L'acciaio è la lega di ferro mescolata ad altri elementi come carbonio, nichel, manganese, ecc., per adattare le proprietà in base alle esigenze. Poiché ci sono molte composizioni e varianti di lega, spesso è difficile scegliere il miglior acciaio per lavorazioni meccaniche che si adatta perfettamente ai requisiti della tua applicazione. Comprendere i diversi tipi di acciaio e i loro gradi di lega aiuta a decidere.
Questo articolo parlerà di acciaio al carbonio, acciaio dolce, acciaio inossidabile e altri tipi. Parleremo anche di gradi di lavorazione CNC e lavorabilità dell'acciaio.
Iniziamo.
Acciai come materiali per lavorazioni CNC
Ci sono diversi Materiali di lavorazione CNC, ognuno con diverse caratteristiche e proprietà di lavorazione, tra cui acciaio, alluminio, rame, acrilico, ABS e fibra di carbonio. Tuttavia, l'acciaio è un metallo popolare per la lavorazione CNC, apprezzato per la sua resistenza, durata e versatilità.
Barre d'acciaio
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Di seguito sono riportate le proprietà principali degli acciai da lavorazione;
- Alta resistenza alla trazione
- Capacità di funzionare a temperature elevate
- Finitura Easy Surace
- Gestione di stress elevato
- La lavorabilità varia in base ai gradi di acciaio
Inoltre, la scelta della migliore lega di acciaio per la lavorazione meccanica è essenzialmente una questione di bilanciamento tra lavorabilità e insieme di proprietà desiderate per l'applicazione prevista.
I fondamenti della serie di leghe di acciaio
Cerchiamo di capire le serie e i gradi delle leghe di acciaio prima di discutere in dettaglio i tipi di acciaio. Le serie di leghe sono standard internazionali che definiscono particolari composizioni di lega.
L'AISI standardizza i gradi di acciaio al carbonio, acciaio legato e acciaio inossidabile. Gli acciai per utensili seguono gradi di lettere come A, D e S.
- AISI 10XX: Acciai al carbonio
- AISI 41XX e 43XX: Acciai legati
- AISI 3XX: Acciai Inossidabili
Mentre gli ingegneri scelgono l'acciaio migliore per la lavorazione, i tipi di acciaio fungono da categoria generale, mentre una serie definisce ulteriormente la composizione e le proprietà dello stesso tipo. Nelle prossime descrizioni dei tipi di acciaio, utilizzeremo diverse serie e gradi al loro interno. Per saperne di più:Tipi di acciaio leggero
Acciai al carbonio per lavorazioni CNC
Proprietà dell'acciaio al carbonio
Questi acciai sono caratterizzati dal contenuto di carbonio nella lega, dallo 0.05 al 2.5%. Gli acciai al carbonio sono utilizzati nei progetti di lavorazione CNC per le loro proprietà e convenienza. Tuttavia, la lavorabilità diminuisce all'aumentare del contenuto di carbonio.
Altri elementi presenti nelle leghe di acciaio al carbonio sono presenti insieme ad altri costituenti come manganese (0.25%), silicone, zolfo e fosforo in proporzioni minori.
Barre in acciaio al carbonio
Questi sono ulteriormente suddivisi in tre categorie: acciai a basso tenore di carbonio (acciaio dolce), a medio tenore di carbonio e ad alto tenore di carbonio;
Acciai a basso tenore di carbonio/dolci
L'acciaio dolce o a basso tenore di carbonio contiene dallo 0.05 allo 0.25% di carbonio ed è utilizzato principalmente in applicazioni strutturali. Sebbene siano più inclini alla corrosione, è possibile applicare un trattamento termico e un rivestimento superficiale per prevenirla.
Elementi di fissaggio in acciaio dolce
Gli acciai dolci offrono buona resistenza meccanica, duttilità e lavorabilità. Di conseguenza, sono più adatti per giunti di saldatura rispetto ad altri tipi.
La tabella seguente confronta le proprietà di lavorazione dell'acciaio a basso tenore di carbonio.
| Grado d'acciaio | Contenuto di carbonio (%) | Resistenza alla trazione (MPa) | Resa di rendimento (MPa) | Allungamento (%) | Durezza (HB) |
| AISI 1018 | 0.15-0.20 | 440-470 | 370-400 | 15-25 | 126-137 |
| AISI 1020 | 0.18-0.23 | 410-450 | 245-275 | 25-30 | 119-130 |
| AISI 1215 | 0.09-0.15 | 390-440 | 230-270 | 10-15 | 121-135 |
| AISI12L14 | 0.15 | 390-490 | 270-310 | 10-15 | 149 |
Spesso, AISI 1018 è considerato il miglior acciaio dolce per la lavorazione meccanica grazie alla sua eccellente lavorabilità e versatilità. Tuttavia, la scelta tra 1018, A36 e 1045 dovrebbe basarsi su requisiti specifici per l'uso finale.
Acciai a medio tenore di carbonio
Il contenuto di carbonio è leggermente più alto negli acciai a medio tenore di carbonio, dallo 0.3 allo 0.6% di C. Altri elementi come manganese (fino all'1.6%), cromo e molibdeno sono anch'essi coinvolti in questi acciai. La percentuale più alta di carbonio aumenta la durezza superficiale e la resistenza all'usura. Per proteggerli dalla ruggine, possono essere rivestiti con materiale protettivo o trattati con calore.
AISI 1045
Questo grado di lega a medio tenore di carbonio contiene circa lo 0.45% di carbonio, ha una buona resistenza ed è facilmente saldabile. È anche resistente e si adatta a molte applicazioni ad alte prestazioni, assali, alberi, ecc. Tuttavia, è meno adatto per il trattamento termico e per applicazioni che richiedono un'elevata resistenza alla trazione.
AISI 1060
La percentuale di carbonio più elevata aumenta la resistenza all'usura ma rende anche la lega più fragile. La lavorabilità è leggermente inferiore a quella delle leghe 1045 o a basso tenore di carbonio, mentre la ricottura prima della lavorazione può aiutare ad affrontare questo problema.
AISI 1144
L'acciaio 1144 è noto anche come acciaio da lavorazione meccanica privo di tensioni; il tenore di zolfo relativamente più elevato rispetto ad altre leghe a medio tenore di carbonio lo rende facilmente lavorabile.
| Proprietà | Resistenza alla trazione (MPa) | Resa di rendimento (MPa) | Allungamento (%) | Durezza (HB) |
| AISI 1045 | 570-700 | 310-450 | 16-22 | 170-210 |
| AISI 1060 | 620-850 | 350-650 | 10-20 | 179-229 |
| AISI 1144 | 760-1,030 | 415-585 | 10-16 | 200-270 |
Acciai ad alto tenore di carbonio
Il contenuto di carbonio aumenta fino al 2% nelle leghe ad alto tenore di carbonio, in genere 0.6-1.25% di carbonio nei gradi di lavorazione. Tuttavia, il contenuto di manganese è ridotto nell'intervallo da 0.3 a 0.9%. La percentuale di carbonio più elevata aumenta la durezza e la tenacità, aumentando la resistenza all'usura e all'abrasione. La quantità di carbonio più elevata aumenta anche la fragilità, rendendoli difficili da modellare e il rischio di frattura sotto stress.
AISI 1075
Questo grado ad alto tenore di carbonio include dallo 0.7 allo 0.8% di C, dallo 0.5 allo 0.7% di manganese e altri elementi di lega, offrendo sia durezza che tenacità. Di conseguenza, è anche possibile trattarli termicamente con tempra o ricottura per regolarne le proprietà.
AISI 1080
Circa lo 0.80% di contenuto di carbonio in AISI 1080 fornisce una resistenza meccanica e una resistenza all'abrasione ancora migliori. Questo grado è solitamente utilizzato nella produzione di molle, fili e utensili da taglio per l'industria automobilistica.
Rispetto alle proprietà di lavorazione dell'acciaio di altre leghe di carbonio, è più difficile da lavorare. Tuttavia, il trattamento termico può contrastare la fragilità.
| Proprietà | Resistenza alla trazione (MPa) | Resa di rendimento (MPa) | Allungamento (%) | Durezza (HB) |
| AISI 1075 | 570-700 | 420-520 | 12-18 | 160-210 |
| AISI 1080 | 965 | 585 | 12 | 293 |
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Acciai legati per lavorazioni CNC
Proprietà dell'acciaio legato
La principale differenza tra acciaio legato vs acciaio al carbonio è la quantità di elementi aggiuntivi diversi dal carbonio. Gli acciai al carbonio sono principalmente definiti dalla percentuale di carbonio, mentre l'acciaio legato comprende altri elementi come cromo, nichel o molibdeno in proporzioni maggiori. Questo metallo migliora la resistenza, la tenacità e la resistenza alla corrosione.
Acciaio legato
In base alla percentuale di elementi di lega (tranne ferro e carbonio), gli acciai legati sono classificati in acciai altolegati e bassolegati. Gli acciai altolegati contengono più dell'8% in peso totale di elementi di lega.
Nella lavorazione meccanica, quanto segue gradi di acciaio legato sono i più comuni;
AISI 4140
Parti in lega di acciaio 4140
Insieme allo 0.40% di carbonio, include cromo in circa l'1% e molibdeno nello 0.15-0.25%. Questo grado offre una buona resistenza e resistenza alla fatica. Nel frattempo, le comuni applicazioni di lavorazione dell'acciaio legato 410 sono ferramenta per macchinari, utensili, ingranaggi per autoveicoli, alberi, ecc.
AISI 4340
Parte personalizzata in lega di acciaio 4340
4340 è un acciaio debolmente legato contenente una composizione di nichel aggiuntiva rispetto al 4140. Il nichel fornisce tenacità e resistenza all'impatto. Inoltre, ha un rapporto resistenza/peso relativamente elevato ed è adatto per parti ad alte prestazioni.
| Classe | Resistenza alla trazione (MPa) | Resa di rendimento (MPa) | Allungamento (%) | Durezza (HB) |
| AISI 4140 | 690-1,080 | 470-990 | 11-26 | 200-310 |
| AISI 4340 | 690-1,280 | 470-1,150 | 12-22 | 210-360 |
Acciai inossidabili per lavorazioni CNC
Proprietà dell'acciaio inossidabile
Gli svantaggi principali degli acciai al carbonio sono il rischio di formazione di ruggine e il peso maggiore. Gli acciai inossidabili affrontano questi aspetti includendo una maggiore quantità di cromo e altri elementi in piccole quantità. Di conseguenza, offrono anche una maggiore stabilità termica.
Barre in acciaio inox
La composizione standard dell'acciaio inossidabile è cromo dal 10.5 al 30%, nichel dallo 0.10 allo 0.35%, molibdeno, silicio e fosforo. Una percentuale più alta di cromo nell'acciaio inossidabile provoca la formazione di uno strato di ossido protettivo dalla corrosione quando entra in contatto con l'ossigeno.
I seguenti sono i comuni lavorazione dell'acciaio inossidabile gradi;
AISI 304
L'acciaio inossidabile 303 è uno dei gradi più comunemente disponibili e convenienti. È amagnetico e ha un'elevata lavorabilità. Il contenuto di cromo è del 17%, il nichel è dell'8% e il carbonio massimo dello 0.08%, mentre l'inclusione di zolfo e fosforo facilita la rimozione del materiale durante la lavorazione. Questo acciaio inossidabile austenitico è adatto per un'ampia gamma di articoli lavorati, dalla lavorazione alimentare ai componenti dei dispositivi medici.
AISI 302
La differenza principale tra l'acciaio inossidabile 302 e 304 è il contenuto di carbonio. La lega 302 include una quantità di carbonio maggiore, 0.15%. Nel frattempo, cromo e nichel sono rispettivamente il 17% e l'8%. Fornisce anche una resistenza meccanica maggiore rispetto a 303 e 304. Sebbene la resistenza sia aumentata, 302 è relativamente più lento e meno lavorabile se confrontiamo la lavorabilità dell'acciaio inossidabile 302 con quella 304.
AISI 430
È un acciaio ferritico che offre una migliore formabilità e conduttività termica rispetto ai gradi austenitici. Il carbonio è fino allo 0.12% e il cromo è circa il 17%. Di conseguenza, questo grado è meno resistente alla corrosione rispetto ad altri, ma previene comunque la ruggine in acido nitrico, lavorazione dei latticini, elevata umidità e condizioni difficili. Inoltre, la maggiore quantità di zolfo nell'acciaio inossidabile 430F può essere la migliore per le operazioni di lavorazione CNC.
AISI 316
Resiste alla corrosione meglio di altre leghe (302 e 304), anche in condizioni di cloruro. Di conseguenza, l'acciaio inossidabile 316 non perde le sue proprietà fisiche e meccaniche alle alte temperature. Gli usi comuni della sua lavorazione sono sistemi di trattamento delle acque, attrezzature marine, petrolifere e del gas e componenti di lavorazione chimica.
| Classe | Resistenza alla trazione (MPa) | Resa di rendimento (MPa) | Allungamento (%) | Durezza (HB) |
| AISI 302 | 585-1,000 | 240-520 | 40-50 | 200-250 |
| AISI 304 | 515-1,000 | 205-520 | 40-50 | 170-220 |
| AISI 316 | 515-1,000 | 205-520 | 40-50 | 170-220 |
| AISI 430 | 450-600 | 205-240 | 18-25 | 160-200 |
Acciai per utensili per lavorazioni CNC
Applicazioni dell'acciaio per utensili
Come suggerisce il nome, gli acciai per utensili sono acciai temprati (trattati termicamente) utilizzati principalmente per stampi, matrici e utensili. Pur essendo resistenti e duri, presentano un notevole grado di lavorabilità. È inoltre possibile sottoporli a un trattamento di ricottura per renderli più duttili e lavorabili. Per saperne di più:Acciaio da ricottura
I gradi di acciaio per utensili da lavorazione sono:
- AISI O1: Un tipo di acciaio per utensili temprato in olio, facilmente lavorabile rispetto ad altri tipi di acciaio temprato.
- AISID2: Acciaio per utensili ad alto tenore di carbonio, utilizzato per lavorazioni di utensili duri come stampi per fusione permanente e frese.
- AISI A2: Si tratta di un acciaio per utensili temprato ad aria e lavorato a freddo che offre una combinazione di resistenza all'usura e tenacità.
- AISI M2: Questo acciaio rapido mantiene la durezza a temperature elevate. È il migliore per utensili da taglio che operano ad alte velocità, come le punte per trapano CNC.
Inoltre, attente considerazioni sulla selezione degli utensili CNC e del rivestimento giusti sono essenziali nella lavorazione di questi tipi. Ad esempio, frese HSS e in carburo.
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Acciai per lavorazioni CNC: dove vengono utilizzati?
La differenza nelle proprietà fisiche, meccaniche e chimiche rende ogni tipo di acciaio adatto ad alcune applicazioni specifiche. Vediamo dove viene utilizzata la lavorazione CMC di acciai al carbonio, legati, inossidabili e per utensili.
|
Tipo di acciaio |
Applicazioni |
|
Acciaio al carbonio |
Articoli da costruzione, parti automobilistiche, alberi e ingranaggi per macchinari, utensili per stampi, ecc. |
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Acciaio legato |
Parti di aeromobili, alberi motore e bielle per veicoli e macchinari industriali sottoposti ad alte sollecitazioni. |
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Acciaio inossidabile |
Dispositivi medici, articoli chirurgici, sistemi di lavorazione alimentare e chimica, componenti per automobili e aerospaziali, ecc. |
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Acciaio per utensili |
Trapani CNC, maschi per filettare, stampi per fusione in sabbia ed estrusione, stampi a iniezione, ecc. |
“Puoi anche leggere il confronto tra la lavorazione dell'acciaio e le leghe di titanio qui in questo articolo” lavorazione del titanio rispetto all'acciaio; un confronto dettagliato delle proprietà di lavorazione e degli utilizzi."
Considerazioni per la scelta del miglior acciaio per la lavorazione
Uno dei fattori decisivi nella lavorazione dell'acciaio è la precisione nella scelta dell'acciaio per ottenere le massime prestazioni, bassi costi e maggiore efficienza. Ecco alcuni dei fattori che devono essere considerati durante questa scelta:
Lavorabilità e altre proprietà di lavorazione dell'acciaio
La lavorabilità dell'acciaio è un aspetto molto importante considerando la produzione dell'acciaio e l'efficacia degli utensili. In altre parole, gli acciai separabili possiedono un'elevata lavorabilità, richiedendo quindi una minore forza di taglio, subendo meno calore e producendo superfici più lisce. Ad esempio, l'acciaio contenente zolfo e piombo è più favorevole. Aumentano la lavorabilità riducendo le forze di taglio richieste e facilitando la formazione di trucioli.
Proprietà fisiche e meccaniche
Quando si tratta di un'applicazione particolare, è necessario prendere nota che alcune proprietà meccaniche come resistenza alla trazione, duttilità e durezza sono richieste per le applicazioni. Altre considerazioni di questo tipo includono qual è il carico previsto sulle parti, l'ambiente termico e chimico e la durata desiderata.
Requisiti di finitura superficiale
Per ottenere una buona scelta, bisogna considerare la finitura desiderata. Scegliere uno standard accettabile sia all'interno della categoria di funzionalità che all'interno della categoria estetica. In genere, i materiali con elevate proprietà di lavorabilità consentono superfici migliori che aiutano a ridurre i processi di finitura aggiuntivi.
Costo materiale
Successivamente, i costi dei materiali possono variare in modo significativo. Ad esempio, l'acciaio ad alte prestazioni può essere costoso pur offrendo qualità desiderabili. Per decidere il rapporto costo-efficacia di una particolare lega di acciaio è necessario valutare il costo di ottenimento e i risparmi sui costi derivanti dalla riduzione dei tempi di fermo macchina e dell'usura degli utensili.
Affidabilità della catena di fornitura
L'affidabilità di una supply chain si riferisce a quanto è veloce e affidabile la consegna del materiale; il tuo fornitore è in grado di soddisfare la quantità e i tempi previsti? I sistemi affidabili tendono ad avere meno ritardi, rotture di stock e problemi di qualità. Di conseguenza, sono anche più rapidi nel rispondere a incidenti imprevisti.
Coerenza materiale
La qualità delle materie prime utilizzate nei processi di produzione deve essere coerente. La coerenza migliora la qualità del prodotto finale di lavorazione e riduce i difetti. Quindi, prima di fare la scelta, è anche necessario verificare quale acciaio fornisce coerenza nella qualità.
Conclusione: fare la scelta giusta
Se consideriamo solo la facilità di lavorazione, l'acciaio dolce 1020 è il miglior acciaio per lavorazioni meccanicheTuttavia, la scelta è altamente dipendente dai requisiti dell'applicazione. L'acciaio 1020 può essere facile da lavorare, ma potrebbe non avere resistenza, durezza, durata e altre proprietà richieste.
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DOMANDE FREQUENTI
Quali sono gli acciai da lavorazione più comuni?
Acciai come 1018,1020, 1035, 12 e 14LXNUMX sono alcuni tipi di lega di acciaio comunemente utilizzati nei progetti di lavorazione meccanica.
Qual è l'acciaio inossidabile più facile da lavorare?
L'acciaio inossidabile 302 e 304 sono facilmente lavorabili rispetto ai gradi inossidabili. Il contenuto di zolfo relativamente più elevato migliora la rottura dei trucioli e riduce l'attrito.
L'acciaio è più difficile da lavorare dell'alluminio?
Sì, l'acciaio è solitamente più difficile da lavorare dell'alluminio a causa della sua maggiore resistenza, densità e tenacità. D'altro canto, l'alluminio è più morbido, più leggero e più termicamente conduttivo, il che consente una lavorazione più rapida con un minimo usura degli utensili.