Tecnologia Meccanica1

8/12/2019 Tecnologia Meccanica1

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PARTE I

Il presente testo di tecnologia meccanica destinato agli studentidel IV anno dellindirizzo Meccanico dellistituto professionale efornisce la preparazione di base per affrontare lo studio dellatecnica della produzione del V anno


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I N D I C E

MODULO 1 - Tolleranze

1.1 Tolleranze di lavorazione

1.1.1 Gradi di tolleranza1.1.2 Posizione della tolleranza1.1.3 Accoppiamenti1.1.4 Scelta dellaccoppiamento1.1.5 Relazione fra tolleranze e rugosit1.1.6 Tolleranze geometriche e di forma

MODULO 2 - Metalli

2.1 Caratteristiche dei metalli2.2 Strutture2.3 Propriet dei metalli

2.4 Metalli e non metalli pi ricorrenti2.5 Leghe metalliche

MODULO 3 - Acciai

3.1 Classificazione e designazione degli acciai3.2 Acciai comuni al carbonio3.3 Acciai non legati3.4 Acciai debolmente legati3.5 Acciai legati3.6 Acciai rapidi3.7 Caratteristiche conferite dagli elementi di lega

MODULO 4 - Trattamenti termici

4.1 Trattamento termico dei metalli4.2 Ricottura

4.2.1 Ricottura completa4.2.2 Ricottura di lavorabilit4.2.3 Ricottura isotermica

4.3 Normalizzazione4.4 Tempra

4.4.1 Tempra diretta4.4.2 Tempra termale4.4.3 Tempra isotermica4.4.4 Mezzi di raffreddamento

4.5 Rinvenimento e Bonifica4.5.1 Acciai da bonifica

4.6 Trattamenti termici superficiali4.6.1 Tempra superficiale4.6.2 Carbocementazione4.6.3 Nitrurazione


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MODULO 5 - Esami distruttivi

5.1 Prove sui materiali metallici5.1.1 Prove meccaniche

5.1.1.1 Prova di trazione5.1.1.2 Prova di resilienza

5.2 Prove di durezza5.2.1 Prova Brinell5.2.2 Prova Vickers5.2.3 Prova Rockwell

5.2.3.1 Prova Rockwell B5.2.3.2 Prova Rockwell C

5.3 La Fatica5.3.1 Cicli di carico5.3.2 Curve di Wholer5.3.3 Modalit e cause della rottura5.3.4 Diagramma di Goodman-Smith

MODULO 6 - Esami non distruttivi

6.1 Esami non distruttivi6.2 Esame radiologico

6.2.1 Raggi X6.2.2 Raggi

6.3 Ultrasuoni6.4 Esame con il metodo magnetoscopico6.5 Esame con i liquidi penetranti

MODULO 7 - Saldatura

7.1 Generalit sulle saldature7.2 Saldature per fusione ossiacetilenica7.3 Saldatura allarco elettrico con elettrodo fusibile7.4 Saldatura MIG7.5 Saldatura MAG7.6 Saldatura TIG7.7 Saldatura autogena per pressione7.8 Saldatura eterogenea Brasatura7.9 Saldabilit

MODULO 8 I materiali semilavorati

8.1 Generalit e classificazione8.2 La laminazione e prodotti di laminazione8.3 Fabbricazione dei tubi

8.3.1 Tubi saldati8.3.2 Tubi senza saldatura

8.4 Fabbricazione fili per trafilatura


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MODULO 9 Lavorazioni plastiche a caldo dei semilavorati

9.1 Forgiatura9.1.1 Forgiatura libera in stampo aperto9.1.2 Forgiatura in stampo chiuso Stampaggio a caldo

9.2 Stampi

9.3 Ricalcatura9.4 Estrusione

MODULO 10 Complementi di fonderia

10.1 Generalit10.2 Fusione in terra10.3 Fusione in conchiglia10.4 Colata centrifuga in conchiglia10.5 Colata in conchiglia a pressione10.6 Microfusione o fusione a cera persa

MODULO 11 - Il taglio dei metalli per asportazione di truciolo

11.1 Generalit sui moti11.2 Utensili per il taglio dei metalli11.2.1 Evoluzione storica degli uensili11.2.2 Gli angoli caratteristici di un utensile11.2.3 Gli inserti e la loro classificazione

MODULO 12 - Velocit di taglio

12.1 Calcolo velocit di taglio12.2 Orientamento nel calcolo dei parametri di taglio e potenza12.3 Forze che agiscono sullutensile12.4 Tempo di lavorazione

MODULO 13 - Lavorazioni al tornio

13.1 Lavorazioni al tornio13.2 Dispositivi per il montaggio dei pezzi sul tornio


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PREMESSA

La conoscenza della tecnologia meccanica fondamentale per chi ha deciso diintraprendere, a qualsiasi livello, una professione che si occupa della realizzazione di un

qualsiasi pezzo, partendo dalla materia prima e, attraverso vari processi, giunga ad unaforma ben definita, determinata dalla funzionalit cui dovr far fronte loggettorealizzato.

Mi rendo perfettamente conto che un corso di tecnologia meccanica non potr mairaggiungere un livello di completezza, sia per il numero degli argomenti trattati, sia per lamodalit con cui tali argomenti sono sviluppati; daltra parte le nuove tecnologieincombono sempre pi velocemente col progredire inarrestabile del progresso tecnicosenza peraltro sostituire i principi fondamentali delle lavorazioni.

La scelta e il modo di approfondimento degli argomenti scelti sotto forma di Moduliquindi dettata dalla esperienza di oltre trentacinque anni trascorsi

nellinsegnamento ma anche parallelamente in officina che insieme alla scuola stata lamia soddisfazione professionale.I moduli sviluppati, sono mirati al IV anno, sia degli Istituti Professionali, ma anche ITI ecostituiscono la base fondamentale per affrontare con sufficiente competenza lo studiodella Tecnica della produzione che rappresenta il terminale di tutto lo studio dellaTecnologia.

Volutamente in questo testo non stato particolarmente approfondito lo studio dellemacchine a CNC, in quanto si rimanda al testo Programmazione delle Macchine aControllo Numerico con linguaggio ISO-FANUC in cui oltre ai principi generali dellemacchina a controllo numerico ho raccolto le regole di programmazione secondo illinguaggio Fanuc. In tale testo sono sviluppati numerosi esercizi di programmazione dipezzi che poi sono stati concretamente realizzati alla fresa o al tornio CNC dellaboratorio tecnologico dell istituto Professionale Sismondi-Pacinotti di Pescia.

Due parole occorre spenderle anche sul Disegno Tecnico-Meccanico che fa parteintegrante di conoscenze tecniche. Le norme tecniche del disegno occorre apprenderle daiprimi anni dei corsi di meccanica, negli anni terminali necessario approfondire larealizzazione dei disegni attraverso le tecniche CAD bi e tridimensionali. L esperienza inScuola e professionalmente stata orientata sui programmi CADddy++ e SolidWorksentrambi assai validi senza peraltro disconoscere altri noti programmi.

Prof. Ing. Giovanni Bottaini

Pescia 2009-07-03


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MODULO 1 - Tolleranze

1.1 Tolleranze di lavorazione

Vediamo i motivi che hanno richiesto lintroduzione delle tolleranze di lavorazione:

Non possibile materialmente eseguire una quota esatta per cui necessario in ognilavorazione assegnare un errore massimo che possibile accettare.Daltra parte bene sapere che lesecuzione di quote con tolleranze sempre pi ristretteaumenta i costi per cui se ne fa uso solo in caso di necessit.

Se vogliamo garantire lintercambiabilit di pezzi eseguiti da persone diverse o dallastessa in tempi successivi necessario che questi pezzi abbiano la stessa tolleranza. Esempiose in una macchina mi si rompe un pezzo, posso tranquillamente sostituirlo con un altro presoad esempio dal magazzino ricambi, senza problemi di montaggio e di funzionalit dellamacchina.

1.1.1 Gradi di tolleranza

I gradi di tolleranza (errori) previsti , secondo le norme UNI ISO 286 , sono 20 e secondoerrore crescente vanno da IT 01 IT 0 IT 1 IT 2 .fino a IT 18.I primi due gradi di precisione IT01 e IT0 sono previsti per dimensioni nominali fino a 500

mm,gli altri arrivano a dimensioni nominali fino a 3150 mm.


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1.1.2 Posizione delle tolleranze

Una volta stabilito lerrore complessivo con lIT, si tratta di posizionare questo errore rispettoalla quota nominale, e quindi determinare il diametro massimo e minimo entro il quale si deverimanere in fase di lavorazione affinch il pezzo sia ritenuto accettabile al collaudo.

La posizione della tolleranza nel sistema ISO individuata da lettere singole o gruppi di duelettere ( 28 posizion); le lettere maiuscole si usano per i fori, le minuscole per gli alberi

A B C CD D E EF FG G H Js J K M N P R S T U V X Y Z ZA ZB - ZC

a b c cd d e ef fg g h js j k m n p r s t

u v x y z za zb - zc

In genere possiamo affermare che nella meccanica ordinaria le lettere pi usate sono quelleche

vanno da E,e a T,t.


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1.1.3 Accoppiamenti

Si definisce accoppiamento una unione di due particolari non necessariamente cilindrici incui

uno ricopre il ruolo di maschio e uno di femmina.Gli accoppiamenti possono essere:

Liberi quando il foro risulta sempre pi ampio dellalbero (e la differenza sichiama gioco ). Sono liberi gli accoppiamenti in cui sono presenti le lettere cheprecedonoo si identificano con la lettera h/H nellordine alfabetico. Il gioco tende adiminuire avvicinandoci alla lettera h/H.

Forzati quando lalbero risulta sempre pi ampio della femmina ( e la differenzasi chiama interferenza ). Sono sicuramente forzati gli accoppiamento in cui sonopresenti le lettere dalla p/P alla z/Z nellordine alfabetico.

Incerti quando possono risultare con gioco o con interferenza e se si verifica unoo laltro dipende sia dallaccoppiamento scelto sia da chi realizza la lavorazione.Sono incerti gli accoppiamenti in cui sono presenti le lettere js, j , k , m , n con He

le lettere Js, J , K , M , N con h. Man mano che si scende verso le lettere pibasse la probabilit che si verifichi linterferenza aumenta.

Teoricamente un accoppiamento pu essere realizzato combinando una qualsiasi letteramaiuscola con una minuscola ottenendo 28x28 = 784 x2 = 1568 possibili accoppiamenti.Ci renderebbe praticamente impossibile operare una scelta; per questo motivo si stabilitodi fissare la lettera H (foro base) o la lettera h (albero base) facendo variare solo lalbero se si scelto il foro base (H), solo il foro se si scelto lalbero base (h).In questo caso gli accoppiamenti possibili sono 27 x 2 = 54, non solo ma si riesceimmediatamente a individuare la tipologia di accoppiamento.

1.1.4 Scelta dellaccoppiamento

La scelta del grado di precisione IT, dipende dal grado di finitura della superficie lavorata(rugosit) e dalla funzionalit delloggetto. Nella meccanica usuale non si scende mai sottoIT5, lasciando queste precisioni a meccanica di alta e altissima precisione (anche perstrumenti di misura). Nella meccanica usuale si usano precisioni da IT 5 a IT10 , precisionipi elevate possono usarsi in meccanica grossolana (esempio carpenteria)

Nota: in un accoppiamento le precisioni dei due elementi o sono eguali (es. 30H7/f7 ),oppure pi frequentemente sul foro si assegna una unit pi elevata (es. 30h6/J7)riconoscendo in tal modo la maggior difficolt nella esecuzione di un foro preciso rispettoallalbero.

Negli accoppiamenti incerti o forzati si usano precisioni pi elevate (5-6-7), negliaccoppiamenti liberi sono usate ancheprecisioni meno elevate quindi fino a 8-9.

Se laccoppiamento prevede la rotazione (es. albero su bronzina) deve risultare libero. Se larotazione lenta o parziale si pu usare f /H o F/h g/H o G/h; se la rotazione mediamenteveloce e la lubrificazione a grasso o sbattimento si usano le lettere f/H o F/h o e/H o E/h;con rotazioni veloci si possono usare anche piccoli giochi ma richiesta la lubrificazione

forzata.


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Gli accoppiamenti incerti vengono utilizzati per accoppiare particolari fissi, che richiedonoanche smontaggi pi o meno frequenti e precisione di accoppiamento. La forzatura pu essereottenuta anche con luso del martello per piccole interferenze e alla pressa per interferenze

pielevate.

Gli accoppiamenti forzati sono sempre di precisione e in generale non dovrebbero richiederesmontaggio. Le ultime lettere dellalfabeto offrono sicurezza e stabilit permanentedellaccoppiamento e il loro montaggio richiede la dilatazione del foro mediante opportunoriscaldamento.

1.1.5Relazione fra tolleranza e rugosit

Esiste un legame fra tolleranza e rugosit che risulta ancor pi evidente negli accoppiamenti.Infatti in un accoppiamento mobile di rotazione se la rugosit risulta elevata, le crestesuperficiali dovute alla lavorazione, in un breve tempo si usurano aumentando i giochi e

quindi

modificando la funzionalit dellaccoppiamento.

Superfici cilindriche con diametri in mm Diametri esuperf. piane

fino a 3 oltre 3fino a 18 oltre 18fino a 80 oltre80fino a250

oltre 250

TolleranzaISO

Ra - Rugosit mIT6 0.2 0.32 0.5 0.8 1.25IT7 0.32 0.5 0.8 1.25 2IT8 0.5 0.8 1.25 2 3.2IT9 0.8 1.25 2 3.2 5IT10 1.25 2 3.2 5 8IT11 2 3.2 5 8 12.5IT12 3.2 5 8 12.5 20

1.1.6 Tolleranze geometriche o di forma

Con esse viene identificata una zona allinterno della quale deve essere compreso lelementoconsiderato. Per esempio un piano di riscontro per quanto preciso sia non pu risultareperfettamente piano per cui la sua superficie sar compresa fra due limiti che rappresentanolerrore di planarit.

Lerrore di parallelismo individua quanto pu scostarsi una superficie in parallelismo rispettoadun'altra presa a riferimento.


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Per ulteriori sviluppi si rimanda al testo di disegno in adozione.

MODULO 2 - Metalli

Richiami sulle strutture dei materiali metallici

Come sappiamo le sostanze presenti in natura si suddividono in metalli e non metalli. Il primogruppo quello di cui tratteremo.

2.1 Caratteristiche dei metalli

I metalli sono solidi ad eccezione del mercurio che si trova allo stato liquido. In natura sitrovano

sotto forma di minerali da cui vengono estratti con vari processi.

Avendo stabilito come riferimentile superfici A e B, la superficie inesame deve avere un errore diparallelismo rispetto a A di 0.05mme un errore di perpendicolaritrispetto a B di 0.1mm


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Possiedono propriet quali: buona conducibilit elettrica e termica, lucentezza, hanno strutturacristallina, presentano un grado di elasticit e resistenza meccanica.

La struttura cristallina costituita da celle elementari occupate da atomi che vibrano intornoalle

posizioni di equilibrio in funzione dello stato energetico del corpo misurato dalla temperatura.

2.2 Strutture

Le strutture delle celle sono essenzialmente tre:

Cubica corpo centrato caratteristica dei metalli pi duri tungsteno , cromo,molibdeno, ferro (da 0 a 910C) in questo caso latomo al centro di carbonio egli atomi sugli spigoli sono di ferro.

Cubica facce centrate caratteristica dei metalli pi duttili e buoni conduttori qualirame, argento, oro, ferro (da 910 a 1430) in questo caso gli atomi sugli spigolisono di ferro e quelli sulle facce sono di carbonio.

Esagonale compatta caratteristica dei metalli fragili quali cadmio, zinco emagnesio in cui gli atomi stanno sugli spigoli, al centro delle basi, ealternativamente al centro delle superfici laterali.

Struttura cubica acorpo centrato1 atomo di Fe

1 atomo di C

Struttura cubica facce

centrate1 atomo di Fe3 atomi di C


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Se prendiamo in esame il ferro e consideriamo che le celle elementari sono contigue si ha:- nel ferro in ogni singola cella abbiamo 8 atomi di ferro sugli spigoli ma appartenendo

ciascuno per 1/8 alle 8 celle contigue un atomo di ferro e un atomo di carbonio nel centro

- nel ferro in ogni singola cella abbiamo 1 atomo di Fe dagli spigoli e 6 atomiappartenenti

ciascuno per alla cella, quindi complessivamente 3 atomi di carbonio

Si deduce che il ferro scioglie pi carbonio del ferro .

2.3 Propriet dei metalli

Propriet chimiche : composizione, legami, strutture, comportamento alla ossidazione ecorrosione

Propriet fisiche: massa specifica, calore massico, dilatazione termica, conducibilitelettrica e termica, temperatura di fusione.

Propriet meccaniche: resistenza dei metalli alle sollecitazioni esterne di trazione,compressione, flessione, taglio, torsione, fatica, usura e urto.

Propriet tecnologiche: riguardano lattitudine dei metalli alle varie lavorazioni e quindi latruciolabilit, la malleabilit, la duttilit, limbutibilit, la saldabilit,

latemprabilit , la fusibilit etc.

2.4 Metalli e non metalli pi ricorrenti

Non metalli:Azoto ( N ) Boro ( B ) Carbonio ( C ) Ossigeno ( O )Silicio ( Si ) Fosforo ( P ) Zolfo ( Z )

Metalli:Alluminio ( Al ) Cobalto (Co ) Cromo (Cr ) Ferro ( Fe )Magnesio (Mg ) Manganese ( Mn) Molibdeno ( Mo ) Nichel ( Ni )Piombo ( Pb) Stagno ( Sn ) Tungsteno ( W ) Vanadio ( V )Zinco ( Zn )

2.5 Le leghe metalliche

Non esistono metalli in cui le posizioni del reticolo cristallino sono occupate dallo stessoelemento ma, anche se in misura non rilevante, alcune posizioni sono occupate da atomidiversi, queste rappresentano le cosiddette impurit non desiderate.Quando invece si tratta di atomi di sostanze aggiunte si parla di sostanze composte.Una lega una intima unione fra un metallo con altre sostanze a volte anche non metalli.

Nelle leghe sono presenti forme di aggregazione diverse: Miscele o miscugli quando i costituenti la lega cristallizzano per conto proprio e quindipur

miscelandosi bene sono sempre distinguibili con analisi microscopica.(miscele degli acciai e ghise: perlite, bainite, troostite, sorbite)

Composti chimici quando formano una combinazione chimica in determinataproporzione

che determina in genere una sostanza diversa da quelle originarie


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( esempio la cementite o carburo di ferro) Soluzioni quando una sostanza presente in quantit minore (soluto) si scioglie nellaltra

(solvente). Se gli atomi delle due sostanze sono di analoghe dimensioni si hanno lesoluzioni solide di sostituzione (alcun posizioni del reticolo sono occupate dagli atomi

delsoluto) ; se le dimensioni del soluto sono pi piccole si hanno le soluzioni di intrusione

conatomi allinterno del reticolo. (esempio ferro e ferro )Per chiarire meglio il concetto di soluzione pensiamo allo zucchero che si scioglienellacqua fino al punto di saturarla, dopodich aggiungendo altro zucchero questo sideposita sul fondo.

MODULO 3 - Acciai

3.1 Classificazione e designazione degli acciai

Una lega in cui il ferro lelemento predominante e il tenore di carbonio di regolaminore del 2% e che comunque pu contenere altri elementi viene definitoAcciaio.

Se il tenore di carbonio supera il 2% viene usualmente indicata come Ghisa.

In realt gli acciai e le ghise non legati contengono anche altri elementi sotto forma diimpurit quali fosforo e zolfo che non economicamente conveniente eliminare del tutto.Queste impurit utile contenerle sotto lo 0.05-0.06 % . Vi sono presenti anche altrielementi considerati positivi come manganese e silicio con percentuali in genere sotto 1%.

3.2 Acciai comuni al carbonio

In questi acciai le caratteristiche dipendono essenzialmente dalla percentuale di Carbonioe quindi si classificano come: acciai extradolci C < 0.15% acciai dolci 0.15 < C < 0.25% acciai semidolci 0.25 < C < 0.40% acciai semiduri 0.40 < C < 0.55% acciai duri 0.55 < C < 0.80% acciai extraduri C > 0.80%

La designazione degli acciai normata dalle:

UNI EN 10027/1 Designazione alfa-numerica (1993)UNI EN 10027/2 Designazione numerica (1993)

Analizzeremo sinteticamente la classificazione UNI EN 10027/1 che la pi vicina aquella UNI 5372 precedente.

Gruppo 1 acciai designati in base al loro impiego ed alle caratteristiche meccaniche ofisiche


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Simbolo indicante limpiego Carico minimo di snervamento Rs (N/mm2)

Carico minimo di rottura Rm (N/mm2)

S impieghi strutturali Rs P impieghi sotto pressione Rs

L tubi di condutture Rs E costruzioni meccaniche Rs B per cemento armato Rs Y per cemento armato precompresso Rm R per rotaie Rm H prodotti piani laminati a freddo Rs D prodotti piani per formatura a freddo C(Laminato a freddo)D(Laminato a caldo)X(Lamin.non specificata) TH-banda nera stagnata e cromata (per imballaggio) durezza media HR M acciai magnetici perdita specifica x100

100 x spessore

Ad esempio con la designazione S 235 individuiamo un acciaio per impieghi strutturaliche corrispondeva nella vecchia designazione al ben noto Fe 360.Con E 335 viene individuato un acciaio per costruzioni meccaniche avente un carico disnervamento pari a 335 N/mm2.

Gruppo 2 acciai designati in base alla loro composizione chimica, praticamentecoincidente con la vecchia designazione UNI 5372

A questo gruppo appartengono:

Gli acciai non legati Gli acciai debolmente legati Gli acciai legati

3.3 Acciai non legati sono quelli che contengono manganese 1% Acciai non legati per lavorazioni meccaniche ad alta velocit (automatici)


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Premettiamo per questa categoria di acciai i fattori moltiplicativi delle percentuali deglielementi presenti:

fattore 4 per gli elementi: Cr (cromo) Co (cobalto) Mn (manganese) Ni(nichel) Si (silicio) W (tungsteno o Wolframio)

fattore 10 per gli elementi: Al (alluminio) Be (berillio) Cu (rame) Mo (molibdeno)Nb (niobio) Pb (piombo) Ta (tantalio) Ti (titanio) V (vanadio) Zr (zirconio)

fattore 100 per gli elementi: N (azoto) P (fosforo) S (zolfo)fattore 1000 per lelemento: B (boro

Esempi:

52 Si Cr 5 acciaio con 0.52% di Carbonio; silicio 1.25% ; presenza non significativa dicromo. Lacciaio impiegato per la costruzione di molle (la presenza di Si aumenta illimite di snervamento)

40 Cr Mo 4 acciaio con 0.40% di carbonio; 1% di cromo; presenza nonsignificativa

di molibdeno. Lacciaio da bonifica ed impiegato nelle costruzioni diorgani meccanici sollecitati meccanicamente.

35 Ni Cr Mo 15 acciaio con 0.35% di carbonio; 3.75% di nichel; presenze nonsignificative

di cromo e molibdeno. E un acciaio da bonifica fra i migliori percarico di

rottura R=1800-2000 N/mm2 e per carico si snervamento Rs=1250N/mm2

18 Ni Cr Mo 5 - acciaio con 0.18% di carbonio; 1.25% di Nichel; presenze nonsignificative

di cromo e molibdeno. E un tipico acciaio da cementazione.

42 Cr Al Mo 7 acciaio con 0.42% di carbonio; 1.75% di cromo; presenze nonsignificative

di alluminio e molibdeno. La presenza di questi due elementi indicache

un acciaio da nitrurazione.

100 Cr Mn4 - acciaio con 1% di carbonio e 1% di manganese impiegato nellacostruzione

di cuscinetti

55 Si 8 - acciaio con 0.55% di carbonio, e 2% di silicio impiegato nellacostruzione di

molle

Gli acciai cosiddetti automatici indicati per essere lavorati ad alta velocit sullemacchine automatiche devono avere il truciolo che nel distaccarsi si rompe. A ci


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provvedono la presenza di piccole percentuali di S (zolfo 0.15%) e di Pb (Piombo 0.15%).Esempio:

35 S Mn Pb 10 acciaio con 0.35% di carbonio; 0.1% di zolfo; percentuali inferiori dimanganese e piombo.

3.5 Acciai legati

Gli acciai si dicono legati quando la percentuale di almeno un elemento di lega supera il5% con lesclusione degli acciai rapidi.

La designazione comprende la lettera X seguita dalla % di carbonio moltiplicata per 100,a ci seguono le sigle degli elementi di lega, seguite da numeri che rappresentanodirettamente le percentuali dedli elementi.

Esempi:

X12 Cr Ni 1808 un acciaio legato con 0.12% di carbonio, poi nellordine 18% dicromo

e 8% di nichel. Trattasi di un acciaio inossidabile conosciuto come18-8.

X10 Cr Ni Ti 1810 un acciaio legato con 0.10% di carbonio, 18% di cromo, 10% diNichel, presenza non significativa di titanio. Acciaio impiegato alle

bassetemperature.

X10 Cr Al 13 un acciaio legato con 0.10% di carbonio, 13% di cromo e tracce dialluminio. Acciaio resistente alla corrosione e al calore; impiegato nellacostruzione di valvole per motori endotermici.

UX85W18 un acciaio da utensili con 0.85% di carbonio e 18% di tungsteno

3.6 Acciai rapidi

Nella nuova normativa non si distingue pi fra acciai rapidi HS e superrapidi HSS,vengono denominati tutti rapidi e la designazione prevede le lettere HS e i numeri,mindicanti le percentuali, separati da trattini che indicano gli elementi di lega nel seguenteordine:

1. tungsteno W2. molibdeno Mo3. vanadio V4. cobalto Co


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Esempio: HS 13-08-05-03

3.7 Caratteristiche conferite dagli elementi di lega

L aumento della percentuale di Carbonio abbiamo visto determina aumento di durezza eresistenza meccanica che possono venir aumentate quando la presenza supera lo 0.3% con

il trattamento di bonifica. Si hanno per acciai piuttosto fragili e poco duttili per cui siricorre allaggiunta di piccole quantit di elementi (nichel, cromo, molibdeno, manganese,silicio, vanadio, etc.) in modo da ottenere elevate resistenze alla trazione associate aresilienza e duttilit, specialmente dopo adeguato trattamento termico al quale gli acciaispeciali sono pi sensibili.

Acciai al cromo-nichel: sono molto usati nel campo delle costruzioni meccanicheinnanzi tutto perch abbassano la velocit critica di tempra e ne potenziano leffetto. Ilcromo in unione al nichel agisce fortemente sulle propriet meccaniche aumentando ilcarico di rottura e il limite elastico senza ridurre notevolmente lallungamento e laresilienza.Con percentuali di cromo sopra il 12% si entra nel campo degli acciai inossidabili fra i pi

comunemente usati il 1808 e 1810 con % di cromo del 18% e nichel rispettivamente 8% e10%.Quando la percentuale di carbonio bassa (


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Acciai al piombo e zolfo: in piccolissime percentuali, specie lo zolfo (0.15%) hanno laduplice funzione di facilitare la rottura del truciolo a causa della fragilit a caldo da essiprovocata e di agire da lubrificanti di taglio. Vengono impiegati nelle lavorazioniautomatiche ad alta velocit per particolari che non richiedono elevate prestazionimeccaniche.

MODULO 4 - Trattamenti termici

4.1 Trattamento termico dei metalli

Si pu definire trattamento termico un ciclo composto da tre fasi distinte:

Fase di riscaldamento fino ad una temperatura prefissata Fase di mantenimento a questa temperatura con tempi variabili in funzione delledimensioni dei pezzi Fase di raffreddamento in modo continuo o discontinuo e con velocit diverse

Lobiettivo dei trattamenti termici quello di modificare le caratteristiche meccaniche etecnologiche secondo le finalit che si vogliono ottenere, quindi:

Aumento della resistenza meccanica Miglioramento della resistenza allusura Miglioramento della resistenza alla corrosione Miglioramento della resistenza alla fatica Miglioramento della lavorabilit alle macchine utensili Eliminazione di tensioni interne

Questo si pu ottenere modificando la struttura cristallina del materiale oppure modificando

la composizione chimica superficiale per diffusione, attraverso la superficie, di elementi checonferiscono le propriet desiderate.

Per rappresentare le curve di raffreddamento dovute ai trattamenti termici si possonoutilizzare i diagrammi CCT ( Continuous Cooling Transformation ) e TTT ( Temperature Time Transformation ) conosciute anche con il nome di curve di Bain.Le prime raffigurate in fig. 1 sono pi idonee per raffreddamenti che avvengono concontinuit; le seconde raffigurate in fig. 2 sono pi idonei per rappresentareraffreddamenti interrotti (isotermici).

E evidente che per eseguire correttamente una velocit di raffreddamento necessarioconoscere i diagrammi relativi allacciaio da trattare.

Per non creare pericolosi stati tensionali che si verificano durante i raffreddamenti veloci necessario scegliere la velocit pi opportuna per ottenere le caratteristiche richieste senzaeccedere nella drasticit del raffreddamento.Va sottolineato che quando gli spessori da raffreddare sono diversi, occorre molta attenzioneper non provocare cricche in quanto la parte sottile raffreddando pi velocemente si ritira ecomincia a tirare verso la parte calda creando stati tensionali che possono portare anche arotture.


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DIAGRAMMA CCT DIAGRAMMA TTT

4.2 Forni

I forni pi usati per i trattamenti termici sono elettrici: A muffola (cassette particolari) nelle quali vengono disposti i pezzi per evitare ilcontattocon lossigeno dellaria che provoca pericolose ossidazioni

Ad atmosfera controllata quando il riscaldamento avviene entro atmosfere speciali digas che non contengono ossigeno Sotto vuoto oggi molto usati nei quali allinterno ricavato il vuoto A bagni di sali fusi nei quali sono immersi i pezzi , ottenendo il duplice scopo diimpedire lossidazione ma anche di bloccare la temperatura ad un valore prefissatoeseguendo quindi i trattamenti isotermici. Si usano nitrati per temperature comprese fra150 e 550C e cloruri per temperature pi elevate fino a 750. Si utilizza il principio fisicoche afferma che durante i passaggi di stato la temperatura si mantiene costante.


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DIAGRAMMA CCT

4.2 RICOTTURA

Lo scopo della ricottura ottenere un addolcimento del materiale, per renderlo pi lavorabileall'utensile e per consentire l'ulteriore deformazione plastica a freddo; ottenimento di

determinate propriet fisiche o meccaniche; eliminazione pi o meno completa degli effettidi tempra.

4.2.1 Ricottura completa


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Si pu illustrare con il seguente diagramma CCT dove:

Scopi :

Rendere l'acciaio pi omogeneo e pi dolce per le successive lavorazioni.

Questa ricottura, come risulta dalla definizione, avviene a temperatura molto alta, nel campodi esistenza dell'austenite.

Naturalmente, con questo trattamento , si sopprimono tutti gli effetti dovuti a trattamentitermici precedenti e l'acciaio, passando dal campo austenitico a quello perlitico , si rinnovacompletamente.

Il tempo di ricottura dipende essenzialmente dai seguenti fattori:

La forma e le dimensioni del pezzo; La conducibilit termica del materiale da trattare La presenza di eventuali legati La tendenza all'ingrossamento del grano.

4.2.2 Ricottura di lavorabilit

Riscaldamento a temperatura leggermente al di sotto dell'intervallo critico Ac1 (circa 650),

un mantenimento prolungato ed un raffreddamento lento.

Scopo:

Rendere l'acciaio pi facilmente lavorabile a freddo ed eliminare le eventuali tensioni

interne.

Questo trattamento favorisce una migliore lavorabilit alle macchine utensili, ma piuttosto unaddolcimento tale da favorire una migliore deformabilit a freddo.

4.2.3 Ricottura isotermica

A: austeniteB : bainiteC : cementiteF : ferriteM: martensite


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Riscaldamento ad una temperatura superiore ad Ac3, per gli acciai ipoeutettoidi,

permanenza a tale temperatura per un tempo sufficiente ad ottenere , nelle zone interessate,

l'equilibrio strutturale. Raffreddamento pi o meno rapido, ad una temperatura leggermente

inferiore ad A1, permanenza a questa temperatura per il tempo necessario a realizzare la

completa trasformazione dell'austenite in una struttura relativamente dolce, di ferrite e

carburi, seguita da un ulteriore raffreddamento, a velocit pi o meno rapida fino a

temperatura ambiente.

Schema della ricottura:

4.3 NORMALIZZAZIONE

In metallurgiala normalizzazione un trattamento termicoche consiste nel riscaldamento del

materiale ad una temperatura poco superiore a quella di austenizzazione(Ac3+ 50-70C), nellapermanenza per 15 minuti circa e nel raffreddamento in aria calma.

Tale processo simile alla ricottura, ma in questo caso il raffreddamento pi rapido.

Generalmente si ottengono strutture simili a quelle di un materiale che ha subito ricottura: laperliteche si ottiene con la normalizzazione per costituita da cristalli pi minuti ed piomogenea (a causa del raffreddamento pi veloce). Ne consegue il miglioramento dellaresistenza.

Di solito tale processo eseguito come ultima operazione; pu costituire il rimedio a unsurriscaldamento della grana.

Dovrebbe sempre essere effettuata su getti d'acciaio al carbonio e basso legati e su quelli gisottoposti a ricottura d'omogeneizzazione, per affinare la struttura grossolana. utile per annullare qualsiasi trattamento termico o meccanico (ad esempio tempraeincrudimento).L'affinazione della grana che ne consegue un'utile preparazione a successiva tempra ecarbocementazione.

In commercio troviamo in genere gli acciai normalizzati o bonificati.


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4.4 TEMPRA

La tempra costituisce il trattamento pi importante che pu essere fatto sugli acciai inquanto realizza condizioni di durezza e resistenza meccanica elevate ma induce anchenotevole fragilit.Queste caratteristiche si ottengono con una velocit di raffreddamento superiore a quellacritica (ricavabile dai diagrammi CCT o TTT). In tal caso laustenite si trasforma inmartensite che una struttura metastabile composta da una soluzione solida interstizialesoprassatura di carbonio nel ferro con reticolo tetragonale..

Da tener presente che gli acciai assumono la durezza di tempra solo se le percentuali dicarbonio sono superiori allo 0.3%. Per eseguire correttamente loperazione di tempra,tutto il componente deve essere scaldata uniformemente; questo fattore particolarmenteimportante con pezzi di forma irregolare, altrimenti si possono verificare deformazioni,tensioni interne e criccature durante o dopo il processo.

4.4.1 Tempra diretta

La tempra si dicedirettaquando dopo aver riscaldato lacciaio sopra A3se ipoeutettoide(C< 0.86%) o sopra A1se ipereutettoide ( C>0.86%) si raffredda con velocit superiorealla critica non toccando quindi le curve CCT o TTT.


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4.4.2 Tempra termale

La tempra si dice termale quando utilizzando un bagno di sali fusi si interrompe iltrattamento ad una temperatura di poco superiore a Ms (220C) per un tempo sufficiente aduniformare le temperature esterne ed interne, dopodich il raffreddamento viene completatofino a temperatura ambiente. Lo scopo evidentemente quello di evitare cricche e distorsioni.Se la curva di raffreddamento non tocca le curve di Bain (TTT) la struttura che si ottiene martensitica, se oltrepassa la prima curva e non la seconda la struttura mista martensitica ebainitica

4.4.3 Tempra isotermica

Se la curva di raffreddamento isotermica oltrepassa entrambe le curve di Baini la struttura

che otteniamo interamente bainitica e in questo caso la tempre si dice isotermica.La struttura bainitica un aggregato di ferrite aghiforme e cementite abbastanza fine;possiede ottime caratteristiche di durezza e tenacit per cui non sono necessari ulterioritrattamenti termici.

4.4.4 Mezzi di raffreddamento

I mezzi di raffreddamento pi usati sono dal pi energico al pi blando:

Acqua salata (5% di NaCl) Acqua a 20

Acqua calda Emulsioni acqua-olio Olio Aria soffiata Aria calma

Lacqua salata il mezzo di raffreddamento pi energico in quanto quando si immerge ilpezzo caldo in acqua si forma immediatamente una pellicola di vapore intorno al pezzo


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che rallenta lo scambio termico. I cristalli di sale che vengono a contatto col pezzo roventeesplodono rompendo la pellicola e portando nuova acqua a contatto del pezzo.

Diagrammi relativi alla tempra scalare martensitica

Diagramma CCT Diagramma TTT

4.5 RINVENIMENTO e BONIFICA

Il rinvenimento un trattamento termico che seguente alla tempra allo scopo di conseguire

strutture pi stabili della martensite. Il trattamento di tempra + rinvenimento dettoBonifica.Non esiste una determinata temperatura di rinvenimento, ma temperature variabili (sempreinferiori comunque ad A1) in funzione delle caratteristiche che vogliamo ottenere.

Scopo del rinvenimentoLe strutture ottenute con la tempra sono instabili e comportano nel materiale tensioni interne enotevole fragilit; per questo motivo i pezzi semplicemente temprati trovano scarso impiego.Un opportuno riscaldamento toglie le tensioni interne, fissa strutture pi stabili, migliora latenacit, tutto ci a scapito di una calo della durezza e resistenza meccanica.

Un riscaldamento a 150C elimina solo le tensioni interne senza modificare in modo evidentedurezza e resistenza meccanica. Se si vuole aumentare la tenacit occorre riscaldare fino a

300C ottenendo in genere una struttura troostitica (miscela finissima di ferrite e cementite).Chi ha molta esperienza riesce a determinare le temperature di rinvenimento dalla colorazioneassunta .

4.5.1 Acciai da bonifica

Gli acciai non legati da bonifica pi impiegati vanno da C30 a C60 e sono utilizzati per laproduzione di parti di macchine. Le caratteristiche meccaniche indicative vanno da:


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C30: Rp= 350 N/mm

2(snervamento) Rm= 650 N/mm2 (rottura) A% = 18 (allungamento)

C40: Rp= 450 N/mm2(snervamento) Rm= 750 N/mm

2 (rottura) A% = 16 (allungamento)C60: Rp= 580 N/mm

2(snervamento) Rm= 900 N/mm2 (rottura) A% = 11 (allungamento)

Gli acciai speciali legati da bonifica pi comuni sono:

28 Mn 6 acciaio al manganese38 Cr 2 - 41 Cr4 acciaio al cromo25 Cr Mo 4 - 34 Cr Mo 4 - 50 Cr Mo 4 acciaio al cromo-molibdeno36 Cr Ni Mo 4 - 30 Cr Ni Mo 8 acciaio al cromo-nichel-molibdeno34 Ni Cr Mo 16 acciaio al nichel-cromo-molibdeno , autotemprante in aria, con

Rp= 1050 N/mm2(snervamento) Rm= 1250-1450 N/mm

2 (rottura)

Gli acciai speciali da bonifica vengono usati nellindustria metalmeccanica per la costruzione diorgani fortemente sollecitati staticamente e dinamicamente.

4.6 TRATTAMENTI TERMICI SUPERFICIALI

I trattamenti termici superficiali hanno lo scopo di modificare le caratteristiche in superficiedegli acciai conferendo essenzialmente una forte durezza superficiale e lasciando il cuore delpezzo con le caratteristiche di tenacit originarie.E evidente che con questi trattamenti si realizza una notevole durezza superficiale chedetermina una notevole resistenza alla usura.I trattamenti pi significativi sono la tempra superficiale, la carbocementazione e lanitrurazione. Questi ultimi due vengono anche denominati trattamenti termochimici di diffusioneper il modo con cui si realizzano.

4.6.1 Tempra superficiale

Se si tratta di temprare pochi pezzi si pu usare il cannello ossiacetilenico quindi operare unrapido riscaldamento superficiale seguito da un veloce raffreddamento. Questo metodo un poartigianale non consente un controllo efficace delle condizioni per cui stato sostituito, specieper le tempre di serie dallatempra superficiale ad induzione.

Richiami sugli effetti magnetici della corrente:

- se avvolgiamo con una bobina un pezzo cilindrico di acciaio e la facciamo attraversareda una corrente continua, allinterno della stessa si crea un campo magnetico costante eil pezzo in esso immerso si magnetizza formando una calamita artificiale.

- se facciamo attraversare la bobina da una corrente alternata con alta frequenza (da 5 a 30KHz), il campo magnetico non pi costante ma varia continuamente alternando lepolarit con la frequenza. Questo campo magnetico variabile causa sulla superficie delpezzo (effetto pelle) correnti indotte di notevole intensit che, per effetto Joule, riscaldanola superficie del pezzo alla temperatura di tempra in pochi secondi. La profonditinteressata legata alla frequenza, pi questa bassa maggiore lo strato ma si riduce lavelocit di riscaldamento che anche funzione della potenza dellimpianto.


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Nella tempra ad induzione si adotta il principio sopra illustrato per riscaldare velocemente ilpezzo dopodich si procede ad un immediato raffreddamento che pu avvenire anche dentro labobina.Il vantaggio della tempra ad induzione, rispetto alla carbocementazione ed alla nitrurazione la velocit di esecuzione che lo rende idoneo nelle lavorazioni di serie.

La bobina deve essere modellata quanto pi possibile al pezzo da trattare in modo da ridurre leperdite e aumentare la velocit di riscaldamento.

Vantaggi della tempra ad induzione:- possibilit di temprare parti esterne ed interne di pezzi complicati- tempra selettiva perch limitata dallarea coperta dalla bobina- alto rendimento: il riscaldamento localizzato alla parte da temprare- controllo automatico e quindi garanzia della costanza dei risultati- forte velocit di produzione

Gli acciai idonei per la tempra superficiale sono quelli in cui la % di Carbonio compresa fra0.3-0.5%.

4.6.2 CARBOCEMENTAZIONE

Il trattamento di c. cementazione si effettua per indurire superficialmente gli acciai che devonocomunque mantenere unalta tenacit per resistere a sollecitazioni di urto e fatica.

Il trattamento consiste nel riscaldare e mantenere per un tempo sufficiente un acciaio atemperatureaustenizzanti (>A3) in quanto solo nel ferro si raggiunge una sufficiente solubilit delcarbonio nel ferro quando questo posto a contatto con mezzo solido, liquido o gassoso ingrado di rilasciare carbonio.Gli acciai da carbocementazione richiedono una composizione chimica in grado di facilitarelassorbimento di C, quindi acciai con C


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4.6.3 NITRURAZIONE

Il trattamento di nitrurazione consiste nel riscaldare e mantenere per un tempo adeguato unacciaio di opportuna composizione chimica a temperature comprese fra 500-550C in unmezzo gassoso contenente ammoniaca (NH3) dalla quale possa essere assorbito lazoto.

Questo si lega con gli elementi speciali dellacciaio formando degli azoturi che conferiscono ladurezza superficiale.

La temperatura di processo relativamente bassa evita pericoli di distorsioni termiche e quindinon sono necessari ulteriori trattamenti anche perch la durezza che si ottiene di gran lungasuperiore a quella della carbocementazione (fino a 1200 HV contro 700HV).Le caratteristiche ottenute negli acciai sono quindi alta resistenza allusura, al grippaggio,mantenimento della durezza anche a caldo in quanto non necessitando delle tempra(cementazione) sono insensibili alle temperature di rinvenimento. Unaltra caratteristica dellesuperfici nitrurate la resistenza allazione degli agenti corrosivi, dellacqua e dellaria umida.Gli acciai da nitrurazione sono pi costosi perch speciali, ma anche molto impiegati adesempio nei cambi di velocit e nei differenziali delle automobili.

Gli acciai da nitrurazione devono contenere alluminio e/o molibdeno e quindi: 31CrMo 12;34CrAlMo 7; 31crMoV 10; 18NiCrMo5; etc.

Il trattamento assai lungo, infatti indicativamente per ottenere uno strato indurito di 0.4mmoccorrono circa 50 ore di permanenza in forno.

Non approfondiamo i trattamenti termici delle ghise un po perch limpiego della ghisa haperso negli ultimi anni importanza, ma anche perch i trattamenti sono analoghi a quellioperati sugli acciai e con gli stessi scopi ovviamente fa eccezione la carbocementazione.

MODULO 5 Prove distruttive

5.1 PROVE SUI MATERIALI METALLICI

Le prove sui materiali mirano ad accertare le propriet meccaniche e tecnologiche.

Le propriet meccaniche costituiscono linsieme delle risposte che un determinato materiale in grado di fornire quando sottoposto alle sollecitazioni. Queste possono essere statiche se icarichi applicati sono fissi o variano con lentezza nel tempo e dinamiche quando i carichi sonovariabili con grande rapidit.

Le propriet tecnologiche determinano lattitudine del materiale a subire determinatelavorazioni.

5.1.1 Prove meccaniche

Le prove meccaniche pi importanti di cui ci occuperemo sono:prova di trazione, prova di resilienza, prova di fatica, prova di durezza.

Molte di queste prove sono gi state studiate negli anni precedenti per cui le riassumeremonelle caratteristiche generali. Oltre a queste prove possono essere effettuate anche prove dicompressione (per esempio sui cubetti di calcestruzzo), prove di taglio, prove di flessione e di


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torsione ma la prova principale rimane la prova di trazione per tutte le informazioni che cifornisce.

La risposta di un materiale quando sottoposto ad un carico pu manifestarsi comedeformazione elastica, se questa sparisce al cessare della sollecitazione esterna, oppure comedeformazione plastica quando rimane anche al cessare del carico, oppure come rottura quando

il carico supera un certa valore.I materiali in base alle propriet meccaniche possono dividersi in duttili e fragili. I primi primadi rompersi si deformano plasticamente, i secondi giungono a rottura con una deformazioneplastica trascurabile.

5.1.1.1 Prova di trazione

Si effettua su provette di dimensioni unificate ricavate dal materiale da testare aumentando ilcarico applicato fino a giungere alla rottura della provetta. Il diagramma carichi-deformazioniche si ottiene pu essere di forme diverse. Analizzeremo quello relativo ad un acciaio dolceperch didatticamente importante per lindividuazione dei punti caratteristici, poi vedremo duealtri diagrammi relativi ad acciai.

.

I punti del diagramma rappresentano:

A - Fp il carico limite di proporzionalit in cui applicabile la legge di Hooke = Eil regime totalmente elastico

B - Fe il carico limite di elasticit con un allungamento residuo allo scarico convenzionalesiamo nella zona elasto-plastica, le deformazioni sono ancora piccole

C - Fs il carico di snervamento in cui iniziano le grandi deformazioni e si entra nella zonadelle

grandi deformazioni permanenti, regime plasticoE - FR il carico massimo raggiunto nella prova che si assume come carico di rottura


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Attraverso la prova di trazione ricaviamo quindi 3 valori fondamentali per comprendere lecaratteristiche del materiale :

- il carico unitario di snervamento del materiale che determina il limite oltre il quale si hannodeformazioni rapide e permanenti e quindi rappresenta il carico che non dobbiamo mai

superarenelluso del materiale. Si determina facendo il rapporto fra il carico di snervamento e lasezione

iniziale della provetta- il carico unitario di rottura o resistenza alla trazione che rappresenta il rapporto fra il carico

massimo raggiunto nella prova di trazione e la sezione iniziale della provetta- lallungamento percentuale dopo rottura determinato da:

100(%)0

0

=

L

LLA F

dove L0 la lunghezza iniziale della provetta, LF la lunghezza della provetta dopo rotturavalutata fra gli stessi punti della provetta ricongiunta.Questa informazione molto interessante perch ci d informazioni indirette sulla durezza,sulla tenacit, sulla capacit di sopportare deformazioni a freddo.

Il primo diagramma tipico di un materialeche non rivela il punto di inizio snervamento

per cui questo si assume convenzionalmentecome quello che determina una deformazioneplastica residua dello 0.2% .Il secondo diagramma tipico di un materialefrattile.


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Da un certificato di controllo del materiale S235 di un tubolare rettangolo 100x60x3 rilasciatodalla ditta Marcegaglia Spa si rilevano i seguenti valori:

Analisi chimica: C 0.105% Si 0.010% Mn 0.328% P =0.012% S=0.015 %Al=0.032%Carico di rottura: 377 N/mm2

Carico di snervamento: 268 N/mm2

Allungamento L0=5d : 16%

5.1.1.2 Prova di Resilienza

La prova di trazione non riesce a dare informazioni sui materiali destinati alla costruzione diorgani sottoposti ad azioni dinamiche molti dei quali, pur avendo capacit di sopportareconsiderevoli sollecitazioni statiche, presentano basse capacit di resistenza ai carichiimpulsivi e quindi presentano una certa fragilit.

Oltre a questo la prova di resilienza a 20 diventata importante per gli acciai da

costruzione impiegati alle basse temperature. Una serie di disastri che si verificarono fra glianni 1938-45 tra i quali diversi crolli di ponti in Germania (almeno 5) e cedimenti perfessurazioni sulle navi della serie Liberty e Victory port alla conclusione che oltre a difetti diesecuzione, le basse temperature alle quali si verificarono i cedimenti , fra 15 e 20 ,avevano provocato un aumento di fragilit negli acciai impiegati per la loro costruzione. Daqui si comprese limportanza di verificare la differenza di resilienza di un acciaio a 20 e 20per comprendere il suo comportamento alle basse temperature.

La prova Charpy di resilienza viene effettuata su una provetta di misure unificate appoggiatafra due sponde di un maglio a pendolo sulla quale viene lasciata cadere da una certa altezzauna massa che rompendo la provetta risale dalla parte opposta. La differenza delle energiepotenziali della massa determina lenergia assorbita dalla rottura. Ovviamente maggiore sar

questa differenza il materiale risulter pi tenace, di contro se la mazza dopo la rottura risalemolto, lenergia assorbita per la rottura minima e il materiale fragile.

Provetta cilindricaa testa semplice


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La provetta in disegno la provetta Charpy, usata anche la provetta Messnager il cui intaglio profondo solo 2 mm anzich 5mm. Lintaglio necessario per indebolire la sezione e quindifacilitare la rottura esattamente al centro.Il valore della resilienza espresso dal rapporto dellenergia assorbita dalla rottura dellaprovetta relativa alla sezione quindi in J/cm2:

S

hHmg

S

LK

)( ==

pi elevato risulta questo valore, pi il materiale tenace (pi energia assorbita nella rottura);se il materiale si rompe subito (meno energia assorbita) K basso e il materiale fragile.

5.2 PROVE DI DUREZZA

La durezza si pu definire come la resistenza che un corpo oppone alla penetrazione da partedi un altro corpo. Su questo concetto si basava la scala comparativa delle durezze Mosh checomprendeva 10n sostanze elencate nellordine dalla pi tenera alla pi dura:

1. Talco 2. Gesso 3. Calcite 4. Fluorite 5. Apatite 6. Ortose 7. Quarzo 8.Topazio 9. Corindone 10. Diamante

Un metallo in esame veniva inserito nella scala fra il campione che scalfiva e quello dal qualeveniva scalfito. Metodo piuttosto impreciso e quindi presto abbandonato a favore di provemeccaniche.

Le prove di durezza sono assai importanti dal punto di vista meccanico-tecnologico perch nonsono prove distruttive che comunque consentono di risalire indirettamente a caratteristiche


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quali la resistenza a trazione, la tenacit, lincrudimento, leffetto di trattamenti termici inparticolare quelli superficiali, lavorabilit alle macchine utensili.

5.2.1 Prova di durezza Brinell

La prova Brinell viene eseguita su materiali non eccessivamente duri in quanto il penetratore

una sferetta di acciaio temprato di diametro D = 2.5 5 10 mm passando dagli spessoriinferiori a 3mm, da 3 a 6 mm e superiori a 6 mm.

Il carico applicato in Newton funzione del materiale e del diametro del penetratore:

28.9 DkF =

Materiale Coefficiente kMateriali ferrosi 30Leghe leggere 10Bronzi e ottoni 5AlluminioLeghe di stagno

2.51.25

Materiali molto teneri 0.5

Perch la prova sia valida necessario che il diametro dellimpronta sia compreso fra i valori:

0.2D d 0.5D

S

FHB

102.0= dove S la superficie della impronta in mm2

Lapplicazione del carico graduale in 15 sec, dopodich si mantiene per altri 15 sec.Il valore del carico di rottura si valuta approssimativamente Rm = 3.4 HB (N/mm

2)

5.2.2 Prova di durezza Vickers


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La prova Vickers utilizza un penetratore costituito da una piramide di diamante a basequadrata con angolo al vertice di 136. Il materiale del penetratore il pi duro fra quelliconosciuti e quindi questa prova indicata per i materiali duri e durissimi.

S

FHV

=

102.0

dove S la superficie dellaimpronta.Il carico applicato di solitopari a 294N (corrispondente a30Kg)

Sia la prova Brinell che la Vickers trovano limitazione nella valutazione della superficie dellaimpronta che deriva da una lettura di d (HB) e di h (HV).Per questo motivo si andato sempre pi affermando la prova Rockwell che non richiede ilcalcolo delle superfici della impronta.

5.2.3 Prova di durezza Rockwell

Questa prova richiede solo il valore della profondit dellimpronta che viene convertitodirettamente in valore della durezza sul quadrante del durometro senza operare alcun calcolo.

5.2.3.1 Durezza Rockwell B - HRB

Si usa per materiali teneri o non eccessivamente duri. Il penetratore una sfera di acciaiotemprato di diametro 1/16.La prova condotta in tre fasi:1. il penetratore caricato con una forza F1= 98 N (10Kgf) detto precarico; la sfera

penetra nel pezzo di una profondit a .2. si aggiunge in 10 secondi il carico di prova F2= 882 N (90 Kgf) , quindi un cario

complessivo F3= F1+ F2= 980N (100Kgf) e il penetratore raggiunge la profondit di b.3. dopo 20-30 secondi si toglie il carico F2, lasciando il precarico F1; la profondit

dellimpronta ha un ritorno elastico e si colloca ad una profondit a + e. Lindice didurezza dato da:

HRB = 130 500e

5.2.3.2 Durezza Rockwell C HRC

Si usa per acciai duri legati e trattati termicamente . Il penetratore un diamante di formaconica con angolo al vertice di 120.La prova condotta nello stesso modo dell HRB con la differenza che il carico applicato F 2=1372N (140 Kgf). Lindice di durezza vale:


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HRC = 100 500e

5.3 LA FATICA

Il problema della fatica si presentato fin dalle prime realizzazioni delle costruzioni in acciaio.Infatti gi da allora era ben noto che elementi strutturali , soggetti a sforzi ciclicamentevariabili nel tempo, si rompevano a carichi notevolmente inferiori alla resistenza statica.Attualmente limportanza dei fenomeni di fatica enormemente accresciuta, tanto che la quasitotalit delle rotture che si verificano negli organi delle macchine da ascriversi alleffetto difatica.

5.3.1 Cicli di carico

Una tensione variabile ciclicamente fra limiti determinati caratterizzata: dalla tensione massima max

dalla tensione minima min

dal loro rapportomin

max

=R

dalla tensione media media

dallampiezza della oscillazione rispetto al valore medio


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Limportanza del ciclo di carico sta nel fatto che un elemento strutturale si comportadiversamente a seconda del tipo di ciclo. Infatti si intuisce che a parit di ampiezza , unciclo di carico risulta progressivamente pi gravoso se si sovrappone ad una tensione mediagradualmente crescente e analogamente a parit di max pi gravoso un ciclo con unatensione minima pi bassa.

5.3.2 Curve di Wolher

Come detto uno sforzo variabile nel tempo pu condurre, dopo una certa successione di ciclidi carico, alla rottura dellelemento strutturale a cui applicato.Sperimentalmente, mantenendo costante il ciclo di carico, si va a rilevare il tempo (o ilnumero di cicli) che porta alla rottura. Non ci dilunghiamo sulla prove di fatica che sonolunghe e costose e tendono comunque a simulare la condizione di carico reale a cui ilcampione sar sottoposto.Si ottengono in tal modo per ciascun tipo di carico delle curve note col nome di curve diWohler, il cui andamento rappresentato in figura:


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Per qualificare un acciaio nei confronti della fatica occorre costruire le curve di Wholer perogni tipologia di ciclo di carico e quindi prove lunghe e costose.Per gli acciai si ritiene che 107 costituisca il limite di resistenza alla fatica.

5.3.3 Modalit e cause della rottura

Il cedimento per fatica presenta un aspetto caratteristico della sezione di rottura:una zona liscia in cui si manifestata e propagata la lesione per fatica ed una zona didistacco istantaneo netto e pi o meno frastagliato a seconda del materiale.La lesione per fatica ha innesco preferibilmente in un punto e si estende poiprogressivamente , al crescere dei numero dei cicli di carico fino a che, la riduzionedellarea resistente, produce tensioni che provocano la rottura istantanea.La lesione ha origine sulla superficie dellorgano, in corrispondenza di una bruscavariazione di sezione o di un intaglio o di un qualsiasi difetto, dove comunque si realizzanole tensioni pi elevate. Solo nei cuscinetti a rotolamento linnesco avviene allinterno delpezzo, in quanto le pressioni Hertziane determinano una tensione ideale massima inprofondit.Le cause principali della rottura per fatica sono:

non omogeneit o anisotropia dei cristalli che compongono il materiale autotensioni che si sovrappongono allo stato tensionale indotto dai carichi esterni inclusioni o altri difetti microscopici scarsa finitura superficiale dovuta alla lavorazione presenze di intagli brusche variazioni di diametro

La frequenza del carico non ha grande influenza sulla resistenza a fatica, mentre correlataalle caratteristiche meccaniche del materiale in particolare allo snervamento e alla resistenzaa rottura.

5.3.4 Diagramma di Goodman-Smith

Il diagramma di Goodman-Smith consente di ottenere in un unico diagramma unarappresentazione delle varie condizioni di carico compatibili con una certa durata. In ascissasi riportano le tensioni medie m corrispondenti alle tensioni max e min del ciclo di carico,in ordinata i valori di tensione.Una sollecitazione alternata simmetrica avr m= 0 e quindi


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sar sulla origine degli assi. Di solito di questa sollecitazione si possono ricavare per gliacciai i valori per un dato numero di cicli e quindi si pu costruire il diagrammaapprossimato di Goodman-Smith.

Costruzione:

1. si traccia una retta a 45 dallorigine che rappresenta le tensioni medie2. si rilevano dai manuali per un dato numero di cicli i valori della tensione max e min asollecitazione simmetrica alternata dellacciaio e si riportano sulla origine degli assi dovesi ha la tensione media uguale a 0

3. si riportano sul diagramma la tensione di rottura e snervamento fino ad incontrare la rettaa 45 uscente dallorigine rispettivamente in C e in E

4. si congiunge il valori della tensione alternata max con il punto C, interrompendola in Dsullo snervamento

5. dal punto D con una orizzontale troviamo il punto E sulla retta a 456. si congiunge E col punto F che allineato sulla verticale con D7. si congiunge la tensione alternata min con il punto C, arrestandola in F8. La figura chiusa cos individuata rappresenta larea di sicurezza

Tutti i punti rappresentativi di sollecitazioni alternate o pulsanti che si trovanoallinterno di detta area corrispondono a condizioni di funzionamento che nonprovocano rotture entro ilnumero di cicli sulla base del quale il diagramma statocostruito.


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MODULO 6 Prove distruttive

6.1 ESAMI NON DISTRUTTIVI

Con gli esami non distruttivi ci poniamo lobiettivo di verificare lintegrit dei pezzimeccanici, sia al termine del processo produttivo sia nel corso dellesercizio.

Le possibilit offerte dalle prove non distruttive sono molto importanti per lindividuazionedi difetti non palesi di pezzi ottenuti per fusione , stampaggio, sinterizzazione, saldature(soffiature, bolle, inclusioni) , difetti superficiali (criccature) non visibili a occhio.La scelta del metodo di prova va attentamente analizzata in relazione a quello che si vuoleottenere e anche al costo partendo a volte da analisi semplici per giustificare poi analisi picomplesse e costose.

6.2 Esame radiologico

Permette di vedere allinterno della materia mediante raggi x o raggi emessi da unasorgentee assorbiti pi o meno nellattraversamento del pezzo in esame.

6.2.1 Raggi x

I raggi x sono radiazioni elettromagnetiche, ossia energia che si trasmette nello spazio sottoforma di onde. Anche i raggi infrarossi, la luce del sole, i raggi ultravioletti, le onde radio etv, i raggi , sono radiazioni elettromagnetiche che si propagano alla velocit della luce(c=300.000.000 m/s) e differiscono solo per la frequenza e la lunghezza donda.Allaumentare della frequenza (f) diminuisce la lunghezza donda e la radiazione ha unamaggiore energia di penetrazione.

f

c=

Le frequenze dei raggi x variano da 3x1012MHz (=0.1nm) a 1014 MHz (=0.0001nm)Il nm (manometro) = 10-9m

I raggi x si propagano in linea retta e dopo aver attraversato il corpo, venendo pi o menoassorbiti da questo, vanno a colpire una lastra sensibile impressionandola. I raggi x sonoclassificati:

Raggi molli 0.01nm


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generato dallalta tensione gli elettroni vengono accelerati fortemente e colpiscono lanodoin tungsteno facendo emettere ulteriori elettroni dalle orbite di questo materiale che ne hamolti e generando i raggi x quando questi rientrano nelle orbite.

Lanodo inclinato a 45 per deviare e focalizzare i raggi x sul pezzo da esaminare,dopodich i raggi attraversato il pezzo colpiscono la lastra e la impressionano rilevando ildifetto.Solo 1% dellenergia degli elettroni si trasforma in raggi x, il 99% viene dissipato in caloresullanodo per cui necessario un raffreddamento ad olio.

6.2.2 Raggi

Sono analoghi ai raggi x, ma invece di essere prodotti artificialmente sono emessi dasostanze radioattive (radio-isotopi) presenti in natura o attivati artificialmente entro i reattorinucleari.Avendo lunghezza donda inferiore ai raggi x sono capaci di penetrare spessori profondi. Iradio-isotopi sono facili da trasportare perch poco ingombranti e non necessitano di energiaelettrica. Sono contenuti in recipienti di piombo nei quali lapertura di una piccola fessura ascorrimento ne permette la fuoriuscita.Come i raggi x sono pericolosi, i raggi lo sono anche di pi, non solo perch pipenetranti, ma anche perch mentre i raggi x vengono emessi solo nel momento in cui vieneattivata tensione (quindi per brevi istanti), la radioattivit dei raggi permanente da qui lanecessit del contenitore in piombo.

I radio-isotopi pi usati sono il cobalto e liridio il cui tempo di dimezzamento della attivitdi emissione dei raggi rispettivamente di 5 anni e di 75 giorni.

6.3 Ultrasuoni

Gli ultrasuoni sono onde elastiche (vibrazioni) con frequenze comprese fra 500 KHz e20000 KHz ; ricordiamo che il campo delludibile arriva a 16-20 KHz.Lesame ultrasonico impiegato principalmente per rilevare difetti interni, ma anche per ilcontrollo delle saldature e la rilevazione dello spessore dei pezzi. Un difetto rilevabile


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quando londa ultrasonica che lo investe viene in parte riflessa. Come per i raggi x lalunghezza donda inversamente proporzionale alla frequenza

f

v=

v in questo caso rappresenta per la velocit del suono. Pi alta la frequenza, pi bassarisulta la lunghezza donda e maggiore la sensibilit di controllo con possibilit di rilevare

difetti fino a dimensioni di /4.

Per generare gli ultrasuoni si sfruttano le propriet piezoelettriche dei cristalli di quarzo,tormalina, sale di Rochelle, placchette ceramiche di titaniato di bario etc.. Questi cristalli,tagliati in lamelle secondo particolari direzioni cristallografiche, diventano sedi di caricheelettriche di segno contrario qualora si applichino su dette facce azioni alternate dicompressione e trazione.Invertendo il fenomeno, cio applicando sulle facce del cristallo degli impulsi elettrici, lalamella si dilata e si contrae ed entra in risonanza generando vibrazioni meccanicheultrasonore.Gli spessori delle lamelle ci permettono di avere una gamma di frequenze fra cui scegliereper le varie prove.Le lamelle sono contenute in un trasduttore che ha il compito di trasformare gli impulsielettrici che riceve dal generatore in vibrazioni meccaniche di frequenza ultrasonora.A seconda della forma, delle dimensioni e della inclinazione del trasduttore si generano:

onde longitudinali quando la direzione delle vibrazioni parallela alla direzione dipropagazione A-B (perpendicolare alla sorgente emittente C-D) fig. 1

onde trasversali quando la direzione delle vibrazioni perpendicolare alla direzionedi propagazione A-B; angolo incidenza trasduttore piccolo. Fig.2

onde superficiali quando la direzione perpendicolare alla superficie del pezzo A-B,in questo caso scandagliata la superficie del pezzo per una profondit dellalunghezza donda; angolo incidenza trasduttore grande. Fig.3


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Per garantire una buona trasmissibilit dellonda, il contatto fra il trasduttore e lasuperficie del pezzo facilitato dalla glicerina.Lesame pu avvenire a riflessione o per trasparenza; nel primo caso il trasduttore unico trasmette vibrazioni, ferma la trasmissione e riceve; nel secondo caso vi sono duetrasduttori uno emettente ed uno ricevente. Il risultato della scansione visualizzato suuno oscilloscopio.

Esempi di scansioni:


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Il metodo di indagine con ultrasuoni veloce, pratico e non ha costi elevati; in grado dirilevare difetti anche in punti non raggiungibili con altre tipologie di analisi, richiedeper personale esperto per interpretare il tipo di difetto e la sua gravit in quanto non cifornisce una immagine diretta. Quindi nel caso si voglia meglio analizzare il difettotrovato si ricorre ad una radiografia.

6.4 Esame con il metodo magnetoscopico

Questo esame consente di rilevare discontinuit superficiali o subsuperficiali di ogni tipoma in materiali esclusivamente ferromagnetici.Il principio si basa sulla magnetizzazione della superficie e successivo esame dellasuperficie dopo che questa stata cosparsa di minute particelle metalliche a secco o insospensione. Quando nel pezzo si verifica una discontinuit il flusso magnetico sidisperde allesterno e le particelle metalliche si accumulano o si dispongono rivelando lapresenza di un difetto.I principali vantaggi di questo metodo sono la sesibilit, la rapidit e il basso costo. Gli

svantaggi riguardano la limitazione ai soli materiali ferromagnetici e la rilevazione didifetti superficiali o subsuperficiali (4-5mm di profondit) senza peraltro avere ladocumentazione diretta della prova. Il metodo si presta quindi a rilevazione di cricche,fessure.

I pezzi possono essere magnetizzati : con un campo magnetico generato esternamente al pezzo ad esempio con un

solenoide con una corrente elettrica fatta fluire attraverso il pezzo stesso

A - discontinuit non rilevabileB - discontinuit subsuperficiale rilevabileC discontinuit superficiale rilevabileD - deviazioni linee di campo magneticoE linee di flusso del cam o ma netico


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La corrente pi usata la corrente continua o raddrizzata, le polveri sono costituite dapagliuzze ferrose o di ossido di ferro. Il pezzo da analizzare deve essere smagnetizzatosia prima che dopo lesame.

6.5 Metodo con liquidi penetranti

Il metodo semplice, pratico ed economico e si basa sul principio della capillarit delliquido atto a penetrare eventuali difetti affioranti sulla superficie del pezzo che puessere ferroso e non ferroso, magnetico o non magnetico.La capillarit il fenomeno per cui le molecole di un liquido che bagna le pareti sonoattratte dalle molecole di queste pi che fra di loro. Ne consegue che un liquido capace

di penetrare per capillarit un difetto superficiale anche se molto sottile.Le superfici da controllare non devono risultare rugose ma rifinite abbastanza bene.Si adottano due metodi:

con liquidi penetranti a contrasto di colore con liquidi penetranti fluorescenti

Il concetto comunque analogo:1. si deve innanzitutto pulire accuratamente la superficie da analizzare con

solventi2. si cosparge la superficie a pennello o con spugna del liquido penetrante rosso3. si la va poi la superficie del pezzo e si asciuga con stracci4. si cosparge la superficie con il liquido rivelatore bianco, in pochi minuti questo

siasciuga e, se il pezzo aveva difetti, questi compariranno sul fondo bianco con

dellerigature rosse in corrispondenza di crepature, oppure con punti rossi incorrispondenza di soffiature

5. dopodich il pezzo pu essere ripulito.

Nel secondo caso il liquido penetrante fluorescente e , dopo il lavaggio e asciugatura,si usano polveri assorbenti che richiamano il liquido sulla superficie e utilizzando raggiultravioletti il difetto superficiale evidenziato.


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MODULO 7 Complementi di saldatura

7.1 Generalit sulle saldature

La saldatura un processo mediante il quale due pezzi metallici costituenti il metallobase vengono uniti permanentemente (con o senza metallo dapporto ) mediante fusione

graduale del giunto. Se c il metallo dapporto questo va a formare il cordone disaldatura.Le saldature si dicono autogenequando i giunti da unire sono dello stesso materiale eleventuale metallo dapporto anchesso conforme ai giunti.Le saldature si dicono eterogenequando il materiale dei pezzi da unire diverso e cospure il metallodapporto.

7.2 Saldatura per fusione ossiacetilenica

E il procedimento pi vecchio come concetto ed anche quello che oggi viene sempremeno usato. Il calore per la fusione della bacchetta costituente il metallo dapporto ottenuto dalla combustione del gas acetilene C2H2 (combustibile) con lossigeno

(comburente). I due gas provengono da due bombole allinterno delle quali sono inpressione; ognuna di queste bombole dotata di un manometro e di un riduttore dipressione; i due gas, opportunamente ridotti di pressione, vengono miscelati in uncannello anchesso fornito di pomelli per regolare finemente la pressione di uscita. Lacombustione avviene appena allesterno e la temperatura sul dardo, a circa 1-2 mmdalluscita, raggiunge i 3000C.E bene che la combustione avvenga in leggero difetto di ossigeno ci fa s che ilcompletamento della combustione avvenga a spese dellossigeno contenuto nellariaintorno alla fiamma e quindi viene evitato il pericolo dellossidazione.


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7.3 Saldatura allarco elettrico con elettrodo fusibile

La postazione tipo costituita da una saldatrice che una macchina che genera lacorrente necessaria al processo ( pu essere in corrente continua o alternata). Dallamacchina escono due cavi, uno di questi rappresenta la massa e viene collegato con una

pinza al pezzo o al tavolo di lavoro, laltro termina con una pinza che sostiene lelettrodo.Consideriamo il circuito di figura in cui G il generatore, E lelettrodo e P il pezzo dasaldare:

Fintanto che lelettrodo non a contatto del pezzo non vi alcun passaggio di corrente acausa dellelevata resistenza elettrica dellaria fig.1 e il circuito si presenta aperto.Ponendo a contatto lelettrodo con il pezzo si ha il passaggio di una corrente moltointensa(corrente di corto circuito); in corrispondenza allestremit dellelettrodo si ha un forteriscaldamento per la maggiore resistenza dovuta al contatto imperfetto. Questo forteriscaldamento d origine ad una emissione di elettroni; le molecole dellaria urtate daglielettroni si ionizzano e laria circostante alla zona di contatto diviene conduttrice fig.2.Se adesso allontaniamo di qualche mm lelettrodo dal pezzo si forma un flusso dielettroni che passando dallelettrodo al pezzo attraverso laria conduttrice, sviluppanocalore e formano larco fig3. Tutto il fenomeno descritto dura pochissimi secondi.La temperatura sviluppata darco circa 3000C e porta a fusione sia il materialedellelettrodo che il giunto da saldare formando il cordone di saldatura.Gli elettrodi sono costituiti da unanima metallica rivestita nella parte che fuoriesce dallapinza. Lanima deve possedere buone propriet meccaniche di resistenza a trazione, diallungamento %, di resilienza per far s che il cordone di saldatura possieda proprietmeccaniche non inferiori a quelle del metallo base.

Il rivestimento che pu essere di varie tipologie, deve comunque assolvere alle funzioni:- favorire il mantenimento dellarco in direzione del bagno- facilitare linnesco dellarco favorendo la ionizzazione dellaria- dal luogo alla formazione di gas che proteggano le gocce fuse dalla ossidazione- formare una scoria galleggiante sul bagno di fusione con funzione di

desolforazione e defosforazione- ottenere cordoni di bellaspetto


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Ricordiamo brevemente che i lembi da saldare, se lo spessore lo richiede, devono esserepreparati secondo forme che si trovano sui manuali quindi a U, V, X, Y etc. al fine difacilitare il deposito e la penetrazione del cordone di saldatura.

7.4 Saldatura allarco elettrico con elettrodo fusibile continuo in atmosfera

protettiva MIG Metal Inert Gas

Questa tecnologia caratterizzata dalla fusione di un metallo dapporto, sotto forma difilo continuo, entro una atmosfera protettiva dovuta a un flusso di gas inerte. Materialedapporto e gas sono condotti da una torcia, che fornisce direttamente al filo lenergiaelettrica, mentre larco che scocca tra lestremit del filo e il pezzo da saldare permetteil raggiungimento della temperatura di fusione.Un opportuno dispositivo provvede a far avanzare il filo in relazione al suo consumo convelocit costante e quindi il processo si presta ad essere automatizzato ed utilizzato suirobot di saldatura.Il gas protettivo l Argon un gas inerte che non reagisce con alcun elemento appartieneinfatti ai cosiddetti gas nobili.

Il sistema MIG viene considerato il miglior procedimento attuale di saldatura , in quantofornisce buona qualit delle saldature con costi non eccessivi e buone velocit diesecuzione.

7.5 Saldatura allarco elettrico con elettrodo fusibile continuo in atmosfera attiva

MAG Metal Active Gas

Questa tecnologia del tutto analoga alla precedente, differisce solo per la sostituzionedel gas Argon, abbastanza costoso con lanidride carbonica CO2 assai pi a buonmercato. Questo gas per non inerte ma, alle alte temperature, partecipa al processoinnescando una serie di reazioni chimiche con formazione di CO, O2. Questi sicombinano nella zona dellarco con gli elementi costituenti il metallo dapportoproducendo ossidi e modificando la % del carbonio del materiale depositato. Perneutralizzare questo effetto ossidante il filo contiene Manganese (1.4%) e Silicio (1%).La tecnica risulta meno costosa ma i giunti ottenuti sono di qualit inferiore, quindi vieneusata per saldature poco sollecitate.

7.6 Saldatura allarco elettrico con elettrodo infusibile in atmosfera protettiva

TIG Tungsten Inert GasQuesta tecnologia utilizza un elettrodo di tungsteno infusibile in atmosfera protettiva digas inerte. Larco elettrico scocca fra lelettrodo di tungsteno e i pezzi da giuntarepreventivamente preparati. Il gas inerte Argon fluisce con continuit lungo lelettrodo e,ricoprendo il bagno di fusione, lo protegge dallossidazione dellaria. Il materialedapporto fornito da una bacchetta di composizione opportuna in base al metallo dasaldare. La torcia raffreddata con un flusso dacqua fatta circolare con una pompa chefa parte dellattrezzatura. A prescindere che si pu saldare qualsiasi materiale, questoprocesso particolarmente indicato per la saldatura delle leghe leggere di alluminio e perla saldatura degli acciai inossidabili.


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La saldatura in gas inerte risulta priva di ossidazioni, scorie e di porosit; i cordoni sonocaratterizzati da una buona estetica e da una perfetta penetrazione. I giunti saldatipresentano eccellenti qualit metallurgiche in quanto le caratteristiche fisico-chimiche delgiunto saldato subiscono minori alterazioni che negli altri tipi di saldatura e quindi sihanno anche minori distorsioni.

7.7 Saldatura autogena per pressione

Questa tecnica di unione assai impiegata nellindustria per la semplicit e rapidit diesecuzione, per leliminazione del materiale dapporto e dei protettivi (gas o polveri), perla buona estetica della saldatura, per la sua economicit; tutto ci rende il procedimento

interessante per lunione di pezzi in particolare lamiere ove non siano richieste elevatecaratteristiche di resistenza meccanica.

Il metodo utilizza la legge di Joule: Q = R I2t dove:- Q la quantit di calore sviluppata- R la resistenza elettrica- I lintensit di corrente- t il tempo di passaggio della corrente

Il metodo ditesta prevede lunione sulle superfici frontali accostate ove, per il contattoimperfetto, si ha unalta resistenza elettrica e quindi sviluppo di calore che porta i lembiallo stato pastoso e quindi esercitando una pressione si realizza il giunto saldato.

Pi interessante e pi utilizzato il metodo a punti utilizzato per unire lamiere dipiccolo spessore. In questo caso le quattro fasi di saldatura che avvengono in pochisecondi sono:

- applicazione della pressione sui lembi (forza da 1 a 10 kN)- passaggio di corrente fra i lembi (I=5-20kA per 1 sec)- interruzione della corrente- rilascio della pressione


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Gli elettrodi sono in rame elettrolitico in genere raffreddati ad acqua per contenere il lororiscaldamento; gli elettrodi hanno la parte terminale tronco-conica per concentrare lapressione e il riscaldamento in una zona limitata.

Nella saldatura arulli il concetto identico a quello della saldatura a punti con la differenzache i punti di saldatura sono ottenuti dalla rotazione continua di due elettrodi a disco, ilsuperiore di trascinamento, linferiore folle, i quali serrano e trascinano le lamieresovrapposte da saldare. Lintervallo di tempo delle pulsazioni della corrente ottenuto condispositivi pi o meno sofisticati, ma comunque essendo possibile regolare questo intervallosi possono ottenere punti di saldatura a passo costante a volte talmente vicini da realizzareuna saldatura continua. Questa saldatura particolarmente indicata per le lavorazioni diserie.

7.8 Saldatura eterogena - Brasatura

E un procedimento di saldatura che permette di unire due particolari metallici mediante un

materiale dapporto allo stato liquido, avente una temperatura di fusione sensibilmente pibassa dei metalli da saldare per cui bagna solamente le parti da unire che quindi nonpartecipano per fusione alla realizzazione del giunto.La brasatura pu classificarsi in:

- brasatura dolce: quando il materiale dapporto ha una temperatura di fusione inferiorea 450. Si usano leghe piombo (Pb 65%) con stagno (Sn 35%) con temperatura difusione intorno a 220C; leghe piombo-stagno- antimonio per saldare metalli contenentialluminio o zinco; leghe stagno-antimonio per saldature di scatolame alimentare (nopiombo).

- brasatura forte: quando il materiale dapporto fonde a temperature superiori a 450Cpur risultando comunque inferiore alle temperature di fusione dei giunti. Si usano leghe

rame-argento, leghe rame-zinco. La sorgente di calore pu essere il cannelloossiacetilenico, o il forno a induzione o resistenza. Tipica era la saldatura delleplacchette di widia sullo stelo dacciaio.

- saldobrasatura: quando i pezzi da unire vengono preparati con gli smussi ; questivengono scaldati senza raggiungere la temperatura di fusione dopodich vi si fonde ilmetallo dapporto che forma una lega intermedia fra il metallo dapporto fusoe il metallo base riscaldato.

7.9 Saldabilit


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Si definisce saldabilit la caratteristica di un materiale di essere unito in modo permanente adun altro materiale.Gli acciai sono, in misura pi o meno buona, saldabili. I migliori sono quelli da costruzionedetti anche da carpenteria, nei quali la saldabilit ottima grazie a due caratteristichepeculiari: la percentuale di carbonio assai bassa, non superiore a 0.15% , la presenza di

fosforo e zolfo inferiore a 0.05%. Al crescere della percentuale di carbonio si incontranodifficolt in particolare sopra lo 0,3% di carbonio in quanto la temprabilit del materiale,aumenta la fragilit delle zone limitrofe al giunto saldato. Negli acciai legati specie conelementi che favoriscono la temprabilit le difficolt aumentano. Daltra parte non moltofrequente la saldatura di questi acciai con leccezione degli acciai inossidabili che oggivengono sempre pi impiegati nella carpenteria di macchinari; si pensi alle strutture portantidelle macchine per fabbricare la carta. In questi casi usando elettrodi opportuni e ilprocedimento di saldatura TIG si risolve il problema.

La ghisa in genere scarsamente saldabile, salvo alcune ghise particolari, per cui raramenteviene usata se non in caso di riparazioni.

Il rame viene in genere saldato con brasatura forte.Lalluminio e le sue leghe hanno sempre manifestato problemi nella saldatura per laformazione dellossido Al2O3quindi il metodo migliore il procedimento TIG in gas inerteche evita la formazione dellossido.

Modulo 8 - I materiali semilavorati

8.1 Generalit e classificazione

Nelliniziare lo studio di fabbricazione di un elemento uno dei primi quesiti che dobbiamoporci a quale stato di fornitura commerciale del materiale pi opportuno ricorrere.Questo stato viene comunemente individuato come ilsemilavorato ed opportuno avereuna panoramica di quanto reperibile commercialmente.

Partiamo da una semplice classificazione in:

semilavorati indefiniti quando la forma iniziale non permette assolutamente dicomprendere la forma finale dellelemento semilavorati definiti quando la forma grezza individua anche se con approssimazione pio meno marcata la geometria finale del pezzo

Nello schema sotto riportato abbiamo riassunto i semilavorati pi usuali


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I semilavorati indefiniti sono ottenuti per deformazione plastica sfruttando le propriet dimalleabilit (capacit di lasciarsi deformare in fogli) e duttilit (capacit di lasciarsi ridurrein fili).Come noto la deformabilit di un materiale metallico cresce con la temperatura per cuimolte lavorazioni plastiche vengono effettuate dopo riscaldamento che non deve in generesuperare i 2/3 della temperatura di fusione. Vi sono comunque lavorazioni plastiche eseguiteanche a freddo.La deformazione plastica a caldo degli acciai si esegue a temperature intorno a 1000-1100,con queste temperature possibile effettuare spostamenti di materiale pi elevati, daltra

parte lalta temperatura permette una continua ricristallizzazione (riassetto della struttura)del materiale deformato per cui non si verificano fenomeni di incrudimento. Tutto cicontribuisce a mantenere propriet meccaniche costanti dopo la lavorazione. C da tenerconto del ritiro del materiale nella fase di raffreddamento per cui le dimensioni finali sonoleggermente inferiori. La precisione dimensionale sia la rugosit superficiale non possonoessere elevate.

Nelle deformazioni a freddo si nota invece,per effetto delle distorsioni permanenti delreticolo cristallino sulla superficie, il fenomeno dellincrudimento che aumenta la durezza ela resistenza ad ulteriori deformazioni. Daltra parte con la lavorazione a freddo si ottengonoprecisioni dimensionali pi elevate e migliori rugosit.

Senza entrare nei dettagli diamo adesso una indicazione dei principali processi tecnologici dilavorazione dei semilavorati:

8.2 La laminazione e prodotti di laminazione

E il processo pi importante dal quale passano quasi tutte le altre lavorazioni. Si svolge ingenere a caldo e consiste nel deformare il grezzo di fusione (lingotto) facendolo passare fradue cilindri che ruotano in senso contrario per lattrito sviluppato col materiale.I moderni laminatoi sono movimentati con motori a corrente continua per poter variare congradualit il numero dei giri.


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La riduzione dello spessore R = H h si traduce in allungamento e se non impedito anche inun allargamento mantenendo comunque costante il volume.Per arrivare alla forma finita occorrono pi passaggi e quindi occorrono pi coppie di cilindri

ciascuna comandata da un motore in corrente continua. Le coppie di cilindri sono montate inuna incastellatura che prende il nome di gabbia. Diverse gabbie in sequenza costituisconolimpianto che prende il nome di treno di laminazione.Ad esempio se vogliamo ottenere un piatto 50x10 partendo da una billetta 120x120 lunga 6metri, il nastro che otteniamo, essendo il volume costante, avr lunghezza:

0.050 x 0.012 x L = 0.120 x 0.120 x 6 da cui L = 144 mt

Essendo le barre poste in commercio lunghe 6m occorrer fare 23 tagli. Questi devono esserefatti con taglierine speciali che si muovono con la stessa velocit della barra per il temponecessario al taglio. Il materiale caldo viene quindi lasciato raffreddare fino a temperatura dipoco superiore alla temperatura ambiente.

Lavorando con cilindri lisci si ottengono le lamiere e i nastri; se gli spessori sono piccoli aquesta lavorazione segue il decapaggioche una pulitura chimica per eliminare il grasso egli ossidi superficiali, dopodich si fa una laminazione a freddo che consente di otteneretolleranze pi ristrette sugli spessori e una migliore finitura superficiale. Il mercato richiedeanche prodotti piani rivestiti per immersione a caldo in bagno metallico fuso di zinco, dialluminio, di alluminio-zinco ma anche lamiere cosiddette preverniciate in genere dopozincatura.

Altri prodotti di laminazione sono le vergelle in genere avvolte in matasse il cui diametronon deve essere inferiore a 5 mm, che hanno sezione oltre che tonda, quadrata, esagonaleetc. destinate comunque a subire un ulteriore lavorazione.

Prodotti inbarrelaminate diritte, di diametro comunque maggiore di 8mm, di sezione anchequadrata, esagonale ( chiave > 13mm)etc.

Profilati commerciali aventi sezione a I (IPE) , H (HEA,HEB,HEM), U ma anche L, T, Z,etc.

Profilati in barre formati a freddo partendo da laminati a caldo viene modificatoleggermente lo spessore (ad esempio con la trafilatura)


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Tubi: con questo nome si intendono i prodotti cavi in barre la cui sezione non necessariamente tonda, vengono denominati anchetubolari quando la sezione di formadiversa dalla tonda. Possono essere di piccolo o grande spessori, ottenuti dal pieno oppuresaldati.

8.3 Fabbricazione dei tubi

I tubi si distinguono in due categorie: tubi saldati e tubi non saldati.

8.3.1 Tubi saldatiPer la produzione dei tubi saldatisi parte da un prodotto piano ottenuto per laminazione acaldo o a freddo, avente lo sviluppo pari alla circonferenza del tubo da ottenere.Il nastro piano viene passato attraverso un treno di laminazione che con vari passaggi lodeforma gradualmente fino ad ottenere la forma chiusa circolare. A questo

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