Issue 18

D. Firrao et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 18 (2011) 54-68 ; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.18.06 57 Per eliminare l’effetto del mezzo temprante e confrontare gli acciai solo sulla base della loro temprabilità, si è introdotto il cosiddetto mezzo temprante ideale, definito come quel fluido che consente di raffreddare istantaneamente la superficie del pezzo alla temperatura del fluido e di mantenerla allo stesso valore di temperatura finché anche il cuore del pezzo non abbia raggiunto la stessa temperatura. Se si imposta l’equazione di scambio di calore fra superficie e del pezzo e fluido, ci rende subito conto che a fronte di un Δ T = 0, λ non può che essere uguale ad infinito se si vuole avere un flusso di calore finito. Quindi, nel caso del mezzo temprante ideale H = ∞. Essendo riusciti ad eliminare la variabile mezzo temprante è così possibile introdurre un’ulteriore grandezza, il diametro ideale critico di un acciaio, D Ic , che è il diametro di un componente cilindrico che contiene il 50% di martensite a cuore se viene temprato nel mezzo temprante ideale. Sono stati sviluppati opportuni diagrammi che consentono di porre in relazione D c ottenuto con determinati valori di H con il D Ic . E’ possibile pervenire al calcolo di D Ic conoscendo la composizione dell’acciaio e le dimensioni del grano austenitico mediante formule opportune. E’ anche possibile sulla base del valore di D Ic e conoscendo il tenore di carbonio dell’acciaio costruire prima le curve Jominy e poi, tramite le curve di Lamont, [2] ricavare le curve ad U di qualsiasi acciaio temprato in uno dei mezzi tempranti per i quali le curve di Lamont sono state pubblicate. Dall’uso delle curve di Lamont si comprende come per pezzi di dimensioni molto rilevanti si può non avere lo strato superficiale costituito da sola martensite, ma passare direttamente a strati in cui si abbiano strutture miste negli acciai al carbonio e strati dove si abbia solo bainite negli acciai legati. Un’ultima osservazione è opportuno fare quando si parla di strutture derivanti da tempra. Vi è sempre un quantitativo di austenite residua, che aumenta passando dagli acciai al solo carbonio a quelli legati, specie se in questi ultimi c’è un quantitativo rilevante di Mn e Ni; tale costituente metallografico subisce anch’esso notevoli modificazioni durante il rinvenimento. Dal complesso delle considerazioni sopra riportate sembrerebbe che basti avere un contenuto di martensite dopo tempra superiore o uguale al 50% per ottenere in un componente di acciaio temprato (che sarà poi sottoposto a rinvenimento) caratteristiche meccaniche soddisfacenti. Conviene esaminare più a fondo tale assunto. C ARATTERISTICHE MECCANICHE DI ACCIAI BONIFICATI componenti di acciaio non vengono mai messi in opera allo stato di piena tempra, ma vengono sempre messi in opera dopo opportuno rinvenimento. Mentre la martensite viene profondamente modificata dal processo di rinvenimento, molto meno marcati sono gli effetti del rinvenimento sulla bainite e sulla perlite e quasi nulli sulla ferrite. Sono stati sviluppati opportuni metodi di calcolo per determinare la durezza delle martensiti rinvenute, [3] mentre non sono disponibili metodi per calcolare le durezze dopo rinvenimento di microstrutture miste del tipo indicato nel paragrafo precedente. Alcune norme (ad es., la norma ASTM E8) indicano solo che per valutare la resistenza a trazione di un pezzo cilindrico se ne deve ricavare un provino ad una certa distanza dalla superficie esterna, se i diametri sono considerevoli (per la E8 l’asse deve essere a ½ raggio se il diametro è superiore a 40 mm). Sono anche poco noti studi di letteratura sulla tenacità a frattura di acciai a microstruttura mista. Eppure componenti meccanici di acciai allo stato bonificato, caratterizzati da microstrutture miste derivanti da condizioni di tempra incompleta, si incontrano frequentemente nella pratica costruttiva, a causa della tendenza verso acciai progressivamente meno legati o a causa di componenti con sezioni molto elevate. Resistenza all’intaglio e tenacità a frattura di acciai con microstrutture miste La bassa resistenza all’intaglio di microstrutture miste è stata messa in evidenza già negli anni ’50, grazie alle ricerche condotte da G. Sachs e coll. [4]. Il problema è stato trascurato nel corso degli anni. Soltanto in tempi relativamente recenti Knott e collaboratori [5] hanno intrapreso una campagna per verificare la variazione statistica della tenacità a frattura delle microstrutture miste bainite - martensite autorinvenuta (B/M), ottenute raffreddando in aria oppure temprando in bagni di sali campioni di acciaio A533B. Quando alla martensite rinvenuta ed alla bainite si accompagnano anche perlite e ferrite, la tenacità alla frattura scende a livelli estremamente pericolosi, come si vede dai risultati seguenti (Figg. 2-3) tratti da studi sistematici condotti nel Dipartimento degli scriventi e in Dipartimenti di altre strutture universitarie italiane su un acciaio 1.2738 - 40CrMnNiMo8- 6-4, ISO 4957, 3 temprato in olio e rinvenuto nell’intervallo di temperatura fra 550 e 600 °C.[6,7] 3 Può essere considerato un acciaio legato di composizione quasi eutettoidica . I