Materiali del pezzo

Gruppi di materiali del pezzo

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. Per facilitare la scelta, i materiali dei pezzi da lavorare sono stati suddivisi in sei grandi gruppi, in conformità con lo standard ISO, e ogni gruppo ha proprietà uniche in termini di lavorabilità:

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. La lavorabilità è generalmente buona, ma differisce leggermente a seconda della durezza del materiale, del tenore di carbonio, ecc.

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. Una caratteristica comune a tutti questi materiali è che i taglienti sono esposti a grandi quantità di calore, usura ad intaglio e tagliente di riporto.

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. Tutte le ghise contengono SiC, che ha un'azione molto abrasiva sul tagliente.

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. Generalmente, per gli inserti con spigoli taglienti, è possibile prevedere velocità di taglio elevate e lunga durata utensile.

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. Sono molto simili ai materiali ISO M, ma sono molto più difficili da tagliare e riducono la durata dei taglienti degli inserti.

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. Generano calore durante il taglio e sono molto abrasivi per il tagliente.

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). Al giorno d'oggi, diversi settori industriali stanno utilizzando i compositi in misura crescente, soprattutto nell'industria aerospaziale.

Classificazione dei materiali dei pezzi in base ai codici MC

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. Con il sistema CMC, i materiali vengono classificati in base alla lavorabilità e Sandvik Coromant fornisce anche raccomandazioni sui dati di attrezzamento e lavorazione.

Al fine di fornire raccomandazioni ancora più specifiche per contribuire a migliorare la produttività, Sandvik Coromant ha generato una nuova classificazione dei materiali. Ha una struttura più dettagliata, include più sottogruppi e contiene informazioni separate su tipo, contenuto di carbonio, processo di produzione, trattamento termico, durezza, ecc.

Struttura dei codici MC

La struttura è pensata in modo che il codice MC possa rappresentare tutta una serie di proprietà e caratteristiche del materiale usando una combinazione di lettere e numeri.

Esempio 1

Il codice P1.2.Z.AN
P è il codice ISO dell'acciaio
1 è il gruppo di materiali acciaio non legato
2 è il sottogruppo del materiale per il tenore di carbonio >0,25% ≤ 0,55% C
Z è il processo di fabbricazione: forgiato/laminato/trafilato a freddo
AN è il trattamento termico, ricotto, fornito con valori di durezza

Esempio 2

N1.3.C.AG
N è il codice ISO per i metalli non ferrosi
1 è il gruppo di materiali alluminio
3 è il sottogruppo dell'alluminio con tenore di Si 1-13%
C è il processo di fabbricazione: fusione
AG è per il trattamento termico: invecchiamento

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. Questo può essere utilizzato per generare raccomandazioni migliori sui dati di taglio.

Definizione di lavorabilità

Di norma, sono tre i fattori principali che devono essere identificati per determinare la lavorabilità di un materiale, ovvero la sua capacità di essere lavorato.

1. Classificazione del materiale del pezzo da lavorare da un punto di vista metallurgico/meccanico.
2. La geometria del tagliente da utilizzare, a livello micro e macro.
3. Materiale da taglio (qualità) con i suoi costituenti, ad es. metallo duro rivestito, ceramica, CBN o PCD, ecc.

Le scelte di cui sopra avranno la massima influenza sulla lavorabilità del materiale da trattare. Altri fattori coinvolti sono: dati di taglio, forze di taglio, trattamento termico del materiale, crosta superficiale, inclusioni metallurgiche, portautensile, condizioni generali di lavorazione, ecc.

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. In queste prove vengono presi in considerazione altri fattori, come microstruttura, tendenza all'incollamento, macchina utensile, stabilità, rumore, durata tagliente, ecc.

Acciaio ISO P

• Codici MC per acciai
• Acciaio non legato – P 1.1-1.5
• Acciaio debolmente legato – P 2.1-2.6
• Acciaio fortemente legato – P 3.0-3.2

Che cos'è l'acciaio ISO P?

• L'acciaio è il gruppo di materiali da lavorare più grande nel settore del taglio dei metalli
• Gli acciai possono essere non temprati, oppure bonificati con una durezza comune fino a 400 HB. Gli acciai con una durezza superiore a circa 48 HRC e fino a 62-65 HRC appartengono alla norma ISO H
• L'acciaio è una lega che ha come componente principale il ferro (a base di Fe)
• Gli acciai non legati hanno un tenore di carbonio inferiore allo 0,8% e sono composti esclusivamente da ferro (Fe), senza altri elementi leganti
• Gli acciai legati hanno un tenore di carbonio inferiore all'1,7% e contengono elementi leganti come Ni, Cr, Mo, V e W
• Gli acciai debolmente legati contengono elementi leganti inferiori al 5%
• Gli acciai fortemente legati contengono oltre il 5% di elementi leganti

Lavorabilità in generale

• La lavorabilità dell'acciaio varia a seconda degli elementi leganti, del trattamento termico e del processo di produzione (forgiato, laminato, fuso, ecc.)
• In generale, il controllo truciolo è relativamente facile e fluido
• Gli acciai a basso tenore di carbonio producono trucioli più lunghi, con tendenza all'incollamento e taglienti affilati.
• Forza di taglio specifica k_c1: 1400-3100 N/mm
• Le forze di taglio, e quindi la potenza necessaria per lavorarle, rimangono entro un campo limitato

Elementi leganti

C influenza la durezza (un contenuto più elevato aumenta l'usura abrasiva). Un basso tenore di carbonio <0,2% aumenta l'usura per adesione, che porta alla formazione di tagliente di riporto e alla rottura inadeguata dei trucioli.

Cr, Mo, W, V, Ti, Nb (formatori di carburi) – aumentano l'usura per abrasione.

O ha una grande influenza sulla lavorabilità; Forma inclusioni non metalliche, ossidiche e abrasive.

Al, Ti, V, Nb sono utilizzati come trattamento a grana fine dell'acciaio. Rendono l'acciaio più tenace e più difficile da lavorare.

P, C, N nella ferrite, riduce la duttilità aumentando l'usura adesiva.

Effetto positivo

Il Pb nell'acciaio a lavorabilità libera (con basso punto di fusione) riduce l'attrito tra truciolo e inserto, riduce l'usura e migliora la truciolabilità.

Ca, Mn (+S) formano solfuri lubrificanti morbidi. L'elevato tenore di zolfo S migliora la lavorabilità e la truciolabilità.

Lo zolfo (S) ha un effetto benefico sulla lavorabilità. Piccole differenze, come quelle tra lo 0,001% e lo 0,003%, possono avere effetti sostanziali sulla lavorabilità. Questo effetto viene utilizzato negli acciai a lavorabilità migliorata. Un tenore di zolfo di circa lo 0,25% è tipico. Lo zolfo forma inclusioni di solfuro di manganese tenero (MnS) che formano uno strato lubrificante tra il truciolo e il tagliente. MnS migliora anche la rottura dei trucioli. Il piombo (Pb) ha un effetto simile ed è spesso usato in combinazione con S negli acciai a lavorabilità migliorata a livelli di circa lo 0,25%.

Sia in positivo che in negativo

Si, Al, Ca formano inclusioni di ossido che aumentano l'usura. 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). Questo effetto negativo può, tuttavia, essere contrastato aggiungendo calcio (Ca), che formerà un guscio morbido attorno alle particelle abrasive.

• L'acciaio fuso ha una struttura superficiale ruvida, che può includere sabbia e scorie, e pone elevati requisiti sulla tenacità del tagliente
• L'acciaio laminato ha una granulometria piuttosto grande, che rende la struttura irregolare e provoca variazioni nelle forze di taglio
• L'acciaio forgiato ha una granulometria più piccola ed è più uniforme nella struttura, il che genera meno problemi al taglio

Codici MC per acciai

Dal punto di vista della lavorabilità, gli acciai sono classificati in acciai non legati, debolmente legati, fortemente legati e sinterizzati.

Acciaio non legato – P 1.1-1.5

Definizione

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. Un tenore di carbonio più elevato (>0,2%) consente l'indurimento del materiale.

Componenti comuni

Gli usi predominanti includono: acciaio da costruzione, acciaio strutturale, prodotti imbutiti e stampati, acciaio per recipienti a pressione e una varietà di acciai fusi. Gli usi generali includono: assali, alberi, tubi, forgiati e costruzioni saldate (C<0,25%).

Lavorabilità

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. Tuttavia, tendono a generare un'usura sul fianco relativamente grande sui taglienti.

Acciaio debolmente legato – P 2.1-2.6

Definizione

Gli acciai debolmente legati sono i materiali attualmente più comunemente disponibili nel taglio dei metalli. Il gruppo comprende sia materiali teneri che temprati (fino a 50 HRc).

Componenti comuni

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. Esempi di componenti per l'industria automobilistica sono: bielle, alberi a camme, giunti omocinetici, mozzi ruota, pignoni di sterzo.

Lavorabilità

La lavorabilità degli acciai debolmente legati dipende dal contenuto di lega e dal trattamento termico (durezza). Per tutti i materiali del gruppo, i meccanismi di usura più comuni sono la craterizzazione e l'usura sul fianco.

I materiali temprati producono maggiore calore nella zona di taglio e possono provocare la deformazione plastica del tagliente.

Acciaio fortemente legato – P 3.0-3.2

Definizione

Gli acciai fortemente legati includono acciai al carbonio con un contenuto totale di lega superiore al 5%. Questo gruppo include sia materiali teneri che temprati (fino a 50 HRc).

Componenti comuni

Gli usi tipici di questi acciai includono: parti di macchine utensili, stampi, componenti idraulici, cilindri e utensili da taglio (HSS).

Lavorabilità

In generale, la lavorabilità diminuisce con l'aumento del tenore di lega e della durezza. Ad esempio, con elementi leganti del 12-15% e durezza fino a 450 HB, il tagliente ha bisogno di una buona resistenza al calore per resistere alla deformazione plastica.

Acciaio inossidabile ISO M

• Codici MC per acciaio inossidabile
• Acciaio inossidabile ferritico e martensitico – P5.0-5.1
• Acciaio inossidabile austenitico e superaustenitico – M1.0-2.0
• Acciaio inossidabile duplex – M 3.41-3.42

Che cos'è l'acciaio inossidabile ISO M?

• Una lega che ha come costituente principale il ferro (Fe)
• Ha un contenuto di cromo superiore al 12%
• Ha un tenore di carbonio generalmente basso (C ≤ 0,05 %)
• Varie aggiunte di Nichel (Ni), Cromo (Cr), Molibdeno (Mo), Niobio (Nb) e Titanio (Ti) forniscono diverse caratteristiche, come resistenza alla corrosione e robustezza alle alte temperature
• Il cromo si combina con l'ossigeno (O) per creare uno strato passivante di Cr2O3 sulla superficie dell'acciaio, che conferisce al materiale una proprietà non corrosiva

Lavorabilità in generale

La lavorabilità degli acciai inossidabili varia a seconda degli elementi leganti, del trattamento termico e dei processi di lavorazione (forgiati, fusi, ecc.) In generale, la lavorabilità diminuisce con un tenore di lega più elevato, ma in tutti i gruppi di acciai inossidabili sono disponibili materiali a lavorabilità libera o a lavorabilità migliorata.

• Materiale a truciolo lungo
• Il controllo truciolo è discreto nei materiali ferritici/martensitici e diventa più complesso nei tipi austenitici e duplex
• Forza di taglio specifica: 1800-2850 N/mm
• La lavorazione genera elevate forze di taglio, tagliente di riporto, calore e superfici incrudite
• La struttura austenitica ad alto contenuto di azoto (N) aumenta la robustezza e fornisce una certa resistenza contro la corrosione, ma riduce la lavorabilità, mentre aumenta l'indurimento per deformazione
• Le aggiunte di zolfo (S) sono utilizzate per migliorare la lavorabilità
• L'elevato tenore di C (>0,2%) provoca un'usura sul fianco relativamente grande
• Mo e N riducono la lavorabilità. Tuttavia, forniscono resistenza agli attacchi acidi e contribuiscono alla resistenza alle alte temperature
• SANMAC (nome commerciale di Sandvik) è un materiale la cui lavorabilità è migliorata ottimizzando la quota in volume di solfuri e ossidi, senza sacrificare la resistenza alla corrosione

Codici MC per acciaio inossidabile

Identificazione del gruppo di materiali da lavorare

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 (vedi diagramma). 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. Gli acciai inossidabili ferritici o austenitici hanno una maggiore resistenza alla trazione.

Acciai austenitici

Acciai austenitico-ferritici (duplex)

Acciai al cromo ferritico

Acciai martensitici al cromo

Acciaio inossidabile ferritico e martensitico – P5.0-5.1

Definizione

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%. Sono presenti solo piccole aggiunte di altri elementi leganti.

Gli acciai inossidabili martensitici hanno un tenore di carbonio relativamente alto, che li rende temprabili. Gli acciai ferritici hanno proprietà magnetiche. La saldabilità è bassa sia per i materiali ferritici che per quelli martensitici e la resistenza alla corrosione medio-bassa, che aumenta con il maggior tenore di Cr.

Componenti comuni

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. Esempi di applicazione sono: alberi per pompe, turbine, turbine a vapore e ad acqua, dadi, bulloni, scaldacqua per acqua calda, industria della cellulosa e della lavorazione degli alimenti a causa dei minori requisiti di resistenza alla corrosione.

Gli acciai martensitici possono essere temprati e vengono utilizzati per i taglienti dell'acciaio per posate, lamette da barba, strumenti chirurgici, ecc.

Lavorabilità

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. Le qualità e le geometrie ISO P funzionano bene.

Acciaio inossidabile austenitico e superaustenitico – M1.0-2.0

Definizione

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). Un tipico acciaio indurito per precipitazione è l'acciaio 17/7 PH.

Componenti comuni

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. Le buone proprietà meccaniche vengono migliorate dalla lavorazione a freddo.

Lavorabilità

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. Genera molto calore durante la lavorazione.

Acciaio inossidabile duplex – M 3.41-3.42

Definizione

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%. La fase ferrite e quella austenitica sono solitamente presenti a temperatura ambiente rispettivamente al 50-50%.

Componenti comuni

Utilizzato in macchine per l'industria chimica, alimentare, edile, medica, della cellulosa e della carta e in processi che includono acidi o cloro. Spesso utilizzato per apparecchiature legate all'industria petrolifera e del gas off-shore.

Lavorabilità

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. Durante il taglio, genera molto calore che può causare deformazione plastica e grave usura per craterizzazione.

Per evitare l'usura ad intaglio e la formazione di bave, è preferibile utilizzare angoli di registrazione piccoli. La stabilità nel bloccaggio degli utensili e nel fissaggio del pezzo è essenziale.

Ghisa ISO K

• Codici MC per ghisa
• Ghisa malleabile (MCI) K 1.1-1.2 e ghisa grigia (GCI) K 2.1-2.3
• Ghisa nodulare (NCI) K 3.1-3.5
• Ghisa a grafite compatta (CGI) K 4.1-4.2
• Ghisa duttile austemperata (ADI) K 5.1- 5.3

Che cos'è la ghisa ISO K?

Esistono 5 tipi principali di ghisa:

• Ghisa grigia (GCI)
• Ghisa malleabile (MCI)
• Ghisa nodulare (NCI)
• Ghisa a grafite compatta (CGI)
• Ghisa duttile austemperata (ADI)

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. Cr (cromo), Mo (molibdeno) e V (vanadio) formano dei carburi che aumentano robustezza e durezza ma riducono la lavorabilità.

Lavorabilità in generale

• Materiale a truciolo corto con buon controllo truciolo nella maggior parte delle condizioni. Forza di taglio specifica: 790 – 1350 N/mm
• La lavorazione ad alta velocità, soprattutto su ghise con inclusioni di sabbia, provoca usura da abrasione
• NCI, CGI e ADI richiedono un'attenzione in più a causa delle diverse proprietà meccaniche e della presenza di grafite nella matrice, rispetto alla normale GCI
• Le ghise vengono spesso lavorate con inserti negativi, che forniscono taglienti robusti e applicazioni sicure
• Per garantire una buona resistenza all'usura, i substrati in metallo duro devono essere duri e i rivestimenti in ossido di alluminio di spessore
• 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. Sono disponibili anche qualità adatte ad applicazioni con adduzione di refrigerante

Influenza della durezza

• L'influenza della durezza legata alla lavorabilità della ghisa segue le stesse regole di qualsiasi altro materiale
• Ad esempio, ADI (ghisa duttile austemperata) e CGI (ghisa a grafite compatta) e NCI (ghisa nodulare) hanno durezze fino a 300-400 HB
• HB. MCI e GCI in media 200-250 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. Le ghise bianche sono molto abrasive e difficili da lavorare

Codici MC per ghisa

Dal punto di vista della lavorabilità, le ghise sono classificate in ghisa malleabile, grigia, nodulare, a grafite compatta (CGI) e ghisa sferoidale austemperata (ADI). Alcune delle durezze superiori si riscontrano nella ghisa nodulare e nelle DGA.

Il trattamento termico di austempering converte la ghisa duttile (NCI) in ghisa sferoidale austemperata (ADI).

Ghisa malleabile (MCI) K 1.1-1.2 e ghisa grigia (GCI) K 2.1-2.3

Definizione

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. Ciò significa che il materiale malleabile è meno sensibile alle cricche e i suoi valori di resistenza alla rottura e allungamento sono più elevati.

La ghisa grigia ha la grafite nella tipica forma lamellare e le caratteristiche principali sono: bassa resistenza agli urti (comportamento fragile); buona conducibilità termica, minore calore quando il motore è in funzione e basso calore nel processo di taglio; Buone proprietà antivibranti, assorbe le vibrazioni nel motore.

Componenti comuni

I componenti fabbricati da MCI includono: cuscinetti degli assi, ruote cingolate, raccordi per tubi e ingranaggi ad alta resistenza. I componenti prodotti da GCI includono: padelle, blocchi motore, cilindri per compressori, ingranaggi e scatole del cambio.

Lavorabilità

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. In generale, la ghisa con struttura perlitica aumenta l'usura abrasiva, mentre le strutture ferritiche aumentano l'usura adesiva.

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. Una maggiore robustezza comporta una minore lavorabilità.

Ghisa nodulare (NCI) K 3.1-3.5

Definizione

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. Rispetto a GCI, la grafite in NCI si presenta sotto forma di noduli, il che contribuisce a migliorare le proprietà di trazione e la tenacità.

Componenti comuni

Mozzi, tubi, rulli, collettori di scarico, alberi motore, scatole del differenziale, cappucci dei cuscinetti, collettori di scarico, piastre di base, alloggiamenti del turbocompressore, dischi della frizione e volani.

Gli alloggiamenti dei turbocompressori e i collettori di scarico sono spesso realizzati in ghisa legata SiMo, più resistente al calore.

Lavorabilità

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. Ciò può causare problemi di sfaldamento del rivestimento.

Il problema dell'adesione è meno pronunciato con i materiali NCI più duri che hanno un contenuto perlitico più elevato. In questo caso, è più probabile che si verifichino usura per abrasione e/o deformazione plastica.

Ghisa a grafite compatta (CGI) K 4.1-4.2

Definizione

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. La CGI con un contenuto perlitico inferiore al 90% è la più comune.

Componenti comuni

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. Altri esempi sono le testate dei cilindri e i freni a disco.

Lavorabilità

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. Un maggiore tenore di titanio nel materiale CGI influisce negativamente sulla durata utensile.

Le lavorazioni più comuni sono la spianatura e la barenatura dei cilindri. Invece della barenatura a cilindro, il passaggio alla fresatura circolare può migliorare sia la durata utensile che la produttività.

Ghisa duttile austemperata (ADI) K 5.1- 5.3

Definizione

La ghisa duttile austemperata costituisce una famiglia di ghise trattate termicamente. Il trattamento termico di austempering converte la ghisa duttile in ghisa duttile austemperata (ADI), le cui caratteristiche includono eccellenti caratteristiche di resistenza, tenacità e fatica. Per unità di peso, il sistema ADI è più robusto dell'alluminio e resistente all'usura come l'acciaio. I valori di resistenza alla trazione e allo snervamento sono due volte superiori a quelli della ghisa sferoidale standard. La resistenza alla fatica è superiore del 50% e può essere migliorata con la pallinatura o la rullatura del filetto.

Componenti comuni

I getti ADI stanno sempre più sostituendo i forgiati e i getti in acciaio, le costruzioni saldate, l'acciaio cementato e l'alluminio grazie alle sue prestazioni superiori. I suoi usi dominanti sono nell'industria automobilistica, dove viene utilizzato per parti di sospensioni e trasmissioni, ecc. Viene utilizzato anche nei settori dell'energia/energia e dell'estrazione mineraria e delle costruzioni.

Lavorabilità

Ci si può aspettare una riduzione del 40-50% della durata del tagliente rispetto a NCI. La resistenza alla trazione e la duttilità dell'ADI sono simili a quelle dell'acciaio, ma il processo di formazione del truciolo classifica l'ADI come ghisa duttile (formazione di trucioli segmentati). La microdurezza della DGA è superiore rispetto agli acciai di durezza comparabile. I gradi con DGA più elevata contengono particelle dure nella microstruttura. Gli elevati carichi termici e meccanici, dovuti all'elevata resistenza e duttilità, concentreranno l'usura vicino al tagliente a causa del processo di formazione del truciolo segmentato e l'usura sull'angolo di spoglia superiore. L'indurimento durante la formazione del truciolo genera elevate forze di taglio dinamiche. La temperatura del tagliente è un fattore determinante per la determinazione dell'usura.

ISO N - materiali non ferrosi

Che cosa sono i materiali non ferrosi ISO N?

• Questo gruppo contiene metalli teneri, non ferrosi, con durezza inferiore a 130 HB, ad eccezione dei bronzi ad alta resistenza (>225HB)
• Le leghe di alluminio (Al) contenenti meno del 12-13% di silicio (Si) rappresentano la maggior parte
• MMC: Composito a matrice metallica: Al + SiC (20-30%)
• Leghe a base di magnesio
• Rame: rame elettrolitico con il 99,95% di Cu
• Bronzo: rame con Stagno (Sn) (10-14%) e/o alluminio (3-10%)
• Ottone: rame (60-85%) con zinco (Zn) (40-15%)

Lavorabilità dell'alluminio

• Materiale a truciolo lungo
• Se legato, il controllo truciolo è relativamente facile
• Il Al puro è appiccicoso e richiede taglienti affilati e un alto vc
• Forza di taglio specifica: 350–700 N/mm
• Le forze di taglio, e quindi la potenza necessaria per lavorarle, sono basse
• Quando il contenuto di Si è inferiore al 7-8%, il materiale può essere lavorato con qualità di metallo duro a grana fine non rivestite e con qualità con riporto in PCD per alluminio con tenore di Si più elevato
• L'Over eutettico Al con un tenore di Si più elevato > 12% è molto abrasivo

Componenti comuni

Blocchi motore, teste cilindro, carter del cambio, carter, componenti di telai aerospaziali.

Codici MC per materiali N

ISO S, HRSA e titanio

• Codici MC per materiali S
• Materiali HRSA – S 1.0-3.0
• Titanio– S 4.1-4.4

Che cos'è ISO S, HRSA e titanio?

• Il gruppo ISO S può essere suddiviso in superleghe resistenti al calore (HRSA) e titanio
• I materiali HRSA possono essere suddivisi in tre gruppi: Leghe a base di nichel, ferro e cobalto
• Condizione: ricotto, sottoposto a trattamento termico, invecchiato, laminato, forgiato, fuso
• Proprietà: un maggiore contenuto di lega (Co più che Ni), si traduce in una migliore resistenza al calore, una maggiore resistenza alla trazione e una maggiore resistenza alla corrosione

Lavorabilità in generale

= Acciai inossidabili

= Trattato termicamente (invecchiato)

= Trattamento della soluzione (ricotto)

• Le proprietà fisiche e il comportamento di lavorazione di ciascuna di esse variano considerevolmente, sia a causa della natura chimica della lega che della precisa lavorazione metallurgica a cui è sottoposta durante la produzione
• La ricottura e l'invecchiamento influiscono in modo particolare sulle successive proprietà di lavorazione
• Controllo truciolo difficile (trucioli segmentati)
• Forza di taglio specifica: 2400–3100 N/mm per HRSA e 1300–1400 N/mm per titanio
• Forze di taglio e potenza piuttosto elevate

Invecchiamento

Per ottenere una maggiore resistenza, le leghe resistenti al calore possono essere "indurite per precipitazione".

Trattando il materiale a temperature elevate, ovvero il trattamento di invecchiamento, piccole particelle intermetalliche vengono precipitate nella lega. Queste particelle ostacoleranno il movimento nella struttura cristallina e, di conseguenza, il materiale sarà più difficile da deformare.

Codici MC per materiali S

Dal punto di vista della lavorabilità, gli acciai HRSA sono classificati in materiali a base di ferro, nichel e cobalto. Il titanio si divide in leghe alfa commercialmente pure e leghe quasi alfa, leghe alfa/beta e leghe beta.

Materiali HRSA – S 1.0-3.0

Definizione

Materiali altamente resistenti alla corrosione che mantengono la loro durezza e robustezza alle temperature più elevate. Il materiale viene utilizzato fino a 1000°C e viene indurito attraverso un processo di invecchiamento.

• La versione a base di nichel è la più utilizzata: oltre il 50% del peso del motore di un aereo. I materiali induriti per precipitazione includono: Inconel 718, 706 Waspalloy, Udimet 720. La soluzione rinforzata (non temprabile) include: Inconel 625
• Il materiale a base di ferro si evolve dagli acciai inossidabili austenitici e ha le proprietà di resistenza a caldo più scarse: Inconel 909 Ascolloy greco e A286
• I materiali a base di cobalto hanno le migliori prestazioni alle alte temperature e la resistenza alla corrosione e sono utilizzati prevalentemente nell'industria medica: Haynes 25 (Co49Cr20W15Ni10), Stellite 21, 31
• Principali elementi leganti nei materiali HRSA
  Ni: stabilizza la struttura del metallo e le proprietà del materiale alle alte temperature
  Co, Mo, W: aumentano la resistenza a temperature elevate
  Cr, Al, Si: migliorano la resistenza all'ossidazione e alla corrosione ad alta temperatura
  C: aumenta la resistenza allo scorrimento rapido

Componenti comuni

Turbine a gas di potenza e motori aerospaziali nelle sezioni di combustione e turbine, applicazioni marine di petrolio e gas, impianti articolari medicali, applicazioni ad alta resistenza alla corrosione.

Lavorabilità

La lavorabilità dei materiali HRSA aumenta di difficoltà secondo la seguente sequenza: materiali a base di ferro, materiali a base di nichel e materiali a base di cobalto. Tutti i materiali hanno un'elevata resistenza alle alte temperature e, durante il taglio, producono trucioli segmentati che creano forze di taglio elevate e dinamiche.

Una scarsa conduttività termica e un'elevata durezza generano alte temperature durante la lavorazione. Le elevate caratteristiche di resistenza, incrudimento e indurimento per adesione provocano usura ad intaglio alla massima profondità di taglio e creano un ambiente estremamente abrasivo per il tagliente.

Per garantire una buona resistenza alla deformazione plastica, le qualità in metallo duro devono avere una buona tenacità del tagliente e una buona adesione del rivestimento al substrato. In generale, utilizzare inserti con un grande angolo di registrazione (inserti rotondi) e scegliere una geometria di inserto positiva. Nella tornitura e nella fresatura, a seconda dell'applicazione, è possibile utilizzare le qualità ceramiche.

Titanio– S 4.1-4.4

Definizione

Le leghe di titanio possono essere suddivise in quattro classi, a seconda delle strutture e degli elementi leganti presenti.

• Titanio commercialmente puro non trattato
• Leghe alfa – con aggiunte di Al, O e/o N
• Leghe Beta – addizioni di Mb, Fe, V, Cr e/o Mn
• Leghe miste a+ß, in cui è presente una miscela di entrambe le classi

Le leghe miste α+β, di tipo Ti-6Al-4V, rappresentano la maggior parte delle leghe di titanio attualmente in uso, principalmente nel settore aerospaziale, ma anche in applicazioni di uso generale. Il titanio ha un elevato rapporto resistenza/peso, con un'eccellente resistenza alla corrosione al 60% della densità dell'acciaio. Ciò consente la progettazione di pareti più sottili.

Componenti comuni

Il titanio può essere utilizzato in ambienti molto difficili, che potrebbero causare notevoli attacchi di corrosione sulla maggior parte degli altri materiali da costruzione. Ciò è dovuto all'ossido di titanio, TiO2, che è molto resistente e ricopre la superficie con uno spessore di circa 0,01 mm. Se lo strato di ossido è danneggiato e c'è ossigeno disponibile, il titanio ricostruisce immediatamente l'ossido. Adatto per scambiatori di calore, apparecchiature di desalinizzazione, parti di motori a reazione, carrelli di atterraggio e parti strutturali in campo aerospaziale.

Lavorabilità

La lavorabilità delle leghe di titanio è scarsa rispetto agli acciai generici e agli acciai inossidabili, il che pone particolari esigenze sugli utensili da taglio. Il titanio ha una scarsa conducibilità termica; La forza viene mantenuta alle alte temperature, il che genera elevate forze di taglio e calore sul tagliente. I trucioli sottili, fortemente tranciati e con tendenza al grippaggio, creano una stretta area di contatto sul petto dell'inserto, generando forze di taglio concentrate in prossimità del tagliente. Una velocità di taglio troppo elevata produce una reazione chimica tra il truciolo e il materiale dell'utensile da taglio, che può provocare scheggiature e rotture improvvise dell'inserto. I materiali degli utensili da taglio devono avere una buona durezza a caldo, un basso tenore di cobalto e non reagire con il titanio. Generalmente si utilizza metallo duro a grana fine non rivestito. Scegliere una geometria positiva/aperta con buona tenacità del tagliente.

ISO H acciaio temprato

Che cos'è l'acciaio temprato ISO H?

• Questo gruppo di materiali contiene acciai bonificati con durezza >45 – 68 HRC
• Gli acciai più comuni includono l'acciaio per cementazione (~60 HRc), l'acciaio per cuscinetti a sfera (~60 HRc) e l'acciaio per utensili (~68 HRc). I tipi di ghisa dura includono la ghisa bianca (~50 HRc) e la ADI/Cimenite (~40 HRc). A questo gruppo appartengono anche l'acciaio da costruzione (40-45 HRc), l'acciaio Mn e diversi tipi di rivestimenti duri, ovvero stellite, acciaio P/M e metallo duro
• Generalmente, la tornitura di pezzi temprati rientra nel campo 55-68 HRC

Lavorabilità

• L'acciaio temprato è il gruppo più piccolo dal punto di vista della lavorazione e la finitura è l'operazione di lavorazione più comune. Forza di taglio specifica: 2550–4870 N/mm. L'operazione di solito produce un discreto controllo truciolo. Forze di taglio e requisiti di potenza piuttosto elevati
• Il materiale dell'utensile da taglio deve avere buona resistenza alla deformazione plastica (durezza a caldo), stabilità chimica (ad alte temperature), resistenza meccanica e resistenza all'usura abrasiva. Il CBN ha queste caratteristiche e permette di tornire anziché rettificare
• La ceramica mista o rinforzata con whisker viene utilizzata anche per la tornitura, quando il pezzo ha esigenze di finitura superficiale moderata e la durezza è troppo elevata per il metallo duro
• Il metallo duro domina nelle applicazioni di fresatura e foratura e viene utilizzato fino a circa 60 HRc

Componenti comuni

I componenti tipici includono: alberi di trasmissione, scatole del cambio, pignoni dello sterzo, stampi per stampaggio.

Codici MC per acciaio temprato