La normalizzazione dell’acciaio
Per comprendere in due parole di cosa si tratta quando parliamo di normalizzazione acciaio, basta soffermarsi sul significato della parola “normalizzare”.
“Riportare una situazione o un oggetto a uno stato considerato normale o equilibrato.”
Nel caso della metallurgia, la normalizzazione dell’acciaio è un processo che permette di conferire all’acciaio l’ottimizzazione delle sue proprietà e una maggiore lavorabilità nelle fasi successive.
Come?
Diminuendo le sue tensioni interne per raggiungere un stato di equilibrio microstrutturale.
Ecco perché la normalizzazione viene generalmente eseguita su pezzi grezzi di lavorazione a caldo per prepararli ottimamente alle ulteriori lavorazioni che dovranno affrontare.
Ma cos’è la normalizzazione dell’acciaio, come avviene e perché è così indispensabile in numerose situazioni?
Cos’è la Normalizzazione dell’Acciaio?
La normalizzazione dell’acciaio è un trattamento termico a caldo che mira a migliorare la sua struttura cristallina e le sue proprietà meccaniche.
Perché si tratta di una lavorazione indispensabile
Prima di continuare, è doveroso sottolineare che quando si ha a che fare con l’acciaio, bisogna considerare che si tratta di una lega formata principalmente da ferro e da carbonio (solitamente in piccole percentuali) e altri elementi aggiunti.
Sono proprio la composizione della lega e la quantità di carbonio presenti a determinarne caratteristiche, proprietà e applicazioni nei diversi campi e settori.
- lo zolfo serve a migliorare la lavorabilità riducendo la tenacità dell’acciaio
- l’azoto aumenta la resistenza meccanica
- il silicio conferisce più elasticità alla lega
- il molibdeno aumenta la resistenza a caldo e migliora la temprabilità
- il cromo migliora la temprabilità e la resistenza all’usura
Diverse lavorazioni dell’acciaio, però, come la laminazione a caldo, la deformazione plastica a freddo, le saldature o la tempra, possono alterare la sua struttura cristallina e causare tensioni interne nel materiale.
La tempra, per esempio, interviene migliorando la durezza dell’acciaio nel tempo ma solo superficialmente, creando differenze nella struttura fra interno ed esterno, definite tensioni.
È riscaldando di nuovo l’acciaio che si ottiene quella “normalizzazione” della struttura desiderata, essenziale per ripristinare l’equilibrio microstrutturale, garantendo stabilità e lavorabilità ottimali.
Inoltre, prepara l’acciaio per trattamenti termici successivi, come la cementazione o la tempra.
Normalizzazione: i materiali più indicati
La normalizzazione viene principalmente applicata agli acciai al carbonio, debolmente legati, utilizzati in una vasta gamma di settori industriali e strutturali.
Generalmente, possiamo estenderla ad acciai per costruzioni, componenti per carpenteria, lamiere, ma anche getti fusi in ghisa o acciaio e altre leghe di alluminio.
Normalizzazione acciaio: come avviene il processo
La normalizzazione dell’acciaio avviene attraverso un processo termico che comporta tre fasi principali:
Riscaldamento: Durante il processo di normalizzazione dell’acciaio, il materiale viene sottoposto a un riscaldamento controllato tra i 750°C e i 920°C, a una temperatura leggermente superiore (di circa 50-70 gradi) a quella necessaria per l’austenitizzazione, che è il punto in cui la ferrite si trasforma in austenite.
Questo riscaldamento, mantenuto a temperatura per circa 15 minuti, consente la formazione di una struttura più uniforme attraverso la creazione di nuovi grani austenitici più fini permettendo così il raggiungimento di un equilibrio microstrutturale ottimale.
Questo riscaldamento avviene in forni appositi e permette all’acciaio di raggiungere uno stato più duttile.
Mantenimento: Una volta raggiunta la temperatura desiderata, l’acciaio rimane a quella temperatura per un periodo di tempo sufficiente affinché la sua struttura cristallina raggiunga uno stato di equilibrio. Questo periodo di mantenimento permette all’acciaio di uniformarsi internamente.
Raffreddamento: Dopo il periodo di mantenimento, l’acciaio viene raffreddato lentamente all’aria o in un ambiente controllato (a volte sotto gas inerte per evitare ossidazioni e decarburazioni). Questo processo di raffreddamento lento consente agli atomi di acciaio di stabilizzarsi nella nuova struttura cristallina, producendo una microstruttura più uniforme e resistente.
Diversi fattori influenzano la temperatura di riscaldamento e la velocità di raffreddamento.
Tra questi: il tipo di acciaio utilizzato e la proporzione tra la superficie e il volume del pezzo lavorato.
L’aumento della temperatura rende l’acciaio più resistente ma anche più duttile.
Questo aumenta il rischio di deformazione permanente e può comportare una maggiore reazione alle tensioni interne del materiale, particolarmente influenzate dal ciclo successivo di lavorazione e dalle condizioni di utilizzo previste.
La riduzione della velocità di riscaldamento e raffreddamento offre vantaggi significativi, consentendo, ad esempio, di lavorare in profondità pezzi di dimensioni maggiori.
È essenziale adattare i processi di normalizzazione dell’acciaio alle condizioni d’uso previste per il prodotto finale. Un adeguato raffreddamento assicura che i cristalli all’interno del materiale siano più piccoli, migliorando così la resistenza complessiva della lega.
A volte può essere necessario eseguire una doppia normalizzazione a temperature diverse: la prima a temperature più elevate per uniformare la grana del materiale, e la seconda a temperature più basse per affinarla ulteriormente.
I vantaggi della normalizzazione dell’acciaio
Il processo di normalizzazione garantisce all’acciaio una serie di vantaggi significativi.
Ecco i principali:
- migliora le proprietà meccaniche, come la resistenza a impatti e sollecitazioni statiche e la resilienza (capacità di assorbimento elastico delle deformazioni)
- rende il materiale più stabile e facile da lavorare, preparandolo per successivi trattamenti
- garantisce una lavorabilità prevedibile e uniforme
Solitamente si esegue su prodotti come:
- Lamiere ad alta resilienza
- Lamiere calandrate
- Strutture saldate
- Materiali acciaiosi successivi a deformazioni plastiche a freddo
- Materiali acciaiosi successivi a sagomature a caldo
- Anelli, fondi bombati
- Pezzi prelavorati destinati a successive lavorazioni
Campi d’applicazione dell’acciaio normalizzato
Se oggi l’acciaio è diventato uno dei materiali più diffusi nei vari settori, inclusa la costruzione, è grazie alle sue caratteristiche continuamente perfezionate.
Merito di questa evoluzione sono i processi di lavorazione e i progressi tecnologici sempre più avanzati.
Attraverso processi come la normalizzazione, l’acciaio si adatta perfettamente alle esigenze specifiche, contribuendo così alla sua costante evoluzione e alla sua popolarità in vari settori industriali.
L’acciaio “normalizzato” viene impiegato per la produzione di lamiere, componenti per carpenteria, strutture saldate, getti fusi e altro ancora. La sua stabilità e le sue eccellenti proprietà meccaniche lo rendono ideale per situazioni in cui sono richiesti materiali affidabili e performanti.
Per concludere, la normalizzazione dell’acciaio non è semplicemente un passaggio nella catena di produzione, ma un processo fondamentale che contribuisce in modo significativo a garantire la qualità, l’affidabilità e le prestazioni ottimali del materiale nei diversi ambiti d’uso.
