Cos’è l’acciaio martensitico?

Resistenza alla corrosione, alta resistenza, resistenza al calore e proprietà igieniche sono tra i molti attributi ben noti dell’acciaio inossidabile. Le distinzioni tra le cinque categorie principali di acciaio inossidabile derivano dalla diversa composizione chimica di ciascuna.

Image Credit: Ulbrich Stainless Steels & Special Metals.

Che cos’è l’acciaio martensitico?

L’acciaio inossidabile martensitico è una buona scelta per una varietà di applicazioni grazie alla sua durata, forza e resistenza alla corrosione. La composizione e le proprietà dell’acciaio martensitico gli conferiscono vantaggi rispetto ad altri tipi di acciaio in varie funzioni industriali.

A causa della sua composizione chimica, i trattamenti termici e di invecchiamento possono portare all’indurimento e al rafforzamento dell’acciaio martensitico. Questi trattamenti rendono l’acciaio martensitico un’opzione ideale per la produzione di valvole e strumenti meccanici, parti di turbine, strumenti medici e altre applicazioni e prodotti.

Composizione dell’acciaio martensitico

Il cromo rappresenta solitamente l’11,5-18% della composizione dell’acciaio martensitico, insieme all’1,2% di carbonio e nichel. Mentre il basso contenuto di nichel lo rende meno resistente alla corrosione rispetto ad altri tipi di acciaio inossidabile, l’alta percentuale di carbonio fa sì che l’acciaio abbia una struttura molecolare particolarmente robusta.

Manganese, nichel e molibdeno sono tra gli altri elementi di lega dell’acciaio martensitico.

Lavorazione dell’acciaio inossidabile martensitico

Acciaio martensitico a raffreddamento rapido

L’acciaio inossidabile 410, l’acciaio inossidabile 420 e l’acciaio inossidabile 440A sono tra i tipi più comuni di acciaio martensitico. Questi acciai inossidabili martensitici reagiscono al trattamento termico come le leghe di acciaio ad alto tenore di carbonio. Il contenuto di carbonio definisce la massima durezza temprata dell’acciaio inossidabile.

Il riscaldamento dell’acciaio ad alte temperature, seguito da un rapido processo di raffreddamento, provoca l’indurimento. L’alta temprabilità delle leghe martensitiche fa sì che questo processo sia spesso chiamato “air-hardening”.

Il materiale viene solitamente riscaldato a basse temperature per alleggerire la microstruttura, oppure viene riscaldato a temperature leggermente più alte per temprare (ammorbidire) il materiale e raggiungere livelli di durezza intermedi. Ciò è dovuto alla struttura fragile del materiale martensitico indurito.

Riscaldare la lega appena sotto la sua temperatura critica porta alla ricottura di processo. Al contrario, un raffreddamento più lungo dopo aver riscaldato la lega appena sopra la temperatura critica porta alla ricottura completa.

Tipi di acciaio martensitico

Il contenuto di carbonio dell’acciaio martensitico significa che può a sua volta essere ulteriormente suddiviso in due tipi diversi.

Acciaio martensitico a basso contenuto di carbonio

Con il suo basso contenuto di carbonio compreso tra lo 0. 05% e lo 0,25%, l’acciaio martensitico è un acciaio a basso contenuto di carbonio.05% a 0,25%, le versioni a basso tenore di carbonio dell’acciaio martensitico hanno un maggiore potenziale di fabbricazione, offrono una maggiore resistenza alla corrosione e sono generalmente più forti.

Acciaio martensitico ad alto tenore di carbonio

L’acciaio martensitico ad alto tenore di carbonio ha solitamente un maggiore contenuto di carbonio: tra 0,61% e 1,50%. Un maggiore contenuto di carbonio rende l’acciaio più forte perché il carbonio rafforza la struttura molecolare. È difficile saldare l’acciaio o formarlo facilmente in altre forme a causa della sua maggiore fragilità.

Tipo 410 acciaio inossidabile

L’acciaio inossidabile 410 è un grado di acciaio inossidabile martensitico che è considerato un martensitico per uso generale. Può essere usato nella produzione di pistoni e valvole, così come elementi di fissaggio, molle, perni, coltelleria, ferramenta, fermagli per pistole, parti micrometriche, pale di turbine, aste di pompe, vagli per carbone, dadi e bulloni, raccordi, cuscinetti a sfera, giranti e alberi.

Cambiamenti nei trattamenti termici di tempra e rinvenimento daranno diversi livelli di durezza.

Il tipo 410 è solitamente fornito in forma ricotta, tuttavia, il tipo 410 può anche essere fornito con una durezza minima di RC35 per spessori inferiori a 0,040 “. Una versione laminata a freddo con una resistenza alla trazione minima di 110000 psi è un’altra opzione di fornitura.

Tipo 420 acciaio inossidabile

Coprendo una gamma abbastanza ampia di livelli di durezza sia nella sua forma temprata che temperata, l’acciaio inossidabile tipo 420 ha una gamma di carbonio dallo 0,15% allo 0,45% di contenuto di carbonio.

Trattamento termico, compresa la laminazione a freddo con una resistenza alla trazione minima di 120000 psi, significa che l’acciaio inossidabile tipo 420 può essere fornito a vari livelli di carbonio per soddisfare specifici requisiti di durezza o proprietà meccaniche

Durezze diverse possono essere ottenute tramite cicli di trattamento termico, il che rende il tipo 420 desiderabile quando sono necessari prodotti temprati per applicazioni specifiche. Questa lega di acciaio è temprabile tra RC40-50.

L’acciaio inossidabile tipo 420 può essere utilizzato in una varietà di applicazioni tra cui elementi di fissaggio, coltelleria, strumenti chirurgici, parti di macchine, armi da fuoco, boccole e assetto delle valvole.

Acciaio inossidabile tipo 440

Anche se ha una formabilità limitata allo stato ricotto, l’acciaio inossidabile tipo 440A ha una maggiore capacità di indurimento rispetto al tipo 410 o 420.

Essendo temprabile fino a oltre RC50, questo grado di acciaio inossidabile è estremamente adatto per la tranciatura in applicazioni di lama. Le lame rimarranno più affilate e più a lungo grazie all’alta durezza di questo grado.

Gli usi tipici includono:

• Cuscinetti
• Cutlery
• Strumenti chirurgici

In applicazioni dove la resistenza alla corrosione e l’alta durezza sono importanti, viene usato anche il tipo 440A.

Altri gradi martensitici

Sono disponibili sul mercato anche gradi martensitici meno comuni con requisiti di composizione chimica e/o proprietà meccaniche speciali rispetto a quelli elencati sopra. Tuttavia, gli acciai martensitici più comunemente referenziati sono i tipi 410, 420 e 440.

Caratteristiche dell’acciaio martensitico

L’acciaio martensitico ha molteplici proprietà (oltre alla sua forza) che lo differenziano da altri tipi di acciaio inossidabile. Coprendo una vasta gamma di applicazioni, i gradi di acciai inossidabili martensitici sono usati per combattere condizioni corrosive relativamente blande o per creare la massima rigidità e forza per parti formate a freddo.

Poiché condividono molte delle stesse caratteristiche, i gradi di acciaio martensitico sono raggruppati insieme quando i produttori specificano le leghe di acciaio.

Saldabilità

La maggior parte delle forme di acciaio martensitico non reagiscono favorevolmente alla saldatura perché sono tipicamente fragili. Quando è temprato e rinvenuto, è la fragilità dell’acciaio martensitico che aumenta le sue applicazioni.

Il processo di tempra e rinvenimento comporta il riscaldamento del metallo e poi il suo raffreddamento per fissarlo rapidamente. Gli acciai inossidabili martensitici ad alto tenore di carbonio non sono generalmente raccomandati per le applicazioni saldate, tuttavia, il tipo 410 può essere saldato con relativa facilità.

Magnetismo

La struttura molecolare cristallina può essere magnetica se c’è ferro presente nella lega di acciaio martensitico. Molti tipi di acciaio martensitico sono magnetici. Questo può rendere i metalli più facili da selezionare, ma può rendere i processi di fabbricazione e saldatura più difficili. Gli acciai martensitici sono magnetici sia allo stato temprato che ricotto.

Formabilità

La capacità di un metallo di essere trasformato in forme diverse senza rompersi o incrinarsi è chiamata formabilità. All’aumentare del suo contenuto di carbonio, la formabilità dell’acciaio martensitico diminuisce. Anche se possibile, le forme a basso contenuto di carbonio non sono ideali per la formatura.

Alta resistenza

Gli acciai inossidabili martensitici sono spesso, anche se non sempre, utilizzati quando sono necessarie elevate proprietà meccaniche. Il loro grado di resistenza alla corrosione limita la loro applicazione più di altre leghe della famiglia degli acciai inossidabili.

Le macchie di ruggine superficiale possono spesso apparire sulle loro superfici. Possono essere usati allo stato ricotto quando è richiesta solo una limitata resistenza alla corrosione o una resistenza all’incrostazione a temperature elevate. La loro massima resistenza alla corrosione è raggiunta allo stato temprato o temperato.

Acciaio inossidabile martensitico ricotto

Poiché forniscono le migliori caratteristiche di formatura, i gradi martensitici sono solitamente forniti ai produttori allo stato ricotto. Il trattamento termico di tempra segue generalmente le operazioni di formatura.

Rispetto alla serie 300, gli acciai inossidabili austenitici 410 e 420 possono anche essere raggiunti nella condizione lavorata a freddo a livelli di resistenza alla trazione relativamente bassi.

Come l’acciaio martensitico è diverso da altri tipi di acciai inossidabili?

I vari tipi di acciaio inossidabile differiscono nella loro struttura chimica e nei componenti. Questi fattori determinano il comportamento dell’acciaio e le sue possibili applicazioni.

Acciaio inossidabile austenitico

Questo tipo di acciaio inossidabile è altamente resistente alla corrosione ed è uno dei tipi più usati di acciaio inossidabile in quanto possiede un alto contenuto di cromo rispetto ad altri tipi di acciaio inossidabile. Questi acciai sono anche composti da azoto, manganese e nichel.

L’acciaio austenitico è saldabile (a differenza dell’acciaio martensitico), formabile e tipicamente non magnetico. Non è trattabile termicamente – può essere indurito solo tramite lavoro a freddo.

L’acciaio inossidabile ferritico

L’acciaio ferritico ha un alto contenuto di cromo e basso contenuto di carbonio. Questo significa che l’acciaio ferritico non è forte come l’acciaio martensitico (a causa del basso contenuto di carbonio), ma è molto resistente alla corrosione ed è magnetico.

Utilizzato più spesso negli utensili da cucina, per la costruzione di macchinari industriali e nell’industria automobilistica, gli acciai ferritici non sono nemmeno trattabili termicamente. Vengono lavorati quasi esclusivamente con la tempra di ricottura.

L’acciaio inossidabile indurito (PH)

L’acciaio inossidabile PH è fatto aggiungendo rame, molibdeno, alluminio e titanio, da soli o in qualsiasi combinazione. Questi metalli possono essere tre o quattro volte più forti dell’acciaio austenitico e hanno una durezza relativamente bassa.

Grazie alla sua miscela unica di forza e buona formabilità, l’acciaio PH è tipicamente usato nell’industria petrolifera e del gas, aerospaziale e nucleare.

Acciaio inossidabile martensitico temprato

L’acciaio martensitico diventa più forte e più duro dopo il trattamento termico, che è tra i suoi vantaggi principali. Quando viene riscaldato e raffreddato rapidamente, gli atomi diventano ciò che è noto come tetragono centrato sul corpo, una posizione distorta che rende l’acciaio più duro e più forte. Numerosi processi possono essere utilizzati per indurire l’acciaio martensitico.

Indurimento per invecchiamento

Riscaldandolo per formare precipitati che impediscono il movimento dei difetti nella struttura molecolare dell’acciaio, l’acciaio viene indurito. Il contenimento di questi difetti rende il metallo più duro e forte. Dopo il riscaldamento, viene conservato per ore a una temperatura elevata fino a quando il processo, che è spesso usato per aumentare la forza dell’acciaio martensitico, è completo.

Ricottura

La ricottura comporta il riscaldamento dell’acciaio per rendere la struttura molecolare dell’acciaio più omogenea e rimuovere lo stress. Questo risulta in un acciaio più morbido che è più facile da manipolare.

Tempra e rinvenimento

La tempra è un processo che indurisce l’acciaio riscaldandolo, raffreddandolo rapidamente e poi riscaldandolo di nuovo. Il metallo è duro ma molto fragile dopo il riscaldamento e il raffreddamento iniziale, ma il secondo riscaldamento ha lo scopo di riportare l’acciaio a una temperatura alla quale è duttile.

Sommario

Ci sono molteplici tipi e gradi di acciaio inossidabile che si inseriscono in cinque categorie principali. Le molte caratteristiche distintive dell’acciaio inossidabile lo rendono ideale per una vasta gamma di applicazioni diverse. L’acciaio inossidabile martensitico è un acciaio versatile che ha molti usi pratici in varie industrie.

L’acciaio inossidabile martensitico è molto sensibile a molteplici forme di trattamento termico che possono aumentare la durezza, la forza e la resistenza alla corrosione. La forza e la resistenza alla corrosione dell’acciaio inossidabile martensitico sono ideali per applicazioni marine, industriali e mediche, mentre la sua versatilità può renderlo la soluzione a numerosi problemi.

Queste informazioni sono state ricavate, riviste e adattate da materiali forniti da Ulbrich Stainless Steels & Special Metals, Inc.

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