Proprietà del trattamento termico e caratteristiche prestazionali degli acciai inossidabili ferritici e martensitici
3. Acciaio inossidabile ferritico
L'acciaio inossidabile ferritico ha come elemento principale il cromo, con un contenuto compreso tra il 12% e il 30% di Cr. Questo tipo di acciaio ha una struttura mono-fase, nessuna transizione di fase e forti proprietà magnetiche. Il suo grado di acciaio comune è 430. Il tipo più economico di acciaio inossidabile 409 è stato sviluppato dagli Stati Uniti negli anni '60 per ridurre il costo dell'acciaio inossidabile. È ampiamente utilizzato nelle marmitte e nei tubi fognari di automobili e motocicli e rientra anche nella categoria degli acciai inossidabili ferritici.
Questo tipo di acciaio ha una bassa resistenza e, come l'acciaio austenitico, non può essere rinforzato mediante trattamento termico. Inoltre, la crescita del grano causata dal trattamento termico è più rapida di quella dell'acciaio austenitico e la dimensione del grano è maggiore. Pertanto, per evitare la crescita del grano e la trasformazione della fase austenite durante il trattamento termico, la temperatura non dovrebbe essere troppo elevata. Generalmente, la temperatura massima del trattamento termico non supera gli 850 gradi. La tabella 4 mostra l'intervallo di temperatura degli acciai inossidabili ferritici.
Tabella 4: Intervalli di temperatura degli acciai inossidabili ferritici
Quando viene lavorato l'acciaio inossidabile ferritico, è necessario mantenere il tempo di permanenza a una temperatura compresa tra 370 e 550 gradi, in particolare l'acciaio inossidabile ferritico ad alto-cromo. Se il materiale viene mantenuto a lungo a una temperatura compresa tra 370 e 550 gradi, è facile che si sviluppi una frattura di 475 gradi, ovvero la durezza aumenta, l'allungamento diminuisce significativamente o diventa zero e diminuisce anche la resistenza alla corrosione del materiale. Gli esperimenti hanno dimostrato che dopo che l'acciaio 27Cr è stato riscaldato a 475 gradi per 100 ore, la resistenza alla trazione del materiale a temperatura ambiente aumenta del 50%, la resistenza allo snervamento aumenta del 150% e l'allungamento diventa zero. Inoltre, le prestazioni di saldatura di questo acciaio non sono buone (i grani nella zona interessata dal calore della saldatura-sono impressionanti e fragili).
4. Acciaio inossidabile martensitico
Le caratteristiche dell'acciaio inossidabile martensitico sono molto diverse dalle prime due tipologie di acciaio inossidabile. Questo tipo di acciaio inossidabile ha un punto di trasformazione di fase diverso e può essere indurito mediante tempra. Inoltre, grazie al suo alto contenuto di cromo e alla buona tenacità, la sua resistenza e tenacità possono essere regolate entro un ampio intervallo durante la tempra. Pertanto, l'acciaio inossidabile martensitico può essere utilizzato come acciaio strutturale e acciaio per utensili.
Quando l'acciaio inossidabile martensitico viene utilizzato come acciaio per utensili, è nello stato di tempra. Per la tempra la temperatura deve essere innalzata al di sopra del punto critico affinché i carburi possano trasformarsi in austenite. Quando le temperature vengono aumentate per sciogliere i carburi, la velocità di diffusione del carbonio rallenta. Per ottenere una struttura austenite uniforme, la temperatura di riscaldamento è solitamente di 50 gradi superiore alla temperatura critica ed è necessario un certo tempo di mantenimento per consentire ai carburi di fondersi completamente e in modo uniforme. Naturalmente, un riscaldamento troppo lungo o a una temperatura troppo elevata causerà una formazione irregolare di martensite e aumenterà la struttura residua dell’austenite, generando così tensioni interne nel materiale a causa della differenza di espansione. L'acciaio martensitico è un tipo di acciaio sensibile al cracking termico. Ha un basso trasferimento di calore alle basse temperature ed è molto incline a rompersi se riscaldato rapidamente. Pertanto, quando si utilizzano materiali con parti di grandi dimensioni, è necessario preriscaldarlo e quindi raffreddarlo rapidamente. La tabella 5 mostra le temperature di rinvenimento degli acciai inossidabili martensitici.
Tabella 5: Temperature di rinvenimento degli acciai inossidabili martensitici
Se utilizzato come acciaio strutturale, il rinvenimento (tempra e ricottura) deve essere effettuato in conformità con la tempra. L'acciaio inossidabile martensitico ha un carattere fragile e la temperatura non deve essere inferiore a 580 gradi. Durante il raffreddamento dalle temperature di rinvenimento, viene spesso utilizzata la tempra in olio per evitare il calore fragile; Va notato che l'acciaio inossidabile martensitico dovrebbe essere ricotto subito dopo la tempra.
5. Acciaio inossidabile resistente agli agenti atmosferici-
Sebbene gli acciai inossidabili austenitici, ferritici e martensitici siano ampiamente utilizzati, presentano ancora alcune difficoltà nell’impiego come acciai strutturali. L'acciaio inossidabile austenitico ha un basso limite di snervamento di soli 200 N/mm2 e non è ancora adatto all'uso come acciaio strutturale. Sebbene l'acciaio inossidabile martensitico possa ottenere un elevato limite di snervamento mediante trattamenti termici come ricottura e rinvenimento, la sua resistenza alla corrosione è scarsa. Per le applicazioni che richiedono elevata resistenza alla corrosione ed elevata robustezza, è stato sviluppato un nuovo tipo di acciaio inossidabile al Cr-Ni - acciaio inossidabile resistente agli agenti atmosferici-indurente (chiamato anche acciaio inossidabile PH).
Il trattamento termico del nuovo tipo di acciaio inossidabile comprende la ricottura, la ricottura completa, la solubilizzazione, la ricottura di invecchiamento e la tempra di trasformazione. Le sue proprietà sono:
• A maturazione è morbido e facilmente rilavorabile.
• Le proprietà richieste possono essere ottenute mediante adeguato trattamento di invecchiamento.
• Ha la stessa resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili simili, con una migliore resistenza alla tensocorrosione.
• La tempra per trasformazione è il processo di tempra al di sotto di una certa temperatura. L'acciaio inossidabile più comunemente utilizzato per l'indurimento per precipitazione è il martensitico e il suo grado di acciaio è 631 (0Crl7Ni7A1). La tempra di questo tipo di acciaio prevede l'utilizzo prima di una soluzione, il riscaldamento del materiale a 1000-1100 gradi e quindi il raffreddamento rapido, quindi l'esecuzione del trattamento di invecchiamento a temperature diverse in base ai diversi requisiti della macchina utensile, come 621 gradi, 565 gradi e 510 gradi di invecchiamento.
Dall'analisi di cui sopra si può vedere che la ricottura dell'acciaio inossidabile è complessa. Dovrebbero essere utilizzati diversi metodi di ricottura in base alle caratteristiche dei diversi gradi di acciaio per soddisfare le diverse esigenze degli utenti.
