ACCIAIO
Acciaio è il nome dato ad una lega metallica contenente ferro FE e carbonio C in percentuale non superiore al 2,11%.
Oltre tale limite le proprietà del materiale cambiano e la lega assume la denominazione di ghisa. Qualsiasi lega metallica dove siano presenti entrambi questi 2 elementi in una qualche misura, può essere definita acciaio.
Oltre al carbonio possono essere presenti degli ulteriori elementi alliganti (acciai legati).
Il carbonio si presenta usualmente sotto forma di cementite (carburo di ferro).
Le particelle di cementite presenti nella microstruttura dell’acciaio, in determinate condizioni, bloccano gli scorrimenti delle dislocazioni, conferendo all’acciaio caratteristiche meccaniche migliori di quelle del ferro puro.
Gli acciai sono leghe sempre plastiche a caldo, cioè fucinabili, a differenza delle ghise.
L’importanza dell’acciaio è enorme, i suoi usi sono innumerevoli, come anche le varietà in cui viene prodotto: senza la disponibilità di acciaio in quantità e a basso costo, la rivoluzione industriale non sarebbe stata possibile. Attualmente nel mondo si producono ogni anno quasi 2 miliardi di tonnellate di acciaio, successivamente lavorato tramite diversi processi di produzione industriale, quali ad esempio la fusione, la forgiatura e lo stampaggio.
L’estrazione dei minerali metalliferi necessari per la produzione del ferro e dell’acciaio avviene in cave a cielo aperto o sotterranee in siti che presentino una loro concentrazione rilevante. Come per molti metalli si effettua la frantumazione dei minerali estratti ed una successiva macinazione. Questi vengono lavati da polveri ed impurità e categorizzati a seconda della concentrazione dei metalli contenuti mediante separazione magnetica o gravitazionale. Seguono poi la flottazione la vagliatura, calibratura, essiccazione, calcinazione e arrostimento dei minerali. A questo punto i minerali di ferro sono stati ripuliti dalla maggior parte delle impurità e sono pronti per essere fusi negli altiforni.
ACCIAI PER UTENSILI
Per le applicazioni meno severe si possono usare acciai al solo carbonio, altrimenti è necessario aggiungere elementi leganti per aumentare la durezza.
| Carbonio | una concentrazione dello 0,6% potrebbe già offrire la massima durezza, tuttavia parte del C si combina con altri elementi presenti e quindi può essere necessario aumentarne il contenuto |
| Manganese | ha azione disossidante, migliora la temprabilità e facilita la formazione di carburi |
| Silicio | ha azione disossidante, aumenta la resistenza all’ossidazione |
| Cromo | aumenta la temprabilità, stabilizza i carburi |
| Vanadio | previene l’ingrossamento del grano, utile per avere durezza ad alta temperatura |
| Wolframio | utile per la resistenza all’usura alle alte temperature |
| Molibdeno | come il Wolframio è utile per la resistenza all’usura alle alte temperature |
| Cobalto | presente negli acciai superrapidi |
Data la presenza di carburi di difficile soluzione, la tempra è eseguita ad alta temperatura; si deve comunque valutare bene quest’ultima in quanto, se troppo bassa, il carbonio non si scioglie e si forma martensite povera;
se troppo alta, un’eccessiva quantità di carbonio entra nell’austenite stabilizzandola fino a bassa temperatura.
Nel caso di acciai per lavorazioni a caldo e rapidi, si ha un indurimento secondario aumentando la temperatura di rinvenimento oltre i 400°C.