma anche il processo di produzione e il trattamento termico, che senza dubbio influenza le proprietà meccaniche, è possibile ottenere una descrizione più precisa.
I materiali sono generalmente classificati secondo le norme ISO:
- ISO P - Gli acciai rappresentano il gruppo di materiali più grande, che va dai materiali non legati a quelli fortemente legati, compresi i getti di acciaio e gli acciai inossidabili ferritici e martensitici.
- ISO M - Gli acciai inossidabili sono materiali legati contenenti almeno il 12% di cromo. Altre leghe possono includere nichel e molibdeno. Diverse condizioni, come ferritico, martensitico, austenitico ed austenitico-ferritico (duplex), creano una vasta gamma di materiali.
- ISO K - La ghisa, contrariamente all'acciaio, è un tipo di materiale a truciolo corto. Le ghise grigie (GCI) e le ghise malleabili (MCI) sono abbastanza facili da lavorare, mentre le ghise nodulari (NCI), le ghise compatte (CGI) e le ghise austemperate (ADI) sono più difficili.
- ISO N - I metalli non ferrosi sono metalli più teneri, come l'alluminio, il rame, l'ottone, ecc. L'alluminio con un contenuto di Si del 13% è molto abrasivo.
- ISO S - Le superleghe resistenti al calore includono un gran numero di materiali fortemente legati a base di ferro, nichel, cobalto e titanio. Sono appiccicosi, creano tagliente di riporto, si induriscono durante la lavorazione (incrudimento) e generano calore.
- ISO H - Questo gruppo comprende acciai con durezza compresa tra 45-65 HRc, nonché ghisa fusa in conchiglia intorno a 400-600 HB. La durezza li rende difficili da lavorare.
- O (altro): non ISO. Termoplastici, termoindurenti, GFRP (polimero/plastica rinforzata con fibra di vetro), CFRP (plastica rinforzata con fibra di carbonio), compositi in fibra di carbonio, plastica rinforzata con fibra aramidica, gomma dura, grafite (tecnica).
Lavorabilità dei Materiali
Materiale da taglio (qualità) con i suoi costituenti, ad es. Le scelte di cui sopra avranno la massima influenza sulla lavorabilità del materiale da trattare. La lavorabilità non ha una definizione diretta, a differenza delle qualità o dei numeri. In senso lato, comprende la capacità del materiale del pezzo di lavorare, l'usura che crea sul tagliente e la formazione del truciolo che si può ottenere. Da questo punto di vista, un acciaio al carbonio debolmente legato è più facile da tagliare rispetto ai più esigenti acciai inossidabili austenitici. Si ritiene che l'acciaio debolmente legato abbia una lavorabilità migliore rispetto all'acciaio inossidabile. Il concetto di "buona lavorabilità" significa generalmente un'azione di taglio indisturbata e una discreta durata del tagliente. La maggior parte delle valutazioni della lavorabilità di un determinato materiale viene effettuata mediante prove pratiche e i risultati vengono confrontati con quelli di un altro tipo di materiale nelle stesse condizioni.
Le inclusioni nell'acciaio hanno un'influenza importante sulla lavorabilità, anche se rappresentano percentuali molto piccole della composizione totale. Questa influenza può essere sia negativa che positiva. Ad esempio, l'alluminio (Al) viene utilizzato per disossidare il ferro fuso. Tuttavia, l'alluminio forma allumina abrasiva dura (Al2O3), che ha un effetto negativo sulla lavorabilità (confrontare il rivestimento di allumina su un inserto). Negli acciai non legati, il tenore di carbonio è solitamente solo dello 0,8%, mentre gli acciai legati hanno ulteriori elementi leganti. La durezza varia da 90 a 350HB. Gli usi predominanti includono: acciaio da costruzione, acciaio strutturale, prodotti imbutiti e stampati, acciaio per recipienti a pressione e una varietà di acciai fusi. Le difficoltà di rottura del truciolo e la tendenza all'incollamento (tagliente di riporto) richiedono un'attenzione particolare negli acciai a basso tenore di carbonio (< 0,25%). Velocità di taglio elevate e taglienti e/o geometrie affilati, con petto di spoglia positivo e qualità rivestite sottili, riducono la tendenza all'incollamento. In tornitura, è consigliabile che la profondità di taglio rimanga vicina o superiore al raggio di punta per migliorare il controllo truciolo. In generale, la lavorabilità è molto buona per gli acciai temprati.
Leggi anche: Adesivi: Resistenza al Calore e Performance
Acciai Legati e Inossidabili
Gli acciai debolmente legati sono i materiali attualmente più comunemente disponibili nel taglio dei metalli. Gli acciai per recipienti a pressione legati a Mo e Cr sono utilizzati per temperature più elevate. Gli usi generali includono: assali, alberi, acciai strutturali, tubi e forgiati. La lavorabilità degli acciai debolmente legati dipende dal contenuto di lega e dal trattamento termico (durezza). Gli acciai fortemente legati includono acciai al carbonio con un contenuto totale di lega superiore al 5%. In generale, la lavorabilità diminuisce con l'aumento del tenore di lega e della durezza. Mo e N riducono la lavorabilità.
La microstruttura di un acciaio inossidabile dipende principalmente dalla sua composizione chimica, in cui i principali componenti della lega cromo (Cr) e nichel (Ni) sono i più importanti. In realtà, la variazione può essere ampia a causa dell'influenza di altri componenti della lega che cercano di stabilizzare l'austenite o la ferrite. La struttura può anche essere modificata mediante trattamento termico o, in alcuni casi, mediante stampaggio a freddo. Dal punto di vista della lavorabilità, gli acciai inossidabili ferritici e martensitici sono classificati come ISO P. Il tenore normale di Cr è del 12-18%. Gli acciai inossidabili martensitici hanno un tenore di carbonio relativamente alto, che li rende temprabili. Gli acciai ferritici hanno proprietà magnetiche. Spesso utilizzato in applicazioni che richiedono resistenza alla corrosione limitata. Il materiale ferritico ha un costo relativamente basso a causa del limitato contenuto di Ni. In generale, la lavorabilità è buona e molto simile a quella degli acciai debolmente legati. Pertanto è classificato come materiale ISO P. L'elevato tenore di carbonio (>0,2%) consente l'indurimento del materiale. La lavorazione provoca usura sul fianco e craterizzazione con tagliente di riporto.
Gli acciai austenitici sono il gruppo principale degli acciai inossidabili; la composizione più comune è il 18% di Cr e l'8% di Ni (ad es. acciai 18/8, tipo 304). Un acciaio con una migliore resistenza alla corrosione viene creato aggiungendo il 2-3% di molibdeno, che viene spesso chiamato "acciaio resistente agli acidi" (tipo 316). Il gruppo MC comprende anche acciai inossidabili superaustenitici con contenuto di Ni superiore al 20%. Gli acciai austenitici indurenti per precipitazione (PH) hanno una struttura austenitica allo stato trattato termicamente e un contenuto di Cr del >16% e un contenuto di Ni del >7%, con circa l'1% di alluminio (Al). Utilizzato in componenti in cui è richiesta una buona resistenza contro la corrosione. Ottima saldabilità e buone proprietà alle alte temperature. Le applicazioni includono: industrie chimiche, della cellulosa e della trasformazione alimentare e collettori di scarico per aerei. L'incrudimento produce superfici dure e trucioli duri, che a loro volta portano all'usura ad intaglio. Inoltre, crea adesione e produce tagliente di riporto (BUE). Ha una lavorabilità relativa del 60%. La condizione di indurimento può strappare il materiale del rivestimento e del substrato dal bordo, con conseguente scheggiatura e finitura superficiale insoddisfacente. L'austenite produce trucioli tenaci, lunghi e continui, difficili da rompere. L'aggiunta di S migliora la lavorabilità, ma riduce anche la resistenza alla corrosione. Utilizzare spigoli vivi con geometria positiva. Tagliare sotto lo strato incrudito. Mantenere costante la profondità di taglio.
Aggiungendo Ni ad un acciaio inossidabile ferritico a base di Cr, si formerà una struttura/matrice di base mista, contenente sia ferrite che austenite. Questo è chiamato acciaio inossidabile duplex. I materiali duplex hanno un'elevata resistenza alla trazione e alla corrosione. Denominazioni come super-duplex e hyper-duplex indicano un contenuto più elevato di elementi leganti e una resistenza alla corrosione ancora migliore. Un tenore di Cr compreso tra il 18 e il 28% ed un tenore di Ni compreso tra il 4 e il 7% sono comuni negli acciai duplex e produrranno una quota ferritica del 25-80%. Utilizzato in macchine per l'industria chimica, alimentare, edile, medica, della cellulosa e della carta e in processi che includono acidi o cloro. La lavorabilità relativa è generalmente scarsa, 30%, a causa dell'elevato limite di snervamento e dell'elevata resistenza alla trazione. Un tenore più elevato di ferrite, superiore al 60%, migliora la lavorabilità. Durante la lavorazione, i trucioli diventano molto tenaci, a loro volta possono provocare il martellamento dei trucioli e generare forze di taglio elevate. Per evitare l'usura ad intaglio e la formazione di bave, è preferibile utilizzare angoli di registrazione piccoli.
Ghisa: Caratteristiche e Lavorabilità
La ghisa è un composto di Fe-C con una percentuale relativamente alta di Si (1-3%). Il tenore di carbonio è superiore al 2%, che corrisponde alla massima solubilità del carbonio nella fase austenitica. Materiale a truciolo corto con buon controllo truciolo nella maggior parte delle condizioni. Le ghise vengono tradizionalmente lavorate a secco, ma possono essere utilizzate anche in condizioni a umido, principalmente per ridurre al minimo la contaminazione da polveri da carbonio e ferro. HB. La ghisa bianca può raggiungere una durezza superiore a 500 HB a velocità di raffreddamento rapide in cui il carbonio reagisce con il ferro per formare un carburo Fe3C (cementite), invece di essere presente come carbonio libero. Dal punto di vista della lavorabilità, le ghise sono classificate in ghisa malleabile, grigia, nodulare, a grafite compatta (CGI) e ghisa sferoidale austemperata (ADI).
Leggi anche: Alternativa allo zucchero per cuocere
La ghisa malleabile viene prodotta da una matrice di ferro simile a quella bianca, che viene quindi trattata termicamente in due fasi, producendo una struttura di ferrite + perlite + carbonio temprato, che porta a grani di grafite irregolari rispetto alla struttura lamellare più fratturante della ghisa grigia. I componenti fabbricati da MCI includono: cuscinetti degli assi, ruote cingolate, raccordi per tubi e ingranaggi ad alta resistenza. La ghisa malleabile ha una resistenza alla trazione maggiore rispetto alla GCI e assomiglia all'NCI in termini di lavorabilità, ma entrambe hanno generalmente eccellenti proprietà di lavorazione. La ghisa grigia ha una bassa resistenza agli urti, genera basse forze di taglio e la lavorabilità è molto buona. L'usura viene creata nel processo di taglio solo dall'abrasione; Non c'è usura chimica. La ghisa grigia viene spesso legata con Cr per migliorarne le proprietà meccaniche.
La ghisa nodulare ha grafite di forma sferica e le caratteristiche principali sono una buona rigidità (modulo di Young); buona resistenza agli urti = materiale tenace, non fragile; buona resistenza alla trazione; cattive proprietà di smorzamento, non assorbe le vibrazioni nel motore; Cattiva conducibilità termica, maggiore calore nel processo di taglio. La ghisa nodulare ha una forte tendenza a formare un tagliente di riporto. Questa tendenza è più forte per i materiali NCI più teneri con un contenuto ferritico più elevato. Quando si lavorano componenti ad alto contenuto ferritico e con tagli interrotti, l'usura da adesione è spesso il meccanismo di usura dominante. Il problema dell'adesione è meno pronunciato con i materiali NCI più duri che hanno un contenuto perlitico più elevato.
Il CGI è un materiale in grado di soddisfare sia le crescenti esigenze di robustezza che di riduzione del peso, pur mantenendo una ragionevole lavorabilità. Le caratteristiche termiche e di smorzamento del CGI sono comprese tra NCI e GCI. La resistenza alla fatica del metallo è doppia rispetto a quella della ghisa grigia. Le particelle di grafite nella CGI sono allungate e orientate in modo casuale, come nella ghisa grigia, ma sono più corte, più spesse e hanno bordi arrotondati. La morfologia simile al corallo in CGI, insieme ai bordi arrotondati e alle superfici irregolari e irregolari delle particelle di grafite, fornisce una forte adesione tra la grafite e la matrice di ferro. Questo è il motivo per cui le proprietà meccaniche sono così migliorate nella CGI, rispetto alla ghisa grigia. Il CGI è particolarmente adatto per la produzione di motori, dove sono necessari materiali più leggeri e resistenti, in grado di assorbire più potenza. Il peso del solo blocco motore può essere ridotto di circa il 20% rispetto a un blocco motore realizzato in GCI. Dal punto di vista della lavorabilità, la ghisa a grafite compatta si colloca tra la ghisa grigia e quella nodulare. Con una resistenza alla trazione da due a tre volte superiore rispetto alla ghisa grigia e una minore conducibilità termica, la lavorazione del CGI genera forze di taglio più elevate e più calore nella zona di taglio. Le lavorazioni più comuni sono la spianatura e la barenatura dei cilindri.
La ghisa duttile austemperata costituisce una famiglia di ghise trattate termicamente. Il trattamento termico di austempering converte la ghisa duttile in ghisa...
Lamine di Tantalio: Resistenza e Applicazioni
Le lamine di tantalio sono apprezzate per la loro capacità di operare in ambienti estremi. Hanno un elevato punto di fusione e offrono un'eccellente resistenza alla corrosione. Queste lamine funzionano bene negli impianti di lavorazione chimica e in situazioni in cui le alte temperature possono danneggiare altri materiali. In molte operazioni industriali, i materiali subiscono attacchi termici e chimici. Il tantalio, tuttavia, resiste a queste sfide. Se esposto a sostanze chimiche aggressive, forma uno strato di ossido stabile che funge da barriera protettiva. Il processo di utilizzo delle lamine di tantalio in un'applicazione è semplice. Il foglio può essere formato in fogli sottili e incollato ad altre strutture di supporto. In ambienti ad alta temperatura, questa lamina funge da eccellente barriera termica.
Leggi anche: Guida completa all'acciaio resistente al calore
In questi casi, la resistenza della lamina agli attacchi chimici viene testata per lunghi periodi. Molti progetti hanno dimostrato che, anche dopo anni di esposizione, il foglio di tantalio mantiene la sua integrità. Il materiale è anche abbastanza flessibile da poter essere modellato e saldato in nuovi progetti, il che lo rende vantaggioso rispetto ai metalli più pesanti e ingombranti. Le lamine di tantalio hanno conquistato un posto di rilievo nelle industrie che si occupano di alte temperature, sostanze corrosive e ambienti chimicamente aggressivi. La loro capacità di formare uno strato di ossido protettivo e di resistere alla rottura le rende un'opzione affidabile per le applicazioni critiche. Sia che vengano utilizzate nei reattori chimici, negli scambiatori di calore o come rivestimenti resistenti alla corrosione, le lamine di tantalio hanno prestazioni affidabili nel tempo.
Chin Trento ha conseguito una laurea in chimica applicata presso l'Università dell'Illinois. Il suo background formativo gli fornisce un'ampia base da cui partire per affrontare molti argomenti. Da oltre quattro anni lavora alla scrittura di materiali avanzati presso lo Stanford Advanced Materials (SAM). Il suo scopo principale nello scrivere questi articoli è quello di fornire ai lettori una risorsa gratuita ma di qualità.
tags: #attacchi #resistenti #al #calore #metallurgia