Vi siete mai chiesti come distinguere rapidamente tra acciaio al carbonio e acciaio inossidabile? Capire le differenze è fondamentale in diverse applicazioni, dall'edilizia alla produzione. Questo articolo approfondisce i metodi chiave per identificare questi due tipi di acciaio, concentrandosi sui test di scintilla, sulle variazioni di colore e su altre caratteristiche distintive. Alla fine, avrete una chiara comprensione di come identificare efficacemente l'acciaio al carbonio e l'acciaio inossidabile, assicurandovi di scegliere il materiale giusto per i vostri progetti. Immergetevi per imparare queste tecniche essenziali e migliorare le vostre capacità di selezione dei materiali.
L'acciaio inossidabile fa scintille durante la macinazione?
Sì, l'acciaio inossidabile produce scintille durante le operazioni di rettifica. Questo fenomeno si verifica a causa del rapido riscaldamento di microscopiche particelle metalliche che si staccano durante il processo abrasivo. Quando la mola entra in contatto con la superficie dell'acciaio inossidabile, genera un notevole attrito, facendo sì che questi minuscoli frammenti di metallo raggiungano temperature superiori a 1000°C (1832°F). A temperature così elevate, le particelle si ossidano rapidamente ed emettono luce visibile, manifestandosi come scintille.
Le caratteristiche di queste scintille, tra cui il colore, l'intensità e l'andamento, possono variare a seconda della qualità e della composizione dell'acciaio inossidabile in lavorazione. Ad esempio, gli acciai inossidabili austenitici (ad esempio, 304, 316) producono in genere scintille più corte e più numerose con una tonalità rosso-arancio, mentre gli acciai inossidabili martensitici (ad esempio, 420, 440C) generano spesso scintille più lunghe e più luminose con una tonalità giallastra. Anche fattori quali la dimensione della grana della mola, la velocità di rotazione e la pressione applicata influenzano la formazione di scintille. Vale la pena notare che, sebbene la generazione di scintille sia comune nella smerigliatura dell'acciaio inossidabile, è sempre necessario adottare misure di sicurezza adeguate, tra cui la protezione degli occhi e il contenimento delle scintille, per evitare potenziali rischi nell'ambiente dell'officina.
Quando l'acciaio viene rettificato contro una ruota abrasiva sotto pressione, il materiale viene ridotto in particelle fini grazie all'azione abrasiva. Queste particelle si riscaldano rapidamente a causa dell'attrito meccanico e vengono espulse dalla forza centrifuga della ruota rotante.
Quando le particelle di acciaio riscaldate entrano in contatto con l'ossigeno dell'aria, subiscono una rapida ossidazione. Questa reazione esotermica genera un calore sufficiente a portare le particelle di acciaio vicino al loro punto di fusione, provocando l'emissione di luce. La traiettoria di queste particelle luminose segue un percorso aerodinamico, creando il caratteristico disegno della scintilla.
Il processo di ossidazione inizia con la formazione di una pellicola di ossido di ferro (2Fe + O2 → 2FeO) sulla superficie delle particelle. Contemporaneamente, all'interno delle particelle, il carbonio presente sotto forma di carburo di ferro (Fe3C) si decompone ad alte temperature, liberando carbonio elementare (Fe3C → Fe + C). Questo carbonio liberato reagisce poi con l'ossido di ferro superficiale, producendo monossido di carbonio gassoso.
Questa reazione crea un processo ciclico in cui gli atomi di carbonio riducono l'ossido di ferro superficiale, consentendogli di reagire con l'ossigeno atmosferico e di ossidarsi nuovamente. Contemporaneamente, si innescano altre reazioni con il carbonio interno, che portano all'accumulo di monossido di carbonio all'interno della particella.
Quando la pressione interna del gas supera la tensione superficiale dello strato esterno della particella, si verifica una microesplosione. Questo fenomeno si manifesta come un'esplosione luminosa, simile a un fuoco d'artificio in miniatura. Se all'interno delle particelle più piccole rimane del carbonio residuo, il ciclo ossidazione-esplosione può ripetersi, portando potenzialmente a scoppi di seconda, terza o addirittura quarta generazione. Questo processo ripetitivo crea il caratteristico schema dendritico o ramificato osservato nei test di scintilla.
La frequenza e l'intensità di queste esplosioni sono direttamente correlate al contenuto di carbonio dell'acciaio. Gli acciai a più alto tenore di carbonio presentano esplosioni più frequenti e pronunciate, che danno luogo a modelli dendritici più complessi, con una maggiore ramificazione e formazioni "a fiore". Al contrario, gli acciai a basso tenore di carbonio producono schemi di scintille più semplici con meno ramificazioni.
Questa relazione tra il contenuto di carbonio e le caratteristiche della scintilla costituisce la base del test di scintilla come metodo rapido e qualitativo per identificare i diversi tipi di acciaio in officina. Tuttavia, è importante notare che, sebbene la prova di scintilla possa fornire indicazioni preziose, deve essere utilizzata insieme ad altri metodi analitici per l'identificazione e la caratterizzazione precisa dei materiali.
I modelli di scintilla, le varie parti e le forme includono generalmente:
Quando il campione di prova viene macinato sulla mola, tutte le scintille prodotte vengono chiamate collettivamente raggi di fuoco.
Il fascio di luce può essere suddiviso in tre parti principali:
Il raggio di fuoco più vicino alla mola è chiamato raggio di fuoco radice.
La parte centrale è chiamata fascio di fuoco centrale.
La parte finale del fascio di fuoco, più lontana dalla mola, è chiamata fascio di coda. Fare riferimento alla Fig. 12-1.
Quando si rettifica l'acciaio, le particelle di rettifica volano ad alta velocità, creando linee luminose note come streamline.
In base alle caratteristiche di forma delle linee di flusso, si distinguono tre forme comuni: linee di flusso rettilinee, linee di flusso ondulate e linee di flusso intermittenti, come mostrato nella Figura 12-2.
Al centro della linea di flusso si verifica un'esplosione.
Esistono tre tipi comuni di fuochi d'artificio: i fuochi d'artificio dendritici, i fuochi d'artificio piumosi e le brattee.
I fuochi d'artificio a forma di ramo ricordano i rami degli alberi, con più o meno rami, tra cui due forchette, tre forchette e molte forchette.
Esistono diversi livelli di suddivisione, tra cui la suddivisione primaria, la suddivisione secondaria e la suddivisione multipla.
Le esplosioni a forma di piuma sono una forma speciale di esplosione di acciaio cerchiato che assomiglia a piume. Le brattee sono forme speciali di espansione che si verificano al centro della linea di flusso e comprendono esplosioni prima e dopo la parte di espansione.
Fare riferimento alla Figura 12-3. Se il fiore della brattea appare all'estremità della linea di flusso, si parla anche di fiore di coda della brattea.
Il punto in cui la linea di flusso si interrompe a metà è chiamato nodo.
Alcuni fuochi d'artificio presentano nodi brillanti e turgidi, mentre altri non hanno nodi evidenti.
Quando la scintilla scoppia, la stella filante viene chiamata linea d'ombra.
I fuochi d'artificio dendritici possono essere considerati come la forma di raccolta della maggior parte delle linee di awn.
Scintille sotto forma di puntini tra le linee di esplosione della tenda o in prossimità della linea di flusso.
Il cavolfiore è una forma anomala di coda filante.
Esistono tre tipi di fiori di coda comuni: il fiore di coda di volpe, il fiore di coda a punta di lancia e il fiore di coda di magnolia. Come mostrato nella Fig. 12-4.
Fig. 12-4 Forma del fiore della coda
Il colore e la luminosità dell'intero fascio di fiamme o di una parte della scintilla.
Lo strumento principale utilizzato per l'identificazione delle scintille è una smerigliatrice.
Le rettificatrici possono essere da tavolo o portatili.
Una smerigliatrice da banco è adatta per ispezionare campioni di acciaio e pezzi di piccole dimensioni.
Una smerigliatrice portatile può essere utilizzata per identificare lotti di acciaio in officine e magazzini.
La potenza del motore utilizzato per una smerigliatrice da banco è di 0,5 KW e la velocità di rotazione è di circa 3000 giri/min.
Il motore di una smerigliatrice portatile ha una potenza di 0,2 KW e una velocità di 2800 giri/min.
Una potenza e una velocità eccessive possono causare la dispersione delle scintille, che non favorisce l'identificazione.
Se la potenza e la velocità sono troppo basse, sarà difficile rettificare gli acciai legati per utensili e gli acciai ad alta velocità contenenti tungsteno, e potrebbe addirittura non riuscire a produrre un raggio di fiamma.
La mola deve avere una granulometria di 46# o 60# (preferibilmente 60#) e una durezza media di 200 mm; lo spessore deve essere di 20~25 mm.
La mola per una rettificatrice portatile può avere un diametro di 9020 mm.
È consigliabile non cambiare frequentemente gli strumenti, come la macchina rettificatrice e la granulometria della mola.
La conoscenza e la familiarità con le prestazioni degli strumenti è un aspetto essenziale per identificare le scintille.
La forma della scintilla può variare a causa delle variazioni della velocità della ruota e della dimensione delle particelle delle diverse smerigliatrici.
La nitidezza e la rotondità della superficie di attrito della mola deve essere mantenuta regolarmente per garantire una forza di proiezione costante.
Se la mola non è affilata, può ridurre la linea di flusso, mentre se la rotondità non è mantenuta, l'acciaio può saltare durante lo sfregamento contro di essa. Pertanto, la rotondità della mola non deve essere troppo piccola.
Prima di iniziare il lavoro, è importante identificare un campione standard per correggere la potenziale influenza dell'ambiente oggettivo.
La luminosità dell'ambiente di lavoro può influire in modo significativo sull'osservazione delle scintille.
Il sito di identificazione non deve essere eccessivamente luminoso, ma nemmeno completamente buio. È importante mantenere una luminosità costante per garantire un'identificazione accurata.
In generale, non è consigliabile operare all'aperto. Tuttavia, se è necessario operare all'aperto, è necessario utilizzare un telone mobile coperto con un panno nero per evitare interferenze da luce forte, come quella dei conigli.
È necessario fornire una serie di campioni di acciaio standard con gradi di acciaio noti per il confronto nell'apprendimento e nell'identificazione. Più i campioni di acciaio sono completi, meglio è.
Per determinare il contenuto corretto di ciascun elemento, i campioni di acciaio standard devono essere sottoposti ad analisi chimica.
Nell'industria della produzione di macchinari, la selezione accurata dei materiali e il trattamento termico sono sfide cruciali per i professionisti tecnici. La corretta identificazione e l'utilizzo dei gradi di acciaio sono fondamentali per garantire la qualità, la sicurezza e l'efficienza dei prodotti.
Una selezione errata dei materiali o una miscelazione involontaria dei tipi di acciaio durante la produzione può portare i componenti a non soddisfare le specifiche di prestazione, causando potenzialmente perdite economiche significative o guasti catastrofici. Pertanto, una comprensione completa delle varietà di acciaio e delle rispettive proprietà è essenziale per il successo della produzione di macchinari.
I metodi di identificazione dell'acciaio possono essere ampiamente classificati in approcci chimici e fisici. Sebbene l'analisi chimica offra un'elevata precisione, è adatta principalmente per le ispezioni di campionamento in laboratorio. I tempi e i costi associati all'analisi chimica la rendono poco pratica per le applicazioni in loco nella maggior parte degli ambienti produttivi.
I metodi di identificazione fisica, sebbene meno precisi dell'analisi chimica, si rivelano preziosi per le valutazioni preliminari in loco grazie alla loro praticità e all'esperienza accumulata da tecnici specializzati. Tra questi metodi fisici, l'identificazione a scintilla e l'analisi metallografica si distinguono come le tecniche più efficaci e ampiamente applicabili.
L'identificazione delle scintille, in particolare, è stata ampiamente adottata nel settore grazie ai suoi numerosi vantaggi:
L'importanza dell'identificazione delle scintille diventa evidente in diverse fasi critiche del processo di produzione:
Il carbonio è il principale elemento di acciaio e la sua forma di attivazione cambia con l'aumento del contenuto di carbonio.
I modelli di scintilla degli acciai comuni sono i seguenti:
Fig. 12-6 30 Acciaio
Il fascio di fiamme appare interamente giallo, con una linea di flusso spessa al centro, con altre leggermente più sottili alla radice e con fuochi d'artificio leggermente più grandi in coda. Inoltre, sono presenti lunghe linee di flusso awn che pendono leggermente.
Nel caso dell'esplosione secondaria, presenta più rami con nodi di esplosione luminosi.
Fig. 12-7 40 Acciaio
La lunghezza del fascio di fuochi d'artificio è leggermente aumentata. Tutti i fuochi d'artificio sono ora scoppi secondari e la linea di miccia è lunga e spessa. Inoltre, ora ci sono più fuochi d'artificio nell'intero fascio e comincia a comparire del polline. Anche la coda del fascio di fuochi d'artificio è più grande e il colore è giallo brillante.
Fig. 12-8 45 Acciaio
La lunghezza del fascio di fuoco è maggiore rispetto a quella di 40 acciaio. La forma dei fuochi d'artificio è più grande e il numero di linee di flusso e di fuochi d'artificio è aumentato. Le linee di flusso sono più spesse e la linea d'ombra è più lunga. Tra le linee di flusso c'è una quantità adeguata di polline, che emette con forza e determina un maggior grado di esplosione. I nodi sono luminosi e il numero di fuochi d'artificio nella coda è significativamente superiore a quello di 40 acciaio. Inoltre, il colore è giallo brillante.
Fig. 12-9 50 Acciaio
La lunghezza della trave a fiamma è equivalente a quella di una trave in acciaio da 45.
Il modello di esplosione è significativo, con un numero maggiore di linee di flusso e di esplosioni. Le linee di flusso sono spesse, con lunghe linee di alveoli e polline tra di esse, che rendono l'esplosione potente. I nodi sono luminosi e il numero di esplosioni in coda è notevolmente superiore a quello di una trave d'acciaio a 45°. Il colore della fiamma è giallo brillante.
L'intera fiamma è gialla, con una linea di flusso leggermente spessa e lunga e una forma rettilinea. La parte centrale, verso la coda, è leggermente ricadente.
Un modello di esplosione singolo con più rami, realizzato in acciaio strutturale al carbonio con lo stesso contenuto di carbonio, è leggermente più regolare del modello di esplosione. Il grado di esplosione è elevato e i nodi sono più luminosi.
La presenza di cromo in questa fase dimostra il suo ruolo nell'allungamento e nella fessurazione.
Il fascio di scintille è giallo brillante e presenta molte linee filanti. Lo scoppio secondario del fiore composto è grande, ordinato e regolare, con un numero significativo di fuochi d'artificio. La linea alba è lunga e spessa e l'angolo del fiore è chiaro e ben separato.
La quantità di polline è adeguata e il grado di esplosione è elevato, con una linea di flusso spessa, leggermente ricadente dal centro alla coda. Il grado di esplosione del crisantemo a rami grandi è ancora più intenso.
Attualmente, la scritta medium carbon low serve ancora a promuovere l'esplosione.
Fig. 12-12 Acciaio 20CrMo
Il raggio di fiamma del materiale è più corto di quello dell'acciaio 20Cr. La linea di flusso è leggermente più sottile e sono presenti più biforcazioni e una singola esplosione in una sola volta.
Rispetto al 20CrMo, il modello di esplosione si è ridotto, il grado di esplosione si è indebolito, i nodi non sono molto luminosi e il colore è giallo. Inoltre, la coda della linea di flusso ha fiori di coda con punta a pistola.
Il molibdeno ha la proprietà di inibizione in questa fase.
Sebbene il cromo sia un elemento esplosivo, coesiste con il molibdeno e le sue proprietà diventano subordinate.
Fig. 12-13 Acciaio 40CrMo
Il colore della fiamma di 42CrMo Il colore dell'acciaio è leggermente più scuro di quello dell'acciaio 40Cr e la sua linea di flusso è simile. Forma fiori composti ad esplosione secondaria con una quantità adeguata di polline e i nodi appaiono brillanti. Tuttavia, i modelli di esplosione sono irregolari e disordinati e il grado di esplosione è leggermente indebolito. In coda, è presente un fiore di coda a punta di pistola, che non si vede nell'acciaio 20CrMo.
Da ciò si può dedurre che il contenuto di carbonio ha un certo impatto sul molibdeno.
Fig. 12-14 Acciaio 60Si2Mn
Il fascio di fuoco ha una lunghezza moderata e una linea di flusso ridotta, ed è leggermente spesso. La maggior parte di essi scoppia due volte, mentre alcuni scoppiano tre volte con un tipo di fiore piccolo e un evidente nodo di gemma silicea. Questi tipi hanno poche e corte linee di alonatura, un grado di esplosione leggermente più debole e nessun polline. Il colore della scintilla e il nodo di esplosione non sono molto brillanti.
Fig. 12-15 Acciaio GCr15
Il fascio di fuoco ha una lunghezza moderata ed è caratterizzato da molti motivi a flusso e a triplo scoppio. Le linee di flusso sono leggermente sottili e sono densamente coperte da fuochi d'artificio a forma di ramo.
La quantità di fuochi d'artificio è elevata, i disegni sono piccoli e la linea alba è sottile e irregolare. C'è una quantità significativa di polline tra le linee alba e i nodi non sono molto distinti. Il colore dei fuochi d'artificio è arancione.
L'organizzazione interna è troostite perlata allo stato di laminazione a caldo. Il fascio di fuoco è lungo e spesso e presenta tre esplosioni. L'intensità del burst è forte, la linea di awn è lunga e c'è una quantità significativa di polline tra le linee di awn. I nodi dello scoppio sono luminosi e la coda è lunga e si trova al centro.
Fig. 12-16 Acciaio Cr12MoV
Il fascio di fuoco è sottile ed estremamente corto, con una linea di flusso ondulata e intermittente che appare numerosa e sottile.
I fuochi d'artificio sono eccezionalmente potenti e producono scintille che esplodono in tre diversi fiori con molteplici rami e stelle significative. I fiori contengono numerosi fiori spezzati e polline e sono pieni di fuoco.
L'estremità della linea di flusso ha un evidente fiore di coda a forma di pistola come risultato del contenuto di molibdeno. Inoltre, la linea di flusso in coda è leggermente più spessa, dando al materiale una sensazione di durezza quando viene sfregato.
Colore: da giallo ad arancione. La forma a scintilla non è diversa dal Cr12.
Fig. 12-17 Acciaio 5CrMnMo
Il raggio di fuoco è il più spesso e lungo, la linea di flusso è di medio spessore e lo scoppio è il secondo più forte. Tutti scoppiano tre volte, a volte con pochi fiori, e ci sono fiori di coda di punta di pistola al molibdeno.
La forma del fiore è un fiore a forma di stella a tre o quattro segmenti multiramificato con un fiore a coda di lancia. La linea del fiore è densa, l'area di distribuzione dei fiori rappresenta il 55-60% dell'intero fascio di fuoco, la forma del fiore è grande e l'angolo del fiore è ampio.
In termini di colore, il fascio di fuoco è giallo brillante e i nodi sono di colore giallo-bianco. La resistenza è meno forte quando si macina.
Fig. 12-18 Acciaio 3Cr2W8V
Il fascio di fuoco è relativamente lungo e la linea di flusso è molto sottile, ondulata e intermittente. Lo scoppio è debole, con solo una piccola quantità di fiori di forma e dimensioni da coda di volpe calva.
Colore della carrozzeria: fucsia.
Calvo e solitario, rosso ciliegia chiaro.
La sensazione è che sia molto resistente quando si macina.
Fig. 12-19 Acciaio W6Mo5Cr4V2
Il fascio di fiamme si presenta come un corto e brillante colore giallo-arancio, con una tonalità rosso scuro alla base.
Sono presenti alcune linee di flusso irregolari e alcuni motivi ondulatori.
Le linee di flusso non sono molto spesse e hanno una lunghezza media.
La linea della coda è più spessa e ricorda una foglia di salice con fiori di coda, mentre la punta presenta una leggera calvizie.
I fuochi d'artificio sono pochi ma di grande forma.
Sono presenti solo alcune linee di alba, anch'esse calve.
La linea di flusso della coda scende verso il basso.
Giudicare il tipo di acciaio del campione testato in base al modello di scintilla osservato può essere difficile.
Questo perché i modelli di scintilla possono presentare sottili differenze difficili da descrivere ed esprimere con precisione. Per discriminare con precisione queste sottili differenze nei modelli di scintilla, è necessario un professionista esperto con una grande esperienza e competenza.
Attualmente, è necessario utilizzare l'identificazione a scintilla solo per confermare l'appartenenza di un materiale al tipo di acciaio previsto.
Quando si identifica un lotto di pezzi, il primo pezzo deve essere osservato e analizzato attentamente. Una volta confermato il corretto utilizzo dell'acciaio n. 1, il pezzo deve essere leggermente rettificato per osservare le caratteristiche di base delle scintille quando è meno usurato.
Questa caratteristica deve essere tenuta presente e le parti rimanenti possono essere rettificate con una leggera pressione. Questo approccio non solo favorisce l'identificazione, ma riduce anche al minimo l'usura dei pezzi, evitando così un impatto negativo sul loro aspetto o sulla loro funzionalità.
In questo momento è importante concentrarsi sulle differenze fondamentali tra i due tipi di acciaio per quanto riguarda le scintille. Una volta comprese le rispettive caratteristiche e le principali distinzioni, sarà molto più facile distinguere tra i due tipi di acciaio.
Se il discriminatore comprende l'uso di base dell'acciaio e ha familiarità con il senso comune dei materiali che dovrebbero essere utilizzati per realizzare i vari pezzi, può essere di grande aiuto nell'identificare le scintille.
Un fattore da considerare è se si verifica un'esplosione dendritica durante la macinazione delle scintille. L'eventuale presenza di un'esplosione dendritica può essere ulteriormente dedotta dalle seguenti situazioni:
① Se l'esplosione dendritica avviene normalmente, e non ci sono scintille in altre forme speciali, si tratta per lo più di acciaio al carbonio (acciaio ucciso e semi-ucciso).
A questo punto, se il modello è uno scoppio diviso e il vaso di scoppio è relativamente rado, indica che il contenuto di carbonio è basso e che appartiene alla gamma di acciaio al carbonio a basso tenore di carbonio.
Se il modello è un'esplosione secondaria, terziaria o una piccola quantità di esplosione dendritica multi-split, la quantità di esplosione è media e la distanza tra le esplosioni è chiara, indicando che il contenuto di carbonio del campione è di circa 0,4% C, e appartiene all'acciaio al carbonio nella gamma del carbonio medio.
Se l'esplosione è a forma di albero con più forchette, la quantità di esplosione è grande e la distanza tra le esplosioni è piccola, ciò indica che il contenuto di carbonio è elevato e che appartiene a acciaio ad alto tenore di carbonio. Quando l'esplosione è affollata, conferma che il contenuto di carbonio è elevato.
Se l'esplosione presenta un andamento dendritico e un aspetto piumoso, indica che l'acciaio è bordato con un contenuto di silicio molto basso. Il contenuto di carbonio può essere stimato approssimativamente in base alla quantità di esplosione, il che può aiutare a dedurre il grado dell'acciaio.
③ Per identificare in modo approssimativo il tipo di acciaio:
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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