Acciaio

2.3

Acciai debolmente legati ad alta resistenza

Rappresentano la più recente categoria di acciai e sono noti con la sigla HSLA (acronimo di high-strength low-alloy). Contengono solo piccole quantità di niobio o di vanadio, e dunque sono in generale più economici dei normali acciai legati; vengono prodotti con particolari procedure, capaci di conferire loro una resistenza meccanica, anche alle basse temperature, e una resistenza alla corrosione superiori a quelle degli acciai al carbonio.

2.4

Acciai inossidabili

Contengono cromo (in quantità variabile tra il 12% e il 30%), nichel (fino al 35%) e altri elementi leganti, che li rendono brillanti e li proteggono dall’attacco degli agenti atmosferici e di gas e acidi corrosivi. Presentano una resistenza meccanica non comune, che possono mantenere anche per lunghi periodi a temperature estremamente alte o basse. La brillantezza della loro superficie li rende utilizzabili anche per scopi puramente decorativi. Trovano impiego nella realizzazione di tubature e serbatoi di raffinerie petrolifere e impianti chimici, di aerei a reazione e capsule spaziali, di apparecchiature e strumenti chirurgici, di protesi dentarie e chirurgiche. Molto diffuso l’impiego nella produzione di pentolame, posate e utensili da cucina.

2.5

Acciai da utensili

Si usano per produrre la maggior parte degli utensili per lavorazioni meccaniche. In particolare, sono detti acciai rapidi quelli che contengono tungsteno, molibdeno e altri elementi leganti che ne aumentano la resistenza all’usura in lavorazioni ad alta velocità; extrarapidi o super-rapidi quelli che contengono anche cromo.

3

Struttura dell’acciaio

Le proprietà fisiche dei vari tipi di acciaio dipendono principalmente dalla quantità di carbonio presente e dalla sua distribuzione nel ferro. Prima di essere sottoposti al trattamento termico, la maggior parte degli acciai sono una miscela di tre sostanze: ferrite, perlite e cementite. La ferrite, tenera e duttile, è ferro contenente in soluzione piccole quantità di carbonio e altri elementi; la cementite, estremamente brillante e dura, è costituita da ferro che contiene in soluzione circa il 7% di carbonio; la perlite è una miscela omogenea di ferrite e cementite, di composizione e struttura specifiche, con proprietà fisiche intermedie tra quelle dei due costituenti.

La tenacità e la durezza di un acciaio non sottoposto a trattamento termico dipendono dalle proporzioni delle tre sostanze. All’aumentare della percentuale di carbonio contenuto nell’acciaio, la quantità di ferrite diminuisce e quella di perlite aumenta, finché, quando il contenuto di carbonio raggiunge lo 0,8%, l’acciaio risulta costituito interamente da perlite. Aumentando ulteriormente la percentuale di carbonio, l’acciaio diventa una miscela di perlite e cementite.

Il riscaldamento dell’acciaio a temperature comprese fra 760 °C e 870 °C trasforma la ferrite e la cementite in una forma allotropica di lega ferro-carbonio, conosciuta come austenite, in cui tutto il carbonio presente allo stato libero nel metallo si solubilizza. A questo punto, se l’acciaio viene raffreddato lentamente, l’austenite si trasforma nuovamente in ferrite e perlite; se invece il raffreddamento è repentino, l’austenite viene “congelata” e diventa martensite, una forma allotropica estremamente dura, simile alla ferrite ma contenente carbonio in soluzione solida. Questo procedimento di raffreddamento rapido viene definito tempra, ed è uno dei più diffusi trattamenti termici dell’acciaio.

4

Acciaio amorfo

Recenti studi di metallurgia hanno condotto alla realizzazione del primo campione di acciaio amorfo. A differenza dell’acciaio comune, che presenta una struttura cristallina ordinata, l’acciaio amorfo ha una struttura vetrosa, in cui le molecole non si dispongono in modo geometricamente ordinato, ma casuale. In genere un solido presenta una tessitura amorfa se il processo di solidificazione che l’ha prodotto avviene velocemente, senza dare alle molecole il tempo di organizzarsi in un cristallo ordinato. L’acciaio amorfo è stato ottenuto appunto in questo modo: garantendo la rapidità del processo di solidificazione; un’aggiunta di ittrio alla lega si è rivelata utile per ottenere il risultato. L’importanza della scoperta sta nel fatto che, nella forma amorfa, l’acciaio assume una durezza e una resistenza quasi doppie rispetto al normale.