10 Proprietà meccaniche e fisiche dell'acciaio

Le proprietà meccaniche e fisiche dell'acciaio possono variare notevolmente a seconda della sua composizione e della percentuale di impurità (come il fosforo o lo zolfo).

In questo modo, quando si vogliono ottenere migliori proprietà meccaniche e fisiche sugli altri, l'acciaio può essere legato con cromo, cobalto, rame, molibdeno, nichel, azoto, selenio, tantalio, titanio, tungsteno o vanadio.

La composizione e le proprietà dell'acciaio variano ampiamente. L'acciaio in generale ha un contenuto di carbonio inferiore a quello trovato nel ferro e un numero inferiore di impurità rispetto a quello riscontrato in altri metalli.

In generale, le proprietà fisiche come la densità, la conduttività elettrica e termica non variano molto da una lega all'altra.

Tuttavia, le proprietà meccaniche come resistenza, duttilità e durezza dipendono molto dal tipo di lega e dalla composizione dell'acciaio.

Principali proprietà meccaniche dell'acciaio

1- Plasticità

È la capacità dell'acciaio di mantenere la sua forma dopo essere stato sottoposto a uno sforzo. Gli acciai che sono in lega con piccole percentuali di carbonio, sono più di plastica.

2- Fragilità

La fragilità è la facilità con cui l'acciaio può essere rotto quando sottoposto a uno sforzo. Quando l'acciaio è legato, con un'alta percentuale di carbonio, tende ad essere più fragile.

3- Malleability

La malleabilità è la struttura che ha l'acciaio da laminare. In questo modo, alcune leghe di acciaio inossidabile tendono ad essere più malleabili di altre.

4- Durezza

La durezza è la resistenza che si oppone a un metallo contro gli agenti abrasivi. Maggiore è il carbonio aggiunto a una lega di acciaio, più difficile sarà (Kailas, nd)

5- Tenacia

Tenacia è il concetto che denota la capacità dell'acciaio di resistere all'applicazione di una forza esterna senza rottura.

Nel caso dell'acciaio con una media concentrazione di carbonio, la tenacia tende ad essere più elevata (Capitolo 6. Proprietà meccaniche dei metalli, 2004).

Principali proprietà fisiche dell'acciaio

1- Corpo

Includono le proprietà relative al peso dell'acciaio, il suo volume, massa e densità.

2- Termico

Si riferisce a tre aspetti fondamentali dell'acciaio: la sua capacità di condurre la temperatura (conduzione), la sua capacità di trasferire calore (convezione) e la sua capacità di emanare raggi infrarossi nel mezzo (radiazioni).

3- Elettrico

Si riferiscono alla capacità dell'acciaio di condurre corrente elettrica.

4- Ottica

Queste proprietà nel caso dell'acciaio denotano la sua capacità di riflettere la luce o di emettere luminosità. Nella misura in cui l'acciaio inossidabile è legato con una percentuale più elevata di alluminio, avranno proprietà ottiche migliori.

5- Magnetico

Si riferisce alla capacità dell'acciaio di essere indotto o di indurre un campo elettromagnetico.

Maggiore è la percentuale di ferro nella lega d'acciaio, maggiore è la sua capacità di agire da calamita (Sandhyarani, 2016).

Tipi di acciaio

Diversi tipi di acciaio sono prodotti in base alla loro applicazione, quindi le proprietà meccaniche e fisiche di questi tipi di acciaio devono essere diverse.

In questo modo sono state create varie scale per classificare l'acciaio in base alle sue proprietà (elasticità, densità, punto di fusione, conducibilità termica, resistenza, durezza, tra gli altri).

Per fabbricare diversi tipi di acciaio, i produttori utilizzano diverse concentrazioni di altri metalli per produrre leghe.

Anche il processo di produzione e il modo in cui viene lavorato l'acciaio esercitano un'influenza significativa sul prodotto finale ottenuto.

Secondo l'American Iron and Steel Institute (AISI per l'acronimo inglese), l'acciaio può essere suddiviso in quattro gruppi principali, in base alla loro composizione chimica:

Acciaio al carbonio
Acciaio legato
Acciaio inossidabile
Acciaio per utensili

Proprietà dell'acciaio al carbonio

L'acciaio al carbonio è derivato dalla lega tra ferro e carbonio. Variando la percentuale di carbone, è possibile produrre acciai con qualità diverse. In generale, maggiore è la percentuale di carbone, più tenace e rigido sarà l'acciaio.

L'acciaio con una bassa percentuale di carbone è noto sul mercato come ferro battuto. Questo tipo di acciaio è facile da maneggiare in quanto è altamente plastico.

Per questo motivo è ampiamente utilizzato per produrre griglie, applicazioni decorative o lampioni.

L'acciaio con un tenore di carbonio medio è molto tenace, motivo per cui viene utilizzato per realizzare ponti o parti strutturali in grado di sopportare carichi enormi.

Da parte sua, l'acciaio con alto contenuto di carbonio viene utilizzato per realizzare cavi. Quando la percentuale di carbone è maggiore del ferro, parliamo di ghisa, che viene usata per fabbricare vasi e altri oggetti.

Sebbene questo ultimo tipo di acciaio sia piuttosto duro, è anche molto fragile (Materiali, 2014).

Proprietà dell'acciaio legato

L'acciaio legato è quello fabbricato con una piccola percentuale di uno o più metalli diversi dal ferro.

Quei metalli aggiunti alla lega hanno la capacità di cambiare le proprietà dell'acciaio.

Ad esempio, acciaio realizzato con ferro, cromo e nichel risulta in acciaio inossidabile. Quando l'alluminio viene aggiunto a questa lega, il risultato è più malleabile e uniforme nell'aspetto.

Quando vengono aggiunte leghe di manganese, possono raggiungere una resistenza e una durezza eccezionali.

Proprietà dell'acciaio inossidabile

L'acciaio inossidabile contiene tra il 10 e il 20% di cromo, un fattore che gli consente di essere altamente resistente alla corrosione e all'ossidazione.

Quando l'acciaio contiene 11% di cromo, è circa 200 volte più resistente alla corrosione rispetto all'acciaio che non contiene cromo. Ci sono tre gruppi di acciaio inossidabile:

Acciaio austenitico : è quello che ha una più ampia concentrazione di cromo e una piccola percentuale di nichel e carbonio.

È comunemente usato per la lavorazione degli alimenti e tubi. È facile da riconoscere, perché non è magnetico.

Acciaio ferritico : è il tipo di acciaio che contiene circa il 15% di cromo, ma solo poche tracce di carbone e altri metalli come il molibdeno, l'alluminio o il titanio.

Questo tipo di acciaio è magnetico, molto duro e resistente. Può essere indurito quando si lavora a freddo.

Acciaio martensitico : è uno che contiene quantità moderate di cromo, nichel e carbonio. È altamente magnetico e trattabile alle alte temperature.

L'acciaio martensitico è comunemente usato per realizzare utensili da taglio come coltelli e attrezzature chirurgiche.