Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio Formati a Caldo
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio Formati a Caldo. Fonte Cibaldi C. “I criteri di scelta e di trattamento degli acciai da costruzione e da utensili”, Volume IV
Un prodotto formato a caldo è uno sbozzato o un oggetto metallico lavorato per deformazione plastica a caldo, al fine di conferirgli una forma definita, tramite martellatura, stiratura, ricalcatura, bigornatura o mandrinatura alla pressa, stampaggio in stampi chiusi alla pressa o al maglio, estrusione o laminazione, o con la combinazione di due o più di questi processi.
Più propriamente, si definiscono:
- fucinati, gli sbozzati ottenuti per martellatura o formatura alla pressa con utensili aperti (incudine e mazza);
- stampati, gli sbozzati ottenuti per formatura in stampi chiusi;
- laminati, i prodotti sbozzati o finiti in barre o rotoli, ottenuti per laminazione o formatura tra rulli;
- estrusi, i prodotti finiti in barre estruse, ottenute coi processi d’estrusione diretta o inversa, cioè comprimendo il materiale contro una filiera e costrungendolo a fluire attraverso la luce di cui prende la forma e dimensioni.
I prodotti formati a caldo possono essere fabbricati con la maggior parte dei metalli e delle loro leghe, quali l’alluminio, il rame, il ferro, il titanio e le leghe resistenti al calore o refrattarie.
Le ghise sono gra i pochi materiali metallici non fucinabili e questa caratteristica le distingue dagli acciai.
Le dimensioni dei prodotti formati a caldo sono limitate soltanto dalle dimensioni dei prodotti primari da fucinare o laminare (lingotti, blumi o bramme) e delle attrezzature e impianti disponibili. Possono pesare da pochi grammi a più di 200 tonnellate.
I prodotti formati a caldo possono essere fabbricati con deformazione a temperatura elevata (hot forging) o a temperatura moderata (warm forging) e si distinguono da quelli formati a freddo (cold forging), che incrudiscono, modificando le loro caratteristiche meccaniche secondo il grado di deformazione.
Per la formatura a caldo degli acciai si considera corretto l’intervallo compreso tra 1200 e 850 °C; tuttavia in molti casi la temperatura minima consigliata per evitare eccessivi sforzi o eccessiva usura delle attrezzature e il rischio di frattura del prodotto formato è 900÷925 °C, mentre quella massima per evitare bruciature e strappi non supera i 1150 °C.
Salvo i prodotti provenienti da getti (acciai e ghise), tutti gli altri derivano dalla formatura a caldo dei prodotti primari d’acciaieria (lingotti, blumi o bramme). Questi prodotti sono usati nelle più varie applicazioni e pertanto sono vulnerabili ad ogni meccanismo di danneggiamento possibile per i metalli e loro leghe e cioè: sovraccarico, fatica, usura, corrosione e temperatura elevata, in tutte le forme e loro combinazioni. Pertanto accenneremo soltanto ai casi più comuni dei difetti tipici dei prodotti formati a caldo.
Le procedure d’indagine per la diagnosi dei difetti specifici dei prodotti formati a caldo sono sostanzialmente le stesse delle indagini sulle cause dei difetti di ogni altro tipo di prodotto; tuttavia, in casi particolari, è necessaria una particolare attenzione ed esperienza di settore.
Difetti dei Lingotti
I difetti dei lingotti che possono influire sulla qualità dei prodotti d’acciaio formati a caldo (fucinati, stampati e laminati – non si considerano i prodotti estrusi, raramente d’acciaio) possono essere superficiali o interni.
I difetti superficiali più comuni dei lingotti sono:
- le gocce fredde;
- la doppia pelle (figura 1);
- i tacconi;
- le riprese di colata (figura 2);
- le lesioni superficiali (cricche o fratture – figura 3).
Figura 2. Aspetto di una grave ripresa sulla superficie tal quale di un lingotto tondo colato in sorgente. 0,5 x circa.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti d’Acciaio Formati a Caldo
Figura 1. Esempio di Lingotto con Doppia Pelle
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio Formati a Caldo
I difetti interni più comuni dei lingotti sono:
- le segregazioni micro e macro (figura 4);
- i coni di ritiro primari e secondari e le porosità centrali (figura 4);
- le soffiature (figura 5);
- la presenza d’idrogeno, che genera i fiocchi (figure 6.A e 6.B);
- le inclusioni non metalliche endogene ed esogene (figura 7).
Figura 3. Lingotto ottagonale criccato longitudinalmente.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio. Figura 3
Figura 4. Esempio di macrosegregazione e di porosità centrale nella sezione trasversale di un lingotto ottagonale chiave 1200 mm. 0,05 x circa.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio. Figura 4
Figura 5. Soffiature evidenziate in una porzione di sezione trasversale di un lingotto quadro d’acciaio semicalmato. La freccia indica le soffiature subcorticali, di cui alcune sono affioranti. 0,5 x circa.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio. Figura 5
Figura 6.A Aspetto della frattura di un saggio prelevato da un fucinato d’acciaio contenente fiocchi. 0,5 x circa.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio. Figura 6.A
Figura 6.B Aspetto della sezione attaccata macrograficamente di un saggio prelevato da un fucinato d’acciaio contenente fiocchi. Attacco acido nitrico 10 %. 2 x circa.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio. Figura 6.B
Inclusioni Allumina e Solfuri Manganese Fucinato
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio. Figura 7
Ripiegatura Fucinato Inclusione Ossido di Ferro
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio. Figura 8.A
Sezione Barra Laminata Acciaio Dolce
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio. Figura 8.B
Difetti di Formatura a Caldo
I più comuni difetti di formatura a caldo (fucinatura, stampaggio o laminazione) sono:
- la scaglia impressa o l’inglobamento superficiale di scaglia;
- le ripiegature o doppiature (figure 8.A e 8.B);
- i solchi;
- gli strappi o lacerazioni superficiali che dipendono dal surriscaldamento (rilassamento superficiale o bruciatura – figura 9);
- gli strappi o lacerazioni interni;
- l’insufficiente temperatura di riscaldamento;
- l’insufficiente rapporto di fucinatura (figura 10);
- l’eccesso di fucinatura;
- le variazioni della composizione superficiale (decarburazione, carburazione e solforazione);
- l’inadatta velocità di raffreddamento dopo formatura (figura 11).
Figura 9.A Esempio di strappi superficiali dovuti a surriscaldamento del lingotto prima della fucinatura.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio Figura 9.A
Figura 9.B. Eccessiva formazione di scaglia e ossidazione del metallo durante la calda di fucinatura ad eccessiva temperatura di un lingotto. Nessun attacco. 200 x.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio Figura 9.B
Figura 10. Sezione longitudinale simmetrica di un saggio di barra fucinata, Ø 250 mm, d’acciaio 39NiCrMo3 bonificato. Macrostruttura con accentuata struttura dendritica dovuta ad insufficiente rapporto di fucinatura. Attacco HCl diluito. 0,5 x circa.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio Figura 10
Figura 11. Barra fucinata Ø 320 mm, d’acciaio X37CrMoV5-1 (AISI H11) allo stato temprato e rinvenuto. Carburi di vanadio precipitati a bordo grano dopo fucinatura, per raffreddamento troppo lento, e non sciolti durante il successivo trattamento termico. Attacco nital 2 % . 500 x.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio Figura 11
Difetti di Progettazione e di Fabbricazione
Il danneggiamento durante l’uso dei prodotti d’acciaio formati a caldo è generalmente riconducibile a una o più delle seguenti cause:
- errori di progettazione (figura 12);
- errata scelta dell’acciaio;
- difetti nei prodotti formati a caldo (figure 13.A e 13.B);
- errori durante la formatura a caldo;
- errori od omissioni delle operazioni che seguono la formatura a caldo fra cui le lavorazioni meccaniche, i trattamenti termici e le operazioni di saldatura (figura 14).
Figura 12. Esempio di frattura di un otturatore di un’arma da fuoco dovuta ad errore nella progettazione delle forma.. Tipica frattura di fatica con linee di spiaggia (beach marck) e dentellature (ratchet marck), sinonimo d’elevata concentrazione di sforzi.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio Figura 12
Figura 13.A. Superfici accoppiate della frattura di fatica di un albero a gomito. (A destra) . Concentrazione di inclusioni nei pressi dell’origine della frattura di fatica dell’albero a gomito. Nessun attacco. 100 x.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio Figura 13.A
Figura 13.B . Concentrazione di inclusioni nei pressi dell’origine della frattura di fatica dell’albero a gomito. Nessun attacco. 100 x.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio Figura 13.B
Figura 14. Forca per carrello elevatore, sezione 150 x 240 mm, d’acciaio 30NiCrMo6, rotta in esercizio per errata omissione del trattamento termico di bonifica. Sezione trasversale, zona cuore. Struttura della forca rotta come ricevuta, tipica del grezzo di fucinatura. Perlite e bainite, con ferrite proeutettoidica. Attacco nital 2 %. 200 x.
Danneggiamenti Tipici dei Prodotti in Acciaio Figura 14
