Leghe di acciaio per modificare la struttura.
Un terzo modo per modificare le proprietà dell’acciaio è l’aggiunta di elementi di lega diversi dal carbonio che producono caratteristiche non raggiungibili in acciaio al carbonio normale.
Ognuno dei circa 20 elementi utilizzati per la lega acciaio ha una netta influenza sulla microstruttura e sulla temperatura, il tempo di mantenimento e le velocità di raffreddamento a cui le microstrutture cambiano.
Modificano i punti di trasformazione tra ferrite e austenite, modificano i tassi di soluzione e di diffusione e competono con altri elementi nella formazione di composti intermetallici come carburi e nitruri.
Esiste un’enorme quantità di informazioni empiriche su come la lega influenza le condizioni di trattamento termico, le microstrutture e le proprietà.
Inoltre, esiste una buona comprensione teorica dei principi che, con l’aiuto del computer, consente agli ingegneri di prevedere le microstrutture e le proprietà dell’acciaio durante la lega, la laminazione a caldo, il trattamento termico e la formatura a freddo in alcun modo.
Un buon esempio degli effetti della lega è la realizzazione di un acciaio ad alta resistenza con una buona saldabilità.
Questo non può essere fatto usando solo carbonio come rinforzo, perché il carbonio crea zone fragili attorno alla saldatura, ma può essere fatto mantenendo basso il carbonio e aggiungendo piccole quantità di altri elementi di rinforzo, come nikel o manganese.
In linea di principio, il rafforzamento dei metalli si ottiene aumentando la resistenza delle strutture reticolari al movimento delle lussazioni.
Le dislocazioni sono guasti nei reticoli dei cristalli che rendono possibile la formazione dei metalli.
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Quando elementi come il nikel vengono mantenuti in una soluzione solida in ferrite, i loro atomi si incorporano nei reticoli di ferro e bloccano i movimenti delle lussazioni. Questo fenomeno si chiama indurimento della soluzione.
Un indurimento ancora maggiore della resistenza si ottiene dall’indurimento per precipitazione, in cui alcuni elementi (ad es. Titanio, niobio e vanadio) non rimangono nella soluzione solida in ferrite durante il raffreddamento dell’acciaio ma formano invece carburo o nitruro finemente dispersi, estremamente piccoli cristalli, che limitano efficacemente anche il flusso di lussazioni.
Inoltre, la maggior parte di questi formatori di metallo duro o nitruro generano una granulometria ridotta, poiché i loro precipitati hanno un effetto di nucleazione e rallentano la crescita dei cristalli durante la ricristallizzazione del metallo di raffreddamento.
La produzione di una granella di piccole dimensioni è un altro metodo per rafforzare l’acciaio, poiché i confini del grano limitano anche il flusso di lussazioni.
Gli elementi di lega dell’acciaio hanno una forte influenza sul trattamento termico, poiché tendono a rallentare la diffusione degli atomi attraverso i reticoli di ferro e quindi a ritardare le trasformazioni allotropiche.
Ciò significa, ad esempio, che la martensite estremamente dura, che normalmente viene prodotta per tempra rapida, può essere prodotta a velocità di raffreddamento inferiori. Ciò si traduce in una minore sollecitazione interna e, soprattutto, in una zona indurita più profonda nel pezzo.
La temprabilità migliorata si ottiene aggiungendo elementi come manganese, molibdeno, cromo, nichel e boro. Questi agenti leganti consentono anche il rinvenimento a temperature più elevate, il che genera una migliore duttilità a parità di durezza e resistenza.
