L'acciaio è essenzialmente ferro e lega di carbonio con alcuni elementi aggiuntivi. Il processo di lega è usato per cambiare la composizione chimica dell'acciaio e migliorare le sue proprietà sull'acciaio al carbonio o regolarle per soddisfare i requisiti di una particolare applicazione.
Vantaggi degli agenti leganti d'acciaio:
Diversi elementi di lega hanno ciascuno il loro effetto sulle proprietà dell'acciaio. Alcune delle proprietà che possono essere migliorate attraverso la lega includono:
- Austenite stabilizzante : elementi quali nichel , manganese , cobalto e rame aumentano la gamma di temperature in cui esiste l'austenite.
- Ferrite stabilizzante : il cromo , il tungsteno , il molibdeno , il vanadio, l' alluminio e il silicio possono avere l'effetto di ridurre la solubilità del carbonio nell'austenite. Ciò si traduce in un aumento della quantità di carburi nell'acciaio e diminuisce l'intervallo di temperatura in cui esiste l'austenite.
- Formatura del carburo : molti metalli minori, tra cui cromo , tungsteno, molibdeno, titanio , niobio, tantalio e zirconio, formano carburi forti che - in acciaio - aumentano la durezza e la resistenza. Tali acciai sono spesso usati per produrre acciaio ad alta velocità e acciaio per utensili da lavoro a caldo.
- Grafitizzazione : il silicio, il nichel, il cobalto e l'alluminio possono ridurre la stabilità dei carburi in acciaio, favorendone la rottura e la formazione di grafite libera.
- Diminuzione della concentrazione di eutettoidi : titanio, molibdeno, tungsteno, silicio, cromo e nichel, tutto riduce la concentrazione eutettoide di carbonio.
- Aumentare la resistenza alla corrosione : alluminio, silicio e cromo formano strati protettivi di ossido sulla superficie dell'acciaio, proteggendo così il metallo da ulteriori deterioramenti in determinati ambienti.
Agenti per leghe d'acciaio comuni:
Di seguito è riportato un elenco di elementi di lega comunemente utilizzati e il loro effetto sull'acciaio (contenuto standard tra parentesi):
- Alluminio (0,95-1,30%): un disossidante. Utilizzato per limitare la crescita di granuli di austenite.
- Boro (0,001-0,003%): un agente temprabilità che migliora la deformabilità e la lavorabilità. Il boro viene aggiunto all'acciaio completamente ucciso e deve essere aggiunto solo in quantità molto piccole per avere un effetto indurente. Le aggiunte di boro sono più efficaci negli acciai a basso tenore di carbonio.
- Cromo (0,5-18%): un componente chiave degli acciai inossidabili. Con un contenuto superiore al 12 percento, il cromo migliora significativamente la resistenza alla corrosione. Il metallo migliora anche la temprabilità, la resistenza, la risposta al trattamento termico e la resistenza all'usura.
- Cobalto : migliora la resistenza alle alte temperature e alla permeabilità magnetica.
- Rame (0,1-0,4%): il più spesso trovato come agente residuo negli acciai, il rame viene anche aggiunto per produrre proprietà di indurimento delle precipitazioni e aumentare la resistenza alla corrosione.
- Piombo : Sebbene sia praticamente insolubile in acciaio liquido o solido, il piombo viene talvolta aggiunto agli acciai al carbonio tramite dispersione meccanica durante il versamento per migliorare la lavorabilità.
- Manganese (0,25-13%): aumenta la resistenza alle alte temperature eliminando la formazione di solfuri di ferro. Il manganese migliora anche la temprabilità, la duttilità e la resistenza all'usura. Come il nichel, il manganese è un elemento formatore di austenite e può essere utilizzato nella serie AISI 200 di acciai inossidabili austenitici come sostituto del nichel.
- Molibdeno (0,2-5,0%): trovato in piccole quantità negli acciai inossidabili, il molibdeno aumenta la temprabilità e la resistenza, in particolare alle alte temperature. Spesso utilizzato negli acciai austenitici al cromo-nichel, il molibdeno protegge dalla corrosione per vaiolatura causata da cloruri e sostanze chimiche sulfuree.
- Nichel (2-20%): un altro elemento legante fondamentale per gli acciai inossidabili, il nichel è aggiunto ad un contenuto di oltre l'8% in acciaio inossidabile ad alto contenuto di cromo. Il nichel aumenta la resistenza, la resistenza agli urti e la tenacità, migliorando allo stesso tempo la resistenza all'ossidazione e alla corrosione. Aumenta anche la resistenza alle basse temperature quando aggiunto in piccole quantità.
- Niobio : ha il vantaggio di stabilizzare il carbonio formando carburi duri e, quindi, si trova spesso negli acciai per alte temperature. In piccole quantità, il niobio può aumentare significativamente la resistenza allo snervamento e, in misura minore, la resistenza a trazione degli acciai e avere una moderata precipitazione rafforzando l'effetto.
- Azoto : aumenta la stabilità austenitica degli acciai inossidabili e migliora la resistenza allo snervamento in tali acciai.
- Fosforo: il fosforo viene spesso aggiunto con zolfo per migliorare la lavorabilità agli acciai bassolegati. Inoltre aggiunge forza e aumenta la resistenza alla corrosione.
- Selenio : aumenta la lavorabilità.
- Silicio (0,2-2,0%): questo metalloide migliora la resistenza, l'elasticità, la resistenza agli acidi e porta a dimensioni di granella più grandi, portando così a una maggiore permeabilità magnetica. Poiché il silicio è utilizzato in un agente disossidante nella produzione di acciaio , è quasi sempre presente in alcune percentuali in tutti i tipi di acciaio.
- Zolfo (0,08-0,15%): aggiunto in piccole quantità, lo zolfo migliora la lavorabilità senza provocare una mancanza di calore. Con l'aggiunta di manganese hot shortness è ulteriormente ridotto a causa del fatto che il solfuro di manganese ha un punto di fusione più alto del solfuro di ferro.
- Titanio : migliora la resistenza e la resistenza alla corrosione, limitando al tempo stesso le dimensioni del grano austenitico. Con il contenuto di titanio dello 0,25-0,60%, il carbonio si combina con il titanio, consentendo al cromo di rimanere ai bordi del grano e resistere all'ossidazione.
- Tungsteno : produce carburi stabili e affina la granulometria in modo da aumentare la durezza, in particolare alle alte temperature.
- Vanadio (0,15%): come il titanio e il niobio, il vanadio può produrre carburi stabili che aumentano la resistenza alle alte temperature. Promuovendo una struttura a grana fine, la duttilità può essere mantenuta.
- Zirconio (0,1%): aumenta la resistenza e limita le dimensioni dei grani. La forza può essere notevolmente aumentata a temperature molto basse (sotto lo zero). Gli acciai che includono lo zirconio fino a circa lo 0,1% di contenuto avranno dimensioni più piccole dei grani e resistono alle fratture.
Fonti: SubsTech. Sostanze e tecnologia. Effetto di elementi di lega su proprietà in acciaio. (www.substech.com) Chase Alloys. Effetti degli elementi di lega in acciaio. (www.chasealloys.co.uk)
Segui Terence su Google+