Lo scopo del ricottura di sferoidizzazione è migliorare la capacità di deformazione a freddo degli acciai a medio tenore di carbonio e degli acciai legati.
Tuttavia, durante il controllo in loco dei materiali, si tende spesso a considerare il “tasso di sferoidizzazione” come l’unico parametro. Finché il tasso di sferoidizzazione e la durezza risultano conformi, si ritiene che il materiale sia sicuramente adatto alla stampaggio a freddo.
Nella pratica produttiva, però, non sempre è così.
Per uno stesso grado di acciaio, con durezze simili e identici tassi di sferoidizzazione, alcuni materiali sono facili da stampare e da formare; altri, invece, mettono sotto maggiore sforzo le macchine, rendono difficile il riempimento delle zone più complesse e, dopo una produzione continua, mostrano più facilmente fluttuazioni nel carico e nelle dimensioni.
La chiave sta nel seguente principio:
A parità di tasso di sferoidizzazione, non significa che lo stato microstrutturale sia identico, né tantomeno che le prestazioni allo stampaggio a freddo siano uguali.
I. Il tasso di sferoidizzazione è solo una parte della valutazione microstrutturale
L’obiettivo principale della ricottura di sferoidizzazione è trasformare i carburi presenti nell’acciaio, che si trovano in forme sfavorevoli come lamelle o catene, attraverso processi di frammentazione, dissoluzione, ri-precipitazione e coalescenza, fino a ottenere carburi granulari o quasi sferici, dispersi nella matrice ferritica.
In questo processo cambiano principalmente la morfologia, le dimensioni e la distribuzione dei carburi.
Di conseguenza, per valutare la microstruttura sferoidizzata non basta considerare un semplice valore percentuale: occorre prendere in esame almeno tre aspetti:
- Morfologia: i carburi sono rotondeggianti? Restano tracce di morfologie lamellari, filamentose o reticolari?
- Dimensioni: i grani sono troppo fini e troppo fitti? Sono presenti carburi localmente grossolani?
- Distribuzione: i carburi sono uniformemente distribuiti? La superficie, la zona intermedia del raggio e il cuore presentano caratteristiche coerenti?
È particolarmente importante notare quanto segue:
I carburi non sono migliori quando sono più fini, né peggiori quando sono più grossolani.
Grani troppo fini e troppo fitti possono aumentare la resistenza alla deformazione del materiale; mentre carburi localmente grossolani o aggregati in gruppi possono causare disomogeneità nella deformazione.
A influenzare direttamente le prestazioni allo stampaggio a freddo è la combinazione tra dimensione dei carburi, distanza intergranulare e stato di distribuzione.
II. A parità di tasso di sferoidizzazione, lo stato della ferrite può comunque differire
La microstruttura sferoidizzata non comprende soltanto i carburi.
Durante il processo di stampaggio a freddo, i carburi influenzano la deformazione del materiale, mentre la matrice ferritica assolve al compito principale di garantire la fluidità plastica.
Le dimensioni dei grani ferritici, il grado di rammollimento raggiunto, la presenza di indurimento residuo da lavorazione e l’uniformità microstrutturale incidono tutti sulla facilità di stampaggio a freddo del materiale.
Persino utilizzando procedimenti di ricottura di sferoidizzazione molto simili, se la microstruttura originaria dell’acciaio dopo la laminazione a caldo è diversa, anche il risultato finale della sferoidizzazione e il livello di ammorbidimento della matrice potrebbero differire.
Pertanto, anche se due immagini metallografiche appaiono simili, la reale capacità di scorrimento del materiale nello stampo può comunque presentare differenze.
III. Un campo visivo non può rappresentare l'intera sezione
Se si sceglie solo una posizione e un campo visivo per scattare la fotografia metallografica, è molto probabile che non si riescano a individuare aggregazioni locali, distribuzioni a bande o perlite residua.
La conformità di una singola posizione non garantisce che l'intera sezione sia completamente omogenea; analogamente, la conformità di una singola sezione non dimostra che l'intero rotolo di materiale sia privo di variazioni.
Per una valutazione più professionale, occorre considerare:
- le differenze microstrutturali tra lo strato superficiale, la zona centrale del raggio e il cuore;
- se le diverse porzioni del rotolo presentano uniformità;
- se esiste una correlazione tra i tratti normali e quelli anomali.
Questo spiega perché, anche quando la certificazione del materiale e una singola foto metallografica risultano conformi, in cantiere possono comunque verificarsi problemi durante la testatura.
IV. Durezza simile, allora perché alcuni pezzi si lavorano bene e altri no?
La durezza è importante, ma rappresenta soltanto il risultato di misurazioni effettuate in posizioni limitate.
La testatura a freddo comporta deformazioni plastiche continue e significative. Il materiale deve non solo avviare la propria deformazione, ma anche sopportare, nelle fasi successive, incrementi crescenti della deformazione e dell'indurimento da lavorazione.
Pertanto, anche con due forniture di materiale dalla durezza simile, la prima fase di lavorazione potrebbe mostrare prestazioni analoghe; tuttavia, man mano che si passa alle fasi con elevati livelli di deformazione o con formatura complessa, carichi, riempimento e aumento della temperatura dello stampo possono evidenziare progressivamente differenze sempre più marcate.
Tuttavia, se la macchina incontra difficoltà nel processo, non si può immediatamente attribuire il problema al materiale.
Anche lo stato degli stampi, l'alimentazione del lubrificante, la rigidità dell'impianto, l'assialità e la temperatura raggiunta durante la produzione continua influiscono sui carichi effettivi.
V. Occorre infine verificare la corrispondenza tra microstruttura e condizioni reali
Per stabilire se una microstruttura sferoidizzata sia adatta alla testatura a freddo, non basta considerare il solo grado di sferoidizzazione, la durezza o una singola immagine metallografica.
Una valutazione più efficace consiste nell'integrare le seguenti informazioni:
- la distribuzione della microstruttura e della durezza;
- le differenze tra le porzioni normali e quelle anomale;
- le variazioni dei carichi sulle attrezzature di testatura;
- il riempimento del prodotto, le dimensioni e l'aumento della temperatura dello stampo;
- la fase, il momento e la porzione del rotolo in cui si manifestano le anomalie.
L'effettiva qualità della microstruttura va infine verificata osservando il comportamento del materiale durante la sua deformazione all'interno dello stampo.
Punto di vista dell'ingegnere
Il grado di sferoidizzazione è un indicatore importante per valutare la microstruttura sferoidizzata, ma non costituisce la risposta definitiva alle prestazioni in testatura a freddo.
A determinare se un materiale si presta bene alla testatura sono soprattutto la morfologia, le dimensioni e la distribuzione delle carburi, lo stato della matrice ferritica, l'uniformità della sezione e del rotolo, nonché la corrispondenza tra il materiale e il processo produttivo reale.
Perciò, nel capitolo quarto ricordiamo semplicemente una frase:
Il grado di sferoidizzazione riflette solo parte della microstruttura; per stabilire se un materiale si presta bene alla testatura, occorre valutarne la capacità reale di deformarsi nella sua interezza.
Se il grado di sferoidizzazione e la durezza risultano conformi, ma il materiale continua a essere difficile da testare, ripetere i controlli nella stessa posizione generalmente non serve. È necessario individuare la reale corrispondenza tra le differenze microstrutturali, le porzioni di materiale e le anomalie riscontrate in cantiere.