Acciaio al carbonio
L'acciaio al carbonio o acciaio al carbonio semplice è una lega metallica. È una combinazione di due elementi, ferro e carbonio. Altri elementi sono presenti in quantità troppo piccole per influenzare le sue proprietà. Gli unici altri elementi ammessi nell'acciaio al carbonio semplice sono: manganese (1,65% max), silicio (0,60% max) e rame (0,60% max). L'acciaio con un basso contenuto di carbonio ha le stesse proprietà del ferro, morbido ma facilmente modellabile. Con più carbonio il metallo guadagna durezza e forza, ma diventa meno duttile e più difficile da saldare. Un contenuto di carbonio più elevato abbassa il punto di fusione dell'acciaio e la sua resistenza alla temperatura in generale.
Tipi di acciaio al carbonio
Le composizioni tipiche del carbonio sono:
- Acciaio dolce (a basso tenore di carbonio): contenuto di carbonio da 0,05% a 0,25% circa con un contenuto di manganese fino a 0,4% (ad esempio, acciaio AISI 1018). Meno forte ma economico e facile da modellare; la durezza superficiale può essere aumentata attraverso la cementazione.
- Acciaio al carbonio medio: approssimativamente da 0,14% a 0,84% di contenuto di carbonio con un contenuto di manganese da 0,60 a 1,65% (es. acciaio AISI 1040). Bilancia la duttilità e la forza e ha una buona resistenza all'usura; usato per parti di grandi dimensioni, forgiatura e parti di automobili.
- Acciaio ad alto tenore di carbonio: circa 0,59% a 0,65% di contenuto di carbonio con 0,30 a 0,90% di contenuto di manganese. Molto forte, utilizzato per molle e fili ad alta resistenza.
- Acciaio ad altissimo tenore di carbonio: contenuto di carbonio compreso tra lo 0,96% e il 2,1% circa, appositamente lavorato per produrre specifiche microstrutture atomiche e molecolari.
L'acciaio può essere trattato termicamente, il che permette di fabbricare delle parti in uno stato morbido facilmente guadabile. Se è presente abbastanza carbonio, la lega può essere indurita per aumentare la forza, l'usura e la resistenza all'impatto. Gli acciai sono spesso lavorati con metodi di lavorazione a freddo, che è il modellamento del metallo attraverso la deformazione a una bassa temperatura di equilibrio o meta stabile.
Metallurgia
L'acciaio dolce è la forma più comune di acciaio in quanto il suo prezzo è relativamente basso, mentre fornisce proprietà del materiale che sono accettabili per molte applicazioni. L'acciaio dolce ha un basso contenuto di carbonio (fino allo 0,3%) e quindi non è né estremamente fragile né duttile. Diventa malleabile quando viene riscaldato, e quindi può essere forgiato. È anche spesso usato dove è necessario formare grandi quantità di acciaio, per esempio come acciaio strutturale. La densità di questo metallo è di 7861,093 kg/m³ (0,284 lb/in³) e la resistenza alla trazione è un massimo di 500 MPa (72500 psi)
Gli acciai al carbonio che possono essere sottoposti con successo al trattamento termico hanno un contenuto di carbonio compreso tra lo 0,30% e l'1,70% in peso. Tracce di impurità di vari altri elementi possono avere un effetto significativo sulla qualità dell'acciaio risultante. Tracce di zolfo rendono l'acciaio "rosso-corto", che è un difetto: l'acciaio è fragile e friabile. L'acciaio al carbonio a bassa lega, come il grado A36, contiene circa lo 0,05% di zolfo e fonde intorno ai 1426-1538 °C (2600-2800 °F). Il manganese viene spesso aggiunto per migliorare la temprabilità degli acciai a basso tenore di carbonio. Queste aggiunte trasformano il materiale in un acciaio a bassa lega secondo alcune definizioni, ma la definizione AISI di acciaio al carbonio permette fino all'1,65% di manganese in peso.
L'acciaio temprato si riferisce di solito all'acciaio temprato o temprato e rinvenuto.
L'acciaio argentato o acciaio brillante ad alto tenore di carbonio, prende il suo nome dal suo aspetto, dovuto all'alto contenuto di carbonio. È un acciaio ad altissimo tenore di carbonio, o può essere considerato come uno dei migliori acciai ad alto tenore di carbonio. È definito secondo gli standard delle specifiche dell'acciaio BS-1407. È un acciaio per utensili all'1% di carbonio che può essere rettificato con tolleranze strette. Di solito la gamma di carbonio è minimo 1,10% ma fino a 1,20%. Contiene anche elementi in tracce di 0,35% Mn (range 0,30%-0,40%), 0,40% Cr (range 0,4%-0,5%), 0,30% Si (range 0,1%-0,3%), e a volte anche zolfo (max 0,035%) e fosforo (max 0,035%). L'acciaio argentato è talvolta usato per la fabbricazione di rasoi dritti, grazie alla sua capacità di produrre e mantenere un bordo micro-fine.
Trattamenti termici
Lo scopo del trattamento termico dell'acciaio al carbonio semplice è quello di cambiare le proprietà meccaniche dell'acciaio, di solito la duttilità, la durezza, il carico di snervamento e la resistenza agli urti.
Diagramma di fase ferro-carbonio, che mostra gli intervalli di temperatura e carbonio per certi tipi di trattamenti termici.
Domande e risposte
D: Cos'è l'acciaio al carbonio?
R: L'acciaio al carbonio è una lega metallica composta da due elementi, il ferro e il carbonio.
D: Ci sono altri elementi che possono essere presenti nell'acciaio al carbonio?
R: Sì, altri elementi come il manganese (1,65% max), il silicio (0,60% max) e il rame (0,60% max) possono essere presenti in piccole quantità.
D: Quali sono le proprietà dell'acciaio al carbonio semplice a basso contenuto di carbonio?
R: L'acciaio al carbonio semplice a basso contenuto di carbonio ha le stesse proprietà del ferro: è morbido e si forma facilmente.
D: Come influisce l'aggiunta di carbonio sulle proprietà dell'acciaio al carbonio?
R: L'aggiunta di carbonio aumenta la durezza e la resistenza del metallo, ma lo rende meno duttile e più difficile da saldare.
D: Esiste un limite alla quantità di manganese che può essere presente nell'acciaio al carbonio semplice?
R: Sì, la quantità massima di manganese che può essere presente nell'acciaio al carbonio semplice è dell'1,65%.
D: Un contenuto di carbonio più elevato influisce sul punto di fusione dell'acciaio?
R: Sì, un maggior contenuto di carbonio abbassa il punto di fusione dell'acciaio.
D: Un maggior contenuto di carbonio influisce sulla resistenza dell'acciaio alla temperatura in generale?
R: Sì, un maggior contenuto di carbonio riduce anche la resistenza alla temperatura dell'acciaio in generale.
