La famiglia dell'acciaio è enorme e comprende molteplici leghe. Tra queste, potresti aver sentito parlare dell'acciaio inossidabile, una lega ampiamente utilizzata in edilizia e applicazioni domestiche. Altrettanto popolare è l'acciaio per utensili nel settore manifatturiero, specialmente nei settori della lavorazione meccanica.
Ora, in questo articolo, ci proponiamo di confrontare questi due tipi di acciaio in base alla loro composizione e alle loro proprietà meccaniche. L'idea è di rivelare quanto siano distinti i due tipi, così puoi facilmente scegliere la scelta giusta per le tue esigenze.
Cos'è l'acciaio per utensili?
L'acciaio per utensili è un acciaio legato al carbonio ingegnerizzato con durezza, resistenza all'usura e tenacità eccezionali. I suoi elementi di lega sono tungsteno, molibdeno, vanadio e cromo, formare carburiQueste strutture fortemente legate sono completamente distribuite attraverso il reticolo e sono responsabili della sua durezza. L'acciaio per utensili, come suggerisce il nome, è stato realizzato principalmente per fabbricazione di utensili e stampiGrazie alla resistenza all'usura e alla capacità di mantenere un bordo affilato a temperature elevate, trova applicazioni negli utensili da taglio, ad esempio lame per seghe, frese per trapani, frese a candela, utensili da tornitura, coltelli, ecc.
Cos'è l'acciaio inossidabile?
L'acciaio inossidabile è una lega di acciaio con un minimo di Contenuto di cromo 10.5%, che ne modella interamente le caratteristiche fisiche e chimiche. Altri elementi di lega, come nichel, titanio e molibdeno, sono presenti anche in alcuni gradi di acciaio inossidabile. Questo acciaio è noto soprattutto per la sua eccellente resistenza alla corrosione and attrazione estetica. Quindi, il suo utilizzo è diffuso nelle applicazioni quotidiane. Nell'edilizia, è comune per corrimano e facciate. Nel settore automobilistico, è utilizzato per parti di scarico. Grazie alla biocompatibilità, è utilizzato anche in apparecchiature mediche e impianti. Le pentole sono un'altra applicazione popolare.
Acciaio per utensili vs acciaio inossidabile: 6 differenze
Lo scopo della panoramica dei materiali era di darvi una rapida occhiata alle migliori proprietà di ciascuna. Poiché entrambe le leghe includono gradi multipli, il nostro confronto si concentrerà sulle proprietà unificate all'interno di ciascuna famiglia, anche se cercheremo di considerare alcuni dei loro gradi più popolari nelle differenze.
1. Composizione chimica
La composizione chimica è ciò che definisce le caratteristiche distintive di ogni materiale. Gli acciai per utensili hanno vanadio, nichel, molibdeno e tungsteno come leghe. Ma non sono questi elementi, bensì la loro capacità di formare struttura in carburo in tutto il materialeQuesti carburi sono estremamente duri e migliorano la resistenza all'usura, la capacità di taglio e la longevità degli utensili.
Sebbene l'acciaio inossidabile abbia molteplici elementi di lega, l'elemento chiave è il cromo: almeno il 10.5% di Cr è presente in questa classe di metalli. Il cromo forma uno strato di ossido passivo sulla superficie. Questo strato agisce come uno scudo contro la corrosione, rigenerandosi quando viene danneggiato.
A differenza dell'acciaio per utensili, formazione di carburo in acciaio inox è minimoTuttavia, a causa dell'elevato contenuto di carbonio in alcuni acciai inossidabili, può verificarsi una precipitazione di carburo di cromo ai bordi dei grani. Questo fenomeno è chiamato sensibilizzazione. Ecco perché i gradi di acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio (ad esempio, 304L) sono preferiti in ambienti che richiedono resistenza alla ruggine.
Ecco una ripartizione dettagliata della composizione chimica dell'acciaio inossidabile e dell'acciaio per utensili:
| Acciaio per utensili (%) | Acciaio inossidabile (%) | |
|---|---|---|
| Carbonio (C) | 0.5 - 1.5 | < 0.08 (la maggior parte dei voti) |
| Cromo (Cr) | Normalmente fino a 5 (Alcuni gradi più alti, ~12 | 10.5 - 29 |
| Vanadio (V) | 0.1 - 2 | Raramente presente |
| Molibdeno (Mo) | Fino a 10 | 0 - 5 |
| Nichel (Ni) | Assente o minimo | 8 - 10 |
| Tungsteno (W) | Fino a 18 | Non comunemente incluso |
2. Processo di produzione
L'acciaio per utensili è realizzato con metodi controllati per ottimizzarne durezza, tenacità e resistenza all'usura. Ecco il percorso del processo:
- Le materie prime o gli scarti vengono inseriti in un forno ad arco elettrico (EAF) che controlla la miscelazione chimica.
- La raffinazione in siviera viene effettuata per rimuovere le impurità.
- L'acciaio fuso viene fuso in lingotti oppure fuso in continuo in forme semilavorate come billette o bramme.
- L'acciaio viene laminato a caldo o forgiato per ottenere le dimensioni e la struttura granulare desiderate.
- Possono essere eseguiti processi di trattamento termico (ricottura, tempra e rinvenimento).
La produzione di acciaio inossidabile si concentra sul raggiungimento di una resistenza alla corrosione e di una durevolezza superiori.
- Il processo inizia con la fusione di rottami di acciaio inossidabile o materie prime in un forno elettrico ad arco.
- Segue la raffinazione mediante decarburazione dell'ossigeno e dell'argon (AOD), in cui vengono iniettati gas ossigeno e argon per ridurre il contenuto di carbonio e raffinare la lega.
- L'acciaio viene colato in continuo in lastre, billette o blumi. Queste forme vengono sottoposte a laminazione a caldo per ridurre lo spessore e sono ulteriormente lavorate tramite laminazione a freddo per un dimensionamento preciso.
- Il trattamento termico viene eseguito per alleviare lo stress e migliorare la duttilità. La decalcificazione viene eseguita per le impurità superficiali.
- La passivazione viene applicata per rafforzare lo strato protettivo di ossido, migliorando la resistenza alla corrosione.
3. Gradi e tipi
L'acciaio per utensili e l'acciaio inossidabile appartengono alla famiglia principale degli acciai, ma possono essere suddivisi in più gruppi e gradi, in base alle rispettive proprietà e composizione.
Per l'acciaio per utensili, le classi si basano principalmente sul metodo di tempra. La tabella illustra i gradi di acciaio per utensili e le loro applicazioni.
| Qualità di acciaio per utensili | Caratteristiche | Applicazioni |
|---|---|---|
| Indurimento in acqua (W) | Alta durezza Minore tenacità Economico | Utensili manuali, utensili per la lavorazione del legno |
| Lavorazione a freddo (O, A, D) | Elevata resistenza all'usura Tenacità moderata Utilizzato a temperature operative più basse. | Matrici, punzoni, utensili per la formatura a freddo. |
| Lavoro a caldo (H) | Elevata stabilità termica Mantiene durezza e tenacità anche a temperature elevate. | Stampi per pressofusione, utensili per forgiatura a caldo, utensili per estrusione. |
| Alta velocità (M, T) | Mantiene il filo tagliente anche ad alte temperature. | Utensili da taglio come trapani, frese e maschi. |
| Antiurto (S) | Alta resistenza agli urti Resistenza all'usura moderata | Martelli, scalpelli, lame per cesoie, utensili a percussione. |
| Muffa (P) | Buona lavorabilità, lucidabilità e tenacità. | Stampi per iniezione di materie plastiche, stampi per pressofusione. |
Nel caso dell'acciaio inossidabile, la classificazione si basa sulla struttura metallurgica, sulla composizione e sul trattamento termico. La classe di acciaio inossidabile e le rispettive applicazioni sono elencate nella tabella.
| Gruppi in acciaio inossidabile | Caratteristiche | Applicazioni |
|---|---|---|
| Austenitico | Non magnetico Eccellente resistenza alla corrosione Buona saldabilità e duttilità | Attrezzature da cucina, applicazioni alimentari. |
| Ferritico | Magnetica Moderata resistenza alla corrosione Buona formabilità Costo inferiore | Rifiniture per auto, elettrodomestici, articoli decorativi. |
| Martensitici | Magnetica Trattabile termicamente Elevata resistenza e durezza Minore resistenza alla corrosione | Posate, strumenti chirurgici, cuscinetti. |
| Duplex | Equilibrio delle proprietà ferritiche e austenitiche. | Petrolio e gas, lavorazioni chimiche. |
| Indurimento delle precipitazioni | Molta forza Eccellente resistenza alla corrosione Induribile all'età | Applicazioni aerospaziali, automobilistiche e strutturali. |
4. Proprietà meccaniche
Le proprietà meccaniche differiscono anche a causa della loro diversa composizione chimica. Per i produttori, le proprietà che contano di più includono resistenza, durevolezza e durezza.
Abbiamo ripetutamente detto che gli acciai per utensili superano l'acciaio inossidabile in durezza (fino a 70 HRC) e resistenza all'usura. Quindi, il loro primo caso d'uso sono gli utensili da taglio. Offrono una grande resistenza, ma la loro natura fragile non li rende adatti per applicazioni puramente strutturali e portanti. Un altro motivo è la loro bassa resistenza alla corrosione.
D'altro canto, l'acciaio inossidabile porta sul tavolo un diverso set di resistenze. La maggior parte dei gradi di acciaio inossidabile non corrisponde alla durezza dell'acciaio per utensili, ma la durezza è leggermente superiore nei gradi martensitici (58 HRC). Inoltre, il modulo di Young e la sua natura relativamente duttile lo rendono adatto ad applicazioni strutturali e portanti.
La resistenza alla corrosione è ciò che distingue davvero l'acciaio inossidabile, grazie al suo contenuto di cromo (>10.5%). Crea uno strato protettivo di ossido che lo rende antiruggine e durevole. La seguente tabella presenta la nostra panoramica dettagliata delle proprietà meccaniche dei due metalli:
| Acciaio per utensili | Acciaio inossidabile | |
|---|---|---|
| Durezza | Alto (58–68 HRC) | Moderato (70–90 HRB); fino a 58 HRC (martensitico) |
| Resistenza alla trazione | Da 450 a 2500 MPa | 515–1300 MPa |
| duttilità | Basso (più fragile) | Elevata (buona duttilità) |
| Resistenza alla Corrosione | povero | Ottimo |
5. lavorabilità
Elevata resistenza e durezza significano problemi per gli utensili e sfide nella lavorazione, ma la maggior parte di essi sono lavorabili, tranne alcuni gradi. Ad esempio, l'acciaio per utensili D2 ha una valutazione di lavorabilità di circa il 27%, il che suggerisce che è più difficile da lavorare rispetto all'acciaio al carbonio standard. Tuttavia, il grado W1 è uno dei più facili da affrontare.
Anche l'acciaio inossidabile è difficile da lavorare, in particolare i gradi austenitici come il 316. La loro bassa conduttività termica, la natura duttile e l'incrudimento li rendono difficili. La valutazione della lavorabilità del grado 316 è di circa il 36%.
6. Prezzo
Il prezzo delle leghe si basa sugli elementi di lega e sul metodo di fabbricazione. In generale, l'acciaio per utensili è più costoso a causa del preciso processo di lega e del trattamento costoso. Mentre l'acciaio inossidabile è relativamente conveniente e uno dei motivi per cui è molto comune in ambito domestico. L'acciaio inossidabile 304 comunemente usato ha un prezzo di $ 0.66/libbra.
Acciaio per utensili o acciaio inossidabile: qual è il più adatto al tuo progetto?
Ora, si tratta di selezionare il materiale giusto per le tue esigenze. Abbiamo già descritto in dettaglio le proprietà e i gradi specifici sia dell'acciaio per utensili che dell'acciaio inossidabile. Per semplificare ulteriormente la decisione, delineiamo gli scenari in cui ogni materiale eccelle ed è più favorevole.
Scegli l'acciaio per utensili:
- Per applicazioni che comportano il taglio, la sagomatura o la formatura di materiali, come la produzione di utensili da taglio, matrici e stampi, dove è richiesta resistenza all'usura.
- Quando il lavoro comporta l'impiego di temperature elevate, ad esempio nei processi di pressofusione ed estrusione.
Seleziona acciaio inossidabile:
- Per progetti in cui aspetto e la facilità di pulizia sono importanti, come le facciate architettoniche, gli strumenti medici e le attrezzature per la lavorazione alimentare,
- Quando resistenza alla corrosione è necessario, ad esempio, in ambienti esterni esposti all'umidità o in apparecchiature esposte a sostanze chimiche.
- Impianti medici e strumenti chirurgici.
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