L'acciaio inossidabile è utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni grazie alla sua versatilità. L'elevata resistenza alla trazione, alla corrosione e alla ruggine lo rende un elemento fondamentale della prototipazione rapida. Per lavorare con l'acciaio inossidabile, è fondamentale comprenderne tutte le proprietà. Pertanto, è necessaria una guida alla selezione dei materiali in acciaio inossidabile che descriva i diversi tipi di acciaio inossidabile, le loro qualità, i loro gradi e i loro utilizzi.
Per semplificare le cose, questo articolo ti aiuterà a scegliere il giusto materiale in acciaio inossidabile. Illustra dettagliatamente i diversi gradi di acciaio inossidabile, il suo funzionamento e i diversi tipi di acciaio inossidabile che puoi utilizzare per il tuo progetto. Ti darà anche un'idea di come scegliere il giusto grado di acciaio inossidabile per una prototipazione rapida.
Sommario
Cos'è l'acciaio inossidabile?
Proprietà dei materiali in acciaio inossidabile
Gli elementi metallici che compongono l'acciaio inossidabile svolgono un ruolo importante nelle sue proprietà chimiche e meccaniche. Per questo motivo, è un materiale fondamentale nei metodi di produzione di prototipazione rapida, come la lavorazione CNC e la lavorazione della lamiera. Le qualità dell'acciaio inossidabile dipendono dal grado di acciaio inossidabile che si desidera utilizzare. Tuttavia, di seguito sono riportate alcune proprietà generali dell'acciaio inossidabile che si applicano a tutti i gradi di acciaio che si possono utilizzare.
Resistenza alla corrosione
L'acciaio inossidabile contiene cromo, che lo rende altamente resistente alla corrosione. Questa è una delle proprietà più importanti dell'acciaio e lo rende utile in molti processi di prototipazione rapida, come la lavorazione CNC. L'acciaio inossidabile può anche resistere a condizioni chimiche e atmosferiche aggressive grazie al modo in cui gli elementi sono miscelati.
Elevata resistenza alla trazione
Un'altra caratteristica importante dell'acciaio inossidabile è la sua elevata resistenza alla trazione. Per questo motivo, l'acciaio inossidabile è un materiale eccellente per realizzare oggetti in grado di sopportare pressione e peso.
Forza e tenacia
L'acciaio inossidabile resiste all'attrito e agli urti anche in ambienti difficili. È inoltre in grado di sopportare l'energia e non si crepa né si rompe se sottoposto a pressione.
Duttilità
L'acciaio inossidabile è altamente duttile e quindi può resistere alle sollecitazioni del processo di produzione senza deformarsi. Inoltre, l'acciaio inossidabile è un metallo duro e disperde rapidamente il calore. È quindi difficile da tagliare o modellare senza gli utensili giusti. Se è necessaria una rilavorazione, può causare danni e sprechi di pezzi.
Vantaggi dell'acciaio inossidabile
L'acciaio inossidabile è utilizzato in numerose applicazioni grazie alle sue molteplici proprietà utili. Di seguito sono elencati alcuni dei motivi per cui l'acciaio inossidabile viene utilizzato in diversi settori.
- Resistenza alla corrosionePoiché l'acciaio inossidabile è una lega, il cromo lo rende resistente alla ruggine. Pertanto, l'acciaio inossidabile può essere utilizzato per realizzare oggetti resistenti al cloro, agli alcali e agli ambienti acidi senza arrugginire. Diversi gradi di acciaio inossidabile come 416, 316, 440, 2205, ecc. presentano un'eccellente resistenza alla corrosione.
- Resistenza alla trazione. Gli acciai inossidabili come il grado 416 e il grado 431 hanno una resistenza alla trazione superiore rispetto ad altri metalli. Questo perché possono sopportare pesi e sollecitazioni maggiori anche a temperature molto alte o molto basse.
- Facilità di manutenzione. L'acciaio inossidabile è facile da manutenere dopo la produzione, pertanto il suo valore a lungo termine è superiore al costo iniziale.
- Resistente al calore. Gli acciai inossidabili come il 2205 e il 416 sono resistenti alle incrostazioni causate dalle alte temperature. Pertanto, sono più adatti alla realizzazione di oggetti esposti a temperature estreme.
Svantaggi dell'acciaio inossidabile
Tuttavia, l'acciaio inossidabile presenta alcuni problemi, sebbene le sue proprietà lo rendano utile in molte situazioni. Ecco alcuni degli svantaggi dell'utilizzo dell'acciaio inossidabile nel tuo prossimo lavoro.
- Costoso. L'acciaio inossidabile contiene elementi di lega aggiuntivi come nichel e cromo. Questo lo rende più costoso rispetto ad altri tipi di acciaio. Questi elementi sono la chiave della resistenza dell'acciaio inossidabile alla ruggine. A causa del modo in cui viene lavorato, anche il trattamento superficiale e la lucidatura sono costosi.
- Facile sporcarsi. I prodotti in acciaio inossidabile si sporcano facilmente, il che ne riduce l'attrattiva.
- Difficile da realizzare. La fabbricazione può essere molto complessa a seconda del tipo di acciaio inossidabile utilizzato. Pertanto, è importante conoscere le diverse qualità di acciaio inossidabile prima di scegliere quello giusto.
Diversi tipi di acciaio inossidabile
Prima di scegliere il grado di acciaio inossidabile per il tuo progetto, è necessario comprendere le diverse tipologie di acciaio inossidabile. Ogni tipo di acciaio inossidabile ha proprietà diverse. Pertanto, in alcuni casi rappresentano una buona scelta. Di seguito sono riportati i principali tipi di acciaio inossidabile e le relative classificazioni.
Acciaio inossidabile ferritico
Gli acciai inossidabili ferritici sono comunemente utilizzati nei progetti edili perché sono più resistenti di altri tipi di acciaio. Hanno la stessa struttura cristallina cubica a corpo centrato (CBC) del ferro puro o dell'acciaio al carbonio e contengono più ferro e cromo, oltre a piccole quantità di altri metalli.
A causa della loro struttura, gli acciai inossidabili ferritici non possono essere temprati mediante riscaldamento. L'acciaio inossidabile ferritico è anche meno costoso. Quando l'aspetto non è importante, l'acciaio inossidabile ferritico è una buona scelta.
Nei diversi tipi di acciaio ferritico si possono trovare elementi metallici come nichel, manganese, silicio, fosforo, zolfo e titanio. Di seguito è riportato un elenco dei gradi di acciaio inossidabile più comuni realizzati con acciai ferritici:
- Grado 409. Questo acciaio inossidabile non arrugginisce a temperature estreme e ha buone proprietà meccaniche. Viene utilizzato principalmente nei tubi di scarico delle automobili e negli edifici esposti ad alte temperature, ecc.
- Grado 416. Questo tipo di acciaio ferritico è particolarmente adatto alla lavorazione meccanica. Viene quindi utilizzato nella produzione di parti filettate, dadi, alberi per pompe e motori, valvole e ingranaggi.
- Grado 430. L'acciaio inossidabile ferritico di grado 430 è meno soggetto a ruggine. È anche resistente al calore e all'ossidazione. Pertanto, questo tipo di acciaio inossidabile è comunemente utilizzato nella produzione di prodotti alimentari e per la casa.
Acciai inossidabili austenitici
Uno dei tipi di acciaio più noti sul mercato è l'acciaio inossidabile austenitico, come l'acciaio inossidabile 316. Presentano una struttura cristallina cubica a facce centrate (FCC) e contengono elevate quantità di nichel e cromo. Di conseguenza, presentano un'eccellente resistenza alla corrosione e sono amagnetici, soprattutto dopo la ricottura.
Grazie all'elevata quantità di nichel e alla maggiore resistenza dopo la lavorazione a freddo, gli acciai inossidabili austenitici sono adatti anche alle basse temperature. Inoltre, possono essere utilizzati nell'industria alimentare e manifatturiera. Di seguito sono riportati tre acciai inossidabili austenitici comunemente utilizzati e i loro impieghi.
- Grado 316. Il grado 316 è disponibile in due tipologie: 316 e 316 L. Entrambe le tipologie sono facili da lavorare. Pertanto, possono essere utilizzate nell'industria alimentare e in quella della produzione di energia per la produzione di prodotti tramite tecniche di prototipazione rapida.
- Grado 304. Probabilmente vi imbatterete in questo tipo di acciaio inossidabile. I suoi materiali non ferrosi sono nichel e cromo. Per questo motivo, viene utilizzato per realizzare oggetti che possono essere utilizzati in ambienti con acqua salata. Viene utilizzato per realizzare elementi di fissaggio, tubi e congelatori utilizzati nell'industria alimentare.
- Grado 310Questo acciaio inossidabile può essere molto resistente alle alte temperature. Viene utilizzato come materiale criogenico nei serbatoi di combustione perché è molto resistente al calore e alle incrostazioni. Grazie a questa caratteristica, trova altri utilizzi.
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Acciai inossidabili martensitici
Gli acciai inossidabili martensitici contengono elevate quantità di carbonio (da 0,1% a 0,12%) e cromo (da 10,5% a 18%) e sono magnetici. A causa del loro elevato contenuto di carbonio, questi acciai inossidabili richiedono riscaldamento e raffreddamento per temprarsi.
Di conseguenza, possono essere utilizzati in applicazioni in cui sono richieste la robustezza, la resistenza e la lavorabilità dell'acciaio inossidabile. Esistono molti tipi di acciaio inossidabile martensitico. Di seguito sono riportati alcuni dei più comunemente utilizzati nella prototipazione rapida.
- Grado 431. Tra gli acciai inossidabili martensitici di cui parliamo qui, il grado 431 è il meno soggetto a ruggine. Dopo un trattamento termico, come la tempra, diventa duro e molto resistente alla corrosione. Per questo motivo, viene spesso utilizzato per realizzare componenti destinati all'uso in acqua dolce.
- Grado 440. L'acciaio di grado 440 è disponibile in tre varianti: 440a, 440b e 440c. Sono realizzati in acciaio duro ad alto tenore di carbonio, trattato termicamente per renderlo robusto e resistente all'usura. Inoltre, non sono danneggiati da acidi, alcali o acqua. Pertanto, possono essere utilizzati in scenari che comportano tali condizioni.
- Grado 416. Se si desidera lavorare l'acciaio inossidabile, il grado 416 è uno dei migliori (con una lavorabilità di circa 85%). È quindi un materiale importante per la produzione di alberi motore, viti, dadi, bulloni, ingranaggi e valvole.
Acciaio inossidabile duplex
L'acciaio inossidabile duplex è un nuovo tipo di acciaio inossidabile costituito principalmente da quantità uguali di elementi di ferrite e austenite. Questa miscela presenta un'elevatissima resistenza meccanica e alla corrosione, in particolare alla corrosione da cloruri.
Sono anche resistenti alle sollecitazioni perché contengono alti livelli di cromo e molibdeno e bassi livelli di nichel. Questo li rende due volte più resistenti rispetto ad altri tipi di acciaio. Gli acciai duplex sono convenienti e sono comunemente utilizzati in applicazioni offshore, edilizie e di costruzione. Gli acciai duplex sono disponibili in due diverse qualità:
- Grado 2304. L'acciaio inossidabile 2304 è apprezzato perché non arrugginisce ed è molto resistente. È migliore dell'acciaio inossidabile 316 perché non contiene molibdeno. È un materiale popolare per la produzione di articoli per l'industria alimentare e delle bevande.
- Grado 2205. L'acciaio inossidabile di grado 2205 possiede le proprietà sia dell'acciaio inossidabile ferritico che di quello austenitico. È altamente resistente alla ruggine grazie all'elevato contenuto di molibdeno e cromo.
Acciaio inossidabile temprato per precipitazione
Gli acciai inossidabili temprati per precipitazione sono acciai inossidabili austenitici o martensitici. Possono anche essere trattati termicamente per renderli facili da lavorare, magnetizzabili e molto resistenti. I gradi di acciaio inossidabile possono essere differenziati in base al contenuto di nichel e cromo. Di seguito sono riportati alcuni gradi comuni di acciaio inossidabile temprati per precipitazione.
- 17-4PH (17% cromo, 4% nichel)Questo acciaio inossidabile contiene cromo 17% e nichel 4%. Grazie alla sua elevata resistenza alla corrosione, può essere utilizzato in numerose applicazioni alimentari. Viene utilizzato anche per lavorazioni CNC più grandi applicazioni, come la fabbricazione di pale per motori di aeromobili o di altre parti meccaniche.
- 15-5 PH (15% cromo, 5% nichel). Il cromo 15% e il nichel 5% costituiscono questo tipo di acciaio inossidabile, che presenta le stesse proprietà inossidabili di questi due materiali. Può essere utilizzato per realizzare molti oggetti, come componenti di aeroplani, valvole, ingranaggi, alberi, componenti di pozzi petroliferi e componenti di reattori nucleari.
Come scegliere il giusto grado di acciaio inossidabile
Esistono diversi tipi di acciaio inossidabile. Per questo motivo, offre una varietà di opzioni di partenza. Tuttavia, può essere difficile scegliere il grado di acciaio inossidabile corretto per il proprio progetto. Pertanto, questa sezione fungerà da guida alla selezione dei materiali in acciaio inossidabile, illustrando i diversi fattori che vi aiuteranno a decidere quale grado di acciaio inossidabile utilizzare.
Considerare il processo di saldatura
Gli acciai inossidabili austenitici sono adatti a qualsiasi processo che richieda la produzione di acciaio inossidabile ben saldabile. Questo perché contengono poco carbonio.
È possibile saldare anche acciai inossidabili ferritici come il 409 e il 430. L'acciaio martensitico, invece, non è adatto alla saldatura perché è debole, si rompe facilmente e si crepa frequentemente.
Considerare la formabilità
Gli acciai austenitici come il 316 e il 304 e gli acciai ferritici come il 430 e il 409 sono ottime scelte per i processi che richiedono acciai inossidabili facili da formare. Gli acciai inossidabili martensitici sono meno fragili e difficili da formare.
Resistenza alla corrosione
Tra i diversi tipi di acciaio inossidabile, l'acciaio inossidabile austenitico è altamente resistente alla corrosione. Questo perché contiene elevate quantità di cromo e molibdeno. Può essere utilizzato all'esterno poiché l'acciaio inossidabile non è influenzato dagli agenti atmosferici e da altri fattori. Ferritico e martensitico sono più economici dell'austenitico in termini di resistenza alla corrosione.
Trattabilità termica
Il trattamento termico è un fattore importante da considerare nella scelta del grado di acciaio inossidabile più adatto a un progetto. 17-4 PH, la martensite può essere trattata termicamente. Tuttavia, gli acciai austenitici e ferritici non possono resistere alle alte temperature associate al trattamento termico.
Proprietà meccaniche
Le proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile sono ovviamente molto importanti nella scelta del tipo di acciaio più adatto. Prima di effettuare la scelta, è necessario considerare fattori come temperatura, resistenza, tenacità, duttilità ed estensibilità.
Efficacia in termini di costi e disponibilità
La qualità è fondamentale nella scelta del grado giusto. È possibile scegliere un grado facile da reperire, meno soggetto a corrosione, meno costoso e di buona qualità. L'acciaio austenitico è una buona scelta in termini di qualità, ma è più difficile da trovare perché più costoso rispetto ad altri tipi di acciaio.
Usi e applicazioni comuni dell'acciaio inossidabile
Molti settori industriali utilizzano l'acciaio inossidabile in modi diversi. Ecco alcuni dei modi in cui l'acciaio inossidabile viene utilizzato nei prodotti di prototipazione rapida.
Industria alimentare
Utensili da cucina come lavelli, posate, piatti e vassoi sono realizzati in acciaio inossidabile. Può essere utilizzato in questo settore perché non arrugginisce, non si corrode e non consente la proliferazione di microrganismi.
Campo medico
Il settore medico è un'area importante in cui l'acciaio inossidabile viene utilizzato. In questo caso, l'acciaio inossidabile può essere utilizzato per realizzare strumenti chirurgici. Ad esempio, può essere utilizzato negli impianti chirurgici per riparare fratture ossee e per impiantare strumenti.
Industria aerospaziale e automobilistica
Parti di aerei e automobili sono realizzate in acciaio inossidabile, un materiale importante. L'acciaio inossidabile può essere utilizzato in questi settori, purché venga prodotto correttamente e con precisione.
Altri settori
L'acciaio inossidabile può essere utilizzato anche in altri modi, come per la produzione di utensili da cucina e prodotti per l'illuminazione. Come potete vedere, l'acciaio inossidabile è molto versatile, il che è importante per la fabbricazione di prototipi rapidi, come la lavorazione CNC.
Conclusione
I materiali in acciaio inossidabile sono molto importanti nella produzione. La scelta dell'acciaio inossidabile da utilizzare dipende da molti fattori, come il grado e le proprietà dell'acciaio inossidabile. Questo articolo vi aiuterà a comprendere appieno questo aspetto spiegandovi come scegliere il materiale in acciaio inossidabile più adatto. Illustra i diversi tipi di acciaio inossidabile, i loro gradi e le loro caratteristiche. Fornisce inoltre indicazioni su come scegliere l'acciaio più adatto alle vostre esigenze.
Domande frequenti
Perché l'acciaio inossidabile non arrugginisce?
Le proprietà antiruggine dell'acciaio inossidabile derivano dalle proprietà dei metalli che lo compongono. Grazie alla presenza di elementi come il cromo, l'acciaio inossidabile possiede un'eccellente resistenza alla corrosione.
Qual è il miglior acciaio inossidabile?
A seconda delle esigenze e della posizione, l'acciaio inossidabile grado 316 è altamente resistente alla corrosione e rappresenta la scelta migliore in caso di esposizione a cloro, sostanze chimiche e ambiente.
Quanto dura l'acciaio inossidabile?
La durata dell'acciaio inossidabile è relativa, poiché dipende da come e dove viene utilizzato e dagli elementi che lo compongono. Normalmente, la durata dell'acciaio inossidabile varia da 20 anni a oltre 1.000 anni.