rano sotto sforzi ciclici, come le rotaie, gli alberi di cinematismi meccanici, travi per ponti, ecc., perché non si osservano finché la struttura o il pezzo non cede di schianto dopo la loro propagazione progressiva (fatica). Poiché la parte superiore dei lingotti è generalmente più propensa ad accogliere coni di ritiro primari e segregazioni importanti, i pezzi costruiti con l’acciaio proveniente da questa zona sono statisticamente più soggetti a guasti e ad avarie da fatica. Segregazioni L’acciaio è una lega ferro-carbonio che contiene normalmente varie impurezze di altri metalli e metalloidi, oltre ad eventuali elementi di lega. Quando l’acciaio è liquido, tutti gli elementi di lega e le impurezze sono sciolti e distribuiti omogeneamente. Tuttavia, quando l’acciaio solidifica tende a generare cristalli meno ricchi di elementi di lega, perciò questi ultimi s’accumulano negli spazi interdendritici e anche nel liquido residuo. Inoltre la solubilità delle impurezze, specialmente quella del fosforo e dello zolfo, diminuisce bruscamente nel solido; quindi le impurezze s’accumulano nel liquido residuo, man mano procede la solidificazione. Poiché la solidificazione incomincia dalla periferia e prosegue verso il centro, in questa regione si accumulano le impurezze. La parte centrale o il baricentro termico dei lingotti e dei getti è l’ultima a solidificare, perché lì il raffreddamento è più lento, ma anche perché le impurezze (specialmente il fosforo) abbassano la temperatura di solidificazione del metallo. L’accumulo di impurezze nella parte centrale o nel baricentro termico dei lingotti e di alcuni getti d’acciaio si definisce macrosegregazione. La composizione chimica dell’acciaio del lingotto o del getto può, pertanto, evidenziare significative variazioni da zona a zona, essendo l’acciaio più puro in periferia e al piede e più impuro al centro, soprattutto presso il cono di ritiro (zona materozza). La differenza della composizione percentuale relativa non è particolarmente elevata per il silicio e il manganese, è media per il carbonio e molto alta per il fosforo e lo zolfo. La macrosegregazione non sarebbe importante se la variazione di composizione chimica non determinasse le proprietà meccaniche delle leghe. Come noto, le regioni che contengono zolfo, fosforo o entrambi oltre certi limiti, possiedono caratteristiche meccaniche inferiori e talvolta scadenti. L’acciaio diventa più duro e fragile, meno duttile e contiene bande deboli favorevoli alla propagazione delle cricche. Per questo motivo, negli ordini dei prodotti d’acciaio, è giusto fissare con un certo rigore i limiti massimi tollerati per la concentrazione di alcuni elementi, considerati impurezze. La loro verifica è condotta con l’analisi chimica di un campione prelevato in modo da rappresentare la composizione media del materiale. È necessario sottolineare che l’analista deve porre molta attenzione durante il prelievo del campione destinato all’analisi. Se un campione è prelevato con una punta da trapano, nel caso penetri poco (come in figura 3.54 posizione A), otterrebbe una composizione più pura della media del pezzo. Il contrario otterrebbe se la punta da trapano penetrasse come nella posizione B. Solo il campione prelevato come in C è quello che più s’avvicina alla composizione media.
A B C
Figura 3.54. Schema della sezione di un prodotto laminato con segregazione centrale, che rappresenta tre diversi modi di prelevare trucioli per l’analisi chimica. Il modo C approssima di più la composizione media del prodotto.
Il campione che realmente rappresenta il valore medio è quello ricavato con la piallatrice o fresatrice da tutta la sezione trasversale del pezzo, soprattutto se si tratta di un prodotto laminato. Se questo metodo di prelievo non è possibile, è consigliabile forare con una punta da trapano tutta la superficie della sezione trasversale, evitando di avvicinarsi troppo ai bordi del pezzo. Tali metodi costituiscono la forma più corretta per ottenere un campione di composizione media. Poiché le impurezze, principalmente il fosforo e lo zolfo, diffondono con grande difficoltà, la segregazione permane nel prodotto finito, dove può essere evidenziata, come schematizzato in figura 3.55. Spesso mantiene traccia della sua forma originale nonostante le pesanti lavorazioni di formatura a caldo e i trattamenti termici eseguiti.
Figura 3.55. Schemi della disposizione della segregazione che frequentemente s’incontra nelle sezioni di prodotti laminati, fucinati o stampati.
Durante la laminazione e fucinatura o stampaggio dell’acciaio, la zona segregata si deforma meno della zona periferica, per la sua maggiore durezza e posizione centrale. Per questo, osservando la sezione trasversale di certi profilati, si vedono talvolta tracce nitide, che ricordano la forma della segregazione nella sezione trasversale del lingotto di partenza e quindi del lingotto stesso (figure 3.56, 3.57, 3.58, 3.59). Nei grandi lingotti, il raffreddamento è più lento e favorisce una segregazione più intensa, perché c’è più tempo per gli strati che solidificano progressivamente di respingere le impurezze nel liquido residuo. Di solito, nei lingotti più piccoli la segregazione è meno accentuata. Lo stesso vale per i getti. Le segregazioni molto accentuate si trovano negli acciai comuni fabbricati con meno cura e più impuri. Negli acciai di migliore qualità, più puri, e negli acciai speciali, la macrosegregazione, se esiste, è poco evidente. Di qualsiasi forma sia, la segregazione è sempre un’imperfezione e si dovrebbe prudentemente evitare soprattutto nei pezzi di sicurezza destinati ad urti, sollecitazioni dinamiche, alternate e/o cicliche. Ciò vale quanto più è accentuata la segregazione.
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