Indentazione in acciaio inossidabile
L'acciaio inossidabile è utilizzato principalmente per la sua resistenza alla corrosione, ma la sua durevolezza e durezza lo rendono un materiale estremamente versatile. La durezza dell'acciaio inossidabile determina molte delle sue potenziali applicazioni.
Barre in acciaio inox
Le applicazioni dell'acciaio spaziano dai componenti industriali, ai componenti per automobili, dalla costruzione di ponti ai prodotti di consumo. Un modo per classificare i tipi di acciaio inossidabile è in base alla loro composizione e durezza.
In questo articolo imparerai a conoscere la durezza dell'acciaio inossidabile e i fattori che la influenzano, con particolare attenzione a come migliorarla.
Cos'è la durezza?
Foratura a svasatura in un campione di acciaio
La durezza è la capacità di un materiale di resistere a qualsiasi tipo di deformazione plastica localizzata, graffiatura e indentazione quando sottoposto a un carico. Per l'acciaio inossidabile, la durezza è una proprietà meccanica che influenza la resistenza all'usura, la resistenza meccanica e la lavorabilità del materiale.
La durezza del materiale viene determinata mediante una prova di indentazione, mentre la resistenza alla penetrazione viene misurata con uno strumento predefinito. La durezza può essere quantificata utilizzando scale di durezza.
La durezza dell'acciaio inossidabile varia notevolmente a seconda della composizione della lega, del trattamento termico e dei metodi di formatura.
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Come si misura la durezza dell'acciaio?
Esistono metodi standardizzati per testare la durezza dell'acciaio inossidabile. Questi test misurano la resistenza dell'acciaio inossidabile all'impronta di un utensile diamantato o sferico.
Test di durezza Rockwell
Durometro Rockwell
La prova di durezza Rockwell utilizza un carico e una forma specifici dell'utensile. Esistono due scale di misura Rockwell comunemente utilizzate per l'acciaio inossidabile. La prima è Rockwell C o HRC, e la seconda è Rockwell B o HRB.
La differenza tra HRB e HRC sta nella durezza dell'acciaio inossidabile. HRB sta per "più morbido" gradi di lega di acciaio inossidabile, e l'HRC è utilizzato principalmente per gradi di acciaio inossidabile più duri come l'acciaio martensitico.
Il test Rockwell utilizza un carico leggero per posizionare l'indentatore e poi un carico maggiore per forzarlo nell'acciaio inossidabile. Utilizzando gradi martensitici come il 420 come esempio, si otterrebbe un valore HRC di 50 o superiore, mentre l'acciaio inossidabile 304 rientra nell'intervallo Rockwell B da 70 a 90.
Prova di durezza Brinell
Prova di durezza Brinell
La prova di durezza Brinell misura il diametro di un'impronta e lo strumento utilizzato è una sfera di acciaio temprato; i moderni misuratori utilizzano sfere in carburo di tungsteno. La prova di durezza Brinell è ideale per gli acciai inossidabili più teneri.
La scala Brinell utilizza valori HB; ad esempio, un acciaio inossidabile austenitico può avere un valore HB compreso tra 150 e 200 HB. Non è ideale per materiali duri, ma può essere utilizzata per materiali teneri e su una più ampia varietà di materiali.
Test di durezza Vickers
Prova Vickers
La prova di durezza Vickers utilizza un penetratore diamantato a forma di piramide per creare un'impronta sotto un carico controllato. La prova di durezza Vickers utilizza unità Vickers (HV). La prova di durezza Vickers è adatta sia per acciai inossidabili teneri che duri.
Può essere utilizzato su acciaio inossidabile temprato e fornisce misurazioni precise. Ad esempio, può essere utilizzato su acciai inossidabili temprati per precipitazione che presentano un valore superiore a 300 HV, indice di elevata resistenza.
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Fattori che influenzano la durezza dell'acciaio inossidabile
La durezza dell'acciaio inossidabile è influenzata da molti fattori, dalla sua composizione al trattamento termico e ai metodi di post-lavorazione.
Composizione
La composizione chimica è il principale fattore di differenziazione che influenza la durezza dell'acciaio inossidabile. L'acciaio inossidabile è composto da ferro e carbonio, con elementi di lega secondari come cromo, nichel e molibdeno.
Il cromo è presente in percentuali comprese tra il 10.5% e il 30% e viene aggiunto principalmente per le sue proprietà anticorrosione e forma uno strato di ossido che protegge l'acciaio inossidabile.
Il nichel è comunemente presente nei gradi 304 e 316 e viene utilizzato per migliorare la duttilità. Il fattore più determinante nella durezza dell'acciaio inossidabile è la quantità di carbonio presente nella lega.
Struttura del grano
Struttura granulare delle leghe metalliche
La microstruttura dell'acciaio inossidabile cambia a causa degli elementi di lega e della lavorazione dell'acciaio.
- Acciaio inossidabile austenitico: I gradi di acciaio inossidabile 304 e 316 hanno una struttura cubica a facce centrate (FCC). Offrono eccellenti resistenza alla corrosione ma hanno una durezza inferiore a causa della loro duttilità. Questi acciai inossidabili FCC non possono essere temprati mediante trattamento termico, ma possono essere sottoposti a incrudimento.
- Acciaio inossidabile martensitico: Gradi come 410 e 420 hanno una struttura tetragonale a corpo centrato. Ciò significa che è possibile temprare l'acciaio inossidabile martensitico con metodi di trattamento termico come la tempra e il rinvenimento.
- Acciaio temprato per precipitazione: Queste leghe raggiungono elevata resistenza e durezza attraverso indurimento per precipitazioneIl metodo introduce precipitati dopo il trattamento termico.
Trattamento termico
Il trattamento termico è un processo che modifica la durezza dell'acciaio inossidabile. Per gli acciai martensitici e gli acciai temprati per precipitazione, è il metodo di riferimento per migliorarne la durezza.
Nel trattamento termico, il processo di tempra prevede il raffreddamento rapido dell'acciaio inossidabile da una temperatura elevata per fissare o bloccare la struttura temprata nel reticolo. Il rinvenimento dell'acciaio inossidabile riduce la fragilità mantenendone la durezza.
Gradi austenitici come 304 e 316, che sono comuni in Lavorazione CNC dell'acciaio inossidabile, non sono temprabili mediante trattamento termico; vengono invece rinforzati mediante incrudimento.
Processo di formazione
I processi di formatura sono processi meccanici che modellano l'acciaio inossidabile nel componente desiderato. La deformazione meccanica può anche rinforzare e indurire l'acciaio.
Lavorazione a freddo
I processi di lavorazione a freddo consistono nella laminazione, nella trafilatura o nella piegatura (comuni nella fabbricazione di lamiere in acciaio inossidabile) a temperatura ambiente, che possono indurire i gradi di acciaio inossidabile austenitico come 304 e 316.
Lavorazione a caldo
La lavorazione a caldo ad alte temperature presenta numerosi vantaggi, tra cui la riduzione della durezza, consentendo la ricristallizzazione e la riduzione delle tensioni nella microstruttura dell'acciaio inossidabile.
Forgiatura
La forgiatura modella l'acciaio inossidabile sottoponendolo a pressioni e carichi elevati. La forgiatura di acciai inossidabili martensitici e il successivo trattamento termico possono migliorarne la durezza, mentre per i tipi austenitici, si ottiene solo un incrudimento moderato.
Tipi di acciaio inossidabile e relativa durezza, con usi, proprietà e confronto.
Diversi tipi di acciaio inossidabile variano nella loro durezza a causa della formatura, della composizione, della microstruttura e delle proprietà meccaniche proprietà dell'acciaio inossidabileGli acciai inossidabili più comuni presentano una semplice variazione nella composizione chimica, ma ciò ne modifica l'applicazione principale.
Acciaio inossidabile 304: proprietà e durezza
L'acciaio inossidabile 304 della serie 300 contiene il 18% di cromo e l'8% di nichel. È anche chiamato 18-8 acciaio inossidabile e noto per l'eccellente resistenza alla corrosione e lavorabilità. Ha una durezza relativamente bassa rispetto ad altri acciai inossidabili
La durezza dell'acciaio inossidabile 304 varia da 70 a 90 Rockwell B o da 150 a 200 sulla scala Brinell. È ampiamente utilizzato nelle apparecchiature chimiche e alimentari per la sua resistenza alla corrosione.
Acciaio inossidabile 316: maggiore resistenza alla corrosione e durezza
Proprietà delle parti in acciaio inossidabile 316L
L'acciaio inossidabile 316 è un altro grado austenitico della serie 300 che contiene il 2-3% di molibdeno per la resistenza alla corrosione, in particolare per ambienti marini e con cloruri.
Il 316 varia da 70 a 90 sulla scala Rockwell B. Viene utilizzato principalmente su imbarcazioni, in ambienti marini e nei dispositivi medici. È anche chiamato acciaio chirurgico a causa del suo utilizzo negli strumenti chirurgici.
Acciaio inossidabile 420: applicazioni ad alta durezza
L'acciaio inossidabile martensitico 420 ha un contenuto di carbonio più elevato, che gli conferisce una maggiore durezza tramite trattamento termico. Il 420 può raggiungere una durezza di 50-55 sulla scala Rockwell C.
La maggiore durezza si traduce in una migliore resistenza all'usura e in applicazioni in strumenti chirurgici e valvole. Tuttavia, la sua resistenza alla corrosione è molto inferiore a quella degli acciai inossidabili 316 e 304.
Acciaio inossidabile 410: equilibrio tra durezza e tenacità
Anche l'acciaio inossidabile 410 è un acciaio inossidabile martensitico con un contenuto di carbonio inferiore rispetto al 420 e una durezza moderata. Ha una durezza post-trattamento termico di 30-40 HRC. Offre un equilibrio tra proprietà di resistenza alla corrosione e di tempra.
Qual è meglio, l'acciaio chirurgico o l'acciaio inossidabile?
Questa potrebbe essere la domanda dopo aver esaminato le proprietà e le capacità dei due tipi di acciaio. Nessuno è migliore; l'unica demarcazione è l'idoneità per applicazioni specifiche. Questo è il nostro sentimento supportato da anni di esperienza nella gestione di oltre 100 materiali.
L'acciaio chirurgico e l'acciaio inossidabile sono versatili, resistenti alla corrosione e durevoli. Queste sono solo alcune somiglianze, ma i materiali hanno anche delle differenze, che aiutano a determinare quale tipo usare.
Le differenze risiedono nella specifica composizione della lega, che conferisce ai materiali le loro proprietà e caratteristiche.
Durezza dell'acciaio inossidabile rispetto alla durezza dell'acciaio chirurgico
Sia l'acciaio chirurgico che l'acciaio inossidabile offrono elevata durabilità e resistenza alla corrosione, ma la loro durezza può variare a seconda del grado e della composizione specifici utilizzati. L'acciaio chirurgico è un tipo di acciaio inossidabile progettato per applicazioni mediche, industriali e igieniche, spesso contenente elementi aggiuntivi che ne migliorano la resistenza, la resistenza alla ruggine e le prestazioni superficiali. L'acciaio inossidabile standard, d'altra parte, è disponibile in molti gradi utilizzati nell'edilizia, negli utensili da cucina e nella produzione industriale, con alcuni gradi che risultano più morbidi o più duri dell'acciaio chirurgico.
Poiché entrambi i materiali sono prodotti per scopi diversi, nessuno dei due è universalmente più duro dell'altro e le prestazioni complessive dipendono dalla qualità della lega, dal trattamento termico e dall'applicazione prevista.
Miglioramento della durezza dell'acciaio inossidabile
I produttori di metalli utilizzano diversi metodi per migliorare la durezza dell'acciaio inossidabile.
- Trattamento termico: Per i gradi martensitici come 410 e 420, la tempra e il rinvenimento possono migliorare significativamente la durezza per formare una struttura martensitica dura, mentre il rinvenimento riduce la fragilità.
- Incrudimento del lavoro: La lavorazione a freddo dei gradi austenitici ne aumenta la durezza e la resistenza alla trazione.
- Precipitazione: Gli acciai inossidabili temprati per precipitazione formano precipitati dopo il trattamento termico per aumentarne la resistenza e la durezza senza compromettere la resistenza alla corrosione.
- Alligazione: Aumentando il contenuto di carbonio dell'acciaio inossidabile è possibile renderlo immediatamente più duro e resistente all'usura.acciaio al carbonio e acciai inossidabili hanno resistenze drasticamente diverse. Anche l'uso del molibdeno può ottenere lo stesso effetto.
Conclusione
La durezza dell'acciaio inossidabile è una delle proprietà più importanti che ne determinano l'applicazione e l'idoneità. Comprendere i fattori che influenzano la durezza, come la composizione chimica, la struttura del grano, il trattamento termico e la formatura, può aiutare a scegliere il grado di acciaio inossidabile più appropriato.
Tecniche come il trattamento termico possono migliorare la durezza dell'acciaio inossidabile; tuttavia, è necessario prestare attenzione alla microstruttura e agli elementi di lega dell'acciaio inossidabile, poiché alcuni metodi di trattamento termico non funzionano su determinati gradi di acciaio inossidabile.
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FAQ
Qual è la durezza dell'acciaio inossidabile 304?
La durezza dell'acciaio inossidabile 304 è compresa tra 70 e 90 Rockwell B. Tale intervallo è dovuto ai metodi di incrudimento che possono introdurre variazioni nella durezza.
Cos'è più duro, l'acciaio inossidabile 304 o 316?
Sia l'acciaio inossidabile 304 che quello 316 hanno una durezza simile, compresa tra 70 e 90 HRB. Tuttavia, in generale, l'acciaio inossidabile 304 è più duro.
L'acciaio inossidabile 304 è duro o morbido?
L'acciaio inossidabile 304 è un acciaio dolce a basso tenore di carbonio e misura 70 – 90 sull'HRB.
Come viene temprato l'acciaio inossidabile?
L'acciaio inossidabile può essere temprato attraverso metodi come il trattamento termico, l'incrudimento o l'indurimento per precipitazione. Il metodo dipende in larga misura dalla microstruttura dell'acciaio inossidabile.