Materiali in lamiera: Tipi e classificazioni spiegati
Questo articolo si addentra nell'affascinante mondo dei materiali in lamiera, esplorandone i tipi e le classificazioni. Scoprite come scegliere il...
Esistono molti tipi di materiali utilizzati nella produzione e nella lavorazione delle lamiere, ma le specifiche si concentrano principalmente sui materiali in fogli e profili. I materiali non metallici più comuni includono cartone, cartone di bachelite, cartone di gomma, cartone di plastica, cartone composito, ecc. Il cartone di gomma ha buone proprietà di elasticità, resistenza all'usura, resistenza alle basse temperature e isolamento e può essere utilizzato come materiale elastico, materiale di tenuta e materiale per lo smorzamento delle vibrazioni, ecc.
Grazie all'elevata resistenza, alla buona plasticità, alla tenacità e alla resistenza all'usura, i pannelli di tecnopolimeri possono sostituire i metalli nella produzione di parti in lamiera, in particolare quelli con un'elevata resistenza specifica (il rapporto tra la resistenza alla trazione e la densità), come i materiali plastici rinforzati con fibre di vetro, che possono superare di gran lunga la resistenza specifica dei metalli e sono ampiamente utilizzati nella produzione di parti strutturali in lamiera per ridurre il peso.
Inoltre, la maggior parte dei tecnopolimeri ha una buona resistenza alla corrosione di sostanze come acidi, alcali e sali. Tra questi, il politetrafluoroetilene e il cloruro di polivinile rigido hanno un'eccellente resistenza agli acidi e agli alcali forti, per cui possono essere utilizzati per realizzare parti resistenti alla corrosione chimica, rivestimenti resistenti alla corrosione, parti di scambiatori di calore, tubazioni chimiche e gomiti, ecc.
La Tabella 1 elenca i nomi, i gradi, le proprietà e le applicazioni dei comuni pannelli in materiale non metallico.
Tabella 1 Nomi, gradi, proprietà e applicazioni dei pannelli in materiale non metallico
| Nome del materiale | Grado | Proprietà e descrizione | Applicazione |
| Pannello in gomma amianto resistente agli oli | NBR | Realizzato in gomma nitrilica sintetica, con buona resistenza all'olio, spessore di 0,4～3,0 mm. | Utilizzato per guarnizioni di tenuta in prodotti in lamiera, come oleodotti, serbatoi di stoccaggio dell'olio Anelli di tenuta, ecc. |
| Pannello in gomma resistente agli acidi e agli alcali | SBR2030 SBR2040 | Realizzato in gomma stirene-butadiene, con resistenza al freddo, alle medie temperature e all'invecchiamento, ecc. | Utilizzato per guarnizioni di tenuta che lavorano a -30～60℃, con una frazione volumetrica di soluzione acida e alcalina 20% |
| Pannello in gomma resistente all'olio | NBR3001 NBR3002 | Realizzato in gomma nitrilica, con una buona resistenza all'olio | Utilizzato per guarnizioni che lavorano a determinate temperature di olio motore, olio per trasformatori, benzina, ecc. Soluzioni organiche |
| Pannello in gomma resistente al calore | SBR4001 SBR4002 | Realizzato in gomma stirene-butadiene, con resistenza al freddo, alle alte temperature e all'invecchiamento, ecc. | Utilizzato per guarnizioni e cuscinetti termoisolanti che lavorano a -30～100℃, con aria calda a bassa pressione e vapore. |
| Pannello fenolico laminato | PF3302-1 PF3302-2 | Realizzato in plastica fenolica laminata, ad alta resistenza, buona resistenza agli urti e all'usura. | Utilizzati come parti strutturali per le pastiglie dei freni delle automobili, le scatole degli interruttori elettrici, le custodie dei telefoni, ecc. |
| Pannello in politetrafluoroetilene | F-4-13 | Buona resistenza alla corrosione di acidi e alcali forti, eccellente riduzione dell'attrito e autolubrificazione, in grado di sopportare temperature inferiori a 250℃. | Utilizzato per il rivestimento di contenitori contenenti sostanze corrosive, guarnizioni di tenuta per scambiatori di calore, ecc. |
| Vetro organico industriale | PC | Il PC è un policarbonato, noto come "metallo trasparente", con un buon isolamento elettrico e una buona resistenza agli agenti atmosferici, ecc. | Utilizzato per strumenti in vetro organico trasparente che lavorano a temperature di -60～120℃, ecc. |
| Feltro piatto industriale | 112-44 232-36 | Spessore di 1～40 mm, 112-44 indica il feltro bianco fine, 232-36 indica il feltro grigio grosso | Utilizzati come cuscinetti di tenuta, di prevenzione delle perdite d'olio, di smorzamento delle vibrazioni e di ammortizzazione per le strutture in lamiera, selezionando feltri fini, grossolani o semi-grossi a seconda delle necessità. |
Sebbene i materiali non metallici siano ampiamente utilizzati per le strutture in lamiera, i materiali metallici sono ancora i più utilizzati nelle strutture in lamiera. produzione di lamiere e lavorazione, che si dividono in materiali metallici ferrosi e non ferrosi.
I. Materiali ferrosi
I materiali ferrosi sono leghe ferro-carbonio con il ferro come matrice. In genere, le leghe ferro-carbonio con una frazione di massa di carbonio superiore a 2,11% sono chiamate ghisa, mentre quelle con una frazione di massa di carbonio inferiore a 2,11% sono chiamate acciaio. I materiali ferrosi comprendono principalmente acciaio al carbonio, acciaio legato, ghisa e acciaio fuso.
Esistono molti metodi di classificazione per l'acciaio, che può essere classificato in base al metodo di fabbricazione, alla qualità dell'acciaio, alla composizione chimica o in base alle diverse strutture metallografiche e agli usi. Considerando questi fattori in modo completo, l'acciaio può essere classificato in generale come mostrato nella Figura 1.
I più comunemente utilizzati nei prodotti in lamiera sono l'acciaio strutturale a basso tenore di carbonio, l'acciaio strutturale a bassa lega e l'acciaio strutturale a prestazioni speciali. La composizione, le prestazioni, le specifiche e il campo di applicazione di ciascun tipo di acciaio sono presentati di seguito.
1. Acciaio strutturale a basso tenore di carbonio
L'acciaio strutturale a basso tenore di carbonio può essere abbreviato in acciaio a basso tenore di carbonio. In base alla frazione di massa di impurità nocive come zolfo e fosforo, può essere suddiviso in acciaio a basso tenore di carbonio ordinario, acciaio a basso tenore di carbonio di alta qualità e acciaio a basso tenore di carbonio di alta qualità; in base allo stato di laminazione, può essere suddiviso in lamiere laminate a caldo e a freddo; in base allo stato di trattamento successivo alla laminazione, può essere suddiviso in acciaio a basso tenore di carbonio ordinario e acciaio a basso tenore di carbonio rivestito. L'acciaio a basso tenore di carbonio viene solitamente numerato in base alla composizione e alla qualità.
La frazione di massa dello zolfo nell'acciaio ordinario a basso tenore di carbonio S è ≤0,055%, mentre la frazione di massa del fosforo P è ≤0,045%. Il suo grado può riflettere le proprietà meccaniche; la frazione di massa di zolfo e fosforo nell'acciaio a basso tenore di carbonio di alta qualità S, P è ≤0,040%; mentre la frazione di massa di zolfo nell'acciaio a basso tenore di carbonio di alta qualità S è ≤0,030%, e il fosforo P è ≤0,035%. Il grado può riflettere la frazione di massa di carbonio, rappresentata da due cifre che indicano la frazione di massa media di carbonio. La classificazione e il metodo di numerazione degli acciai strutturali a basso tenore di carbonio sono riportati nella Tabella 2.
Tabella 2 Classificazione e metodo di numerazione degli acciai strutturali a basso tenore di carbonio
| Classificazione | Esempio | Spiegazione della numerazione |
| Acciaio strutturale ordinario a basso tenore di carbonio | Q235AF Q235B Q235C Q235D | "Q" è l'iniziale del pinyin cinese per "yield", mentre il numero che segue è il carico di snervamento (MPa). A, B, C, D rappresentano i gradi di qualità, da sinistra a destra, la qualità migliora in modo sequenziale. F, b, Z, TZ rappresentano rispettivamente l'acciaio bollente, l'acciaio semicompresso, l'acciaio ucciso e l'acciaio speciale ucciso, ma l'acciaio ucciso non è contrassegnato. Pertanto, se non c'è una lettera dopo il grado di qualità, indica l'acciaio ucciso, ad esempio "Q235A" rappresenta l'acciaio strutturale al carbonio ordinario, σs=235MPa, acciaio ucciso di qualità A |
| Acciaio strutturale a basso tenore di carbonio di alta qualità | 08F, 10F, 15, 20 | Due cifre rappresentano la frazione di massa media di carbonio, in unità di 0,01%, ad esempio 08F rappresenta l'acciaio strutturale bollente di alta qualità a basso tenore di carbonio con una frazione di massa media di carbonio di 0,08%; 20 rappresenta l'acciaio strutturale di alta qualità a basso tenore di carbonio con una frazione di massa media di carbonio di 0,20% |
(1) Acciaio strutturale ordinario a basso tenore di carbonio
L'acciaio strutturale ordinario a basso tenore di carbonio viene solitamente utilizzato dopo la laminazione a caldo, allo stato ricotto o normalizzato, generalmente senza trattamento termico. La maggior parte viene utilizzata allo stato laminato a caldo o normalizzato dopo la laminazione a caldo. In caso di esigenze particolari, possono essere eseguiti anche trattamenti termici di ricottura, normalizzazione o tempra. I componenti principali, le caratteristiche prestazionali e le applicazioni degli acciai strutturali ordinari a basso tenore di carbonio comunemente utilizzati sono riportati nella Tabella 3.
Tabella 3 Componenti principali, caratteristiche prestazionali e applicazioni degli acciai strutturali ordinari a basso tenore di carbonio comunemente utilizzati
| Grado del materiale | Grado | w(C)(%) | w(Mn)(%) | σs/MPa≥ | σb/MPa≥ | δ5(%)≥ | Caratteristiche prestazionali e applicazioni |
| Q195 | - | 0.06～0.12 | 0.25～0.50 | 195 | 315～390 | 33 | Elevato allungamento, buona saldabilità e tenacità, utilizzato principalmente per la produzione di parti di lavorazione del metallo e di parti saldate con requisiti ridotti, come camini, pannelli di copertura, acciaio. Rete metallica, ecc. |
| Q215 | A | 0.09～0.15 | 0.25～0.55 | 215 | 335～410 | 31 | |
| B | |||||||
| Q235 | A | 0.14～0.22 | 0.30～0.65 | 235 | 375～460 | 26 | Allungamento e resistenza certi, buona tenacità e colabilità, adatto allo stampaggio e alla saldatura, ampiamente utilizzato. Principalmente Utilizzato per produrre vari tipi di profilati in acciaio, lamiere di medio e grosso spessore per strutture in acciaio, gusci di contenitori chimici, flange, ecc. |
| B | 0.12～0.20 | 0.30～0.70 | |||||
| C | ≤0.13 | 0.35～0.80 | |||||
| D | ≤0.17 |
(2) Acciaio strutturale a basso tenore di carbonio di alta qualità
L'acciaio strutturale a basso tenore di carbonio di alta qualità garantisce sia la composizione chimica che le proprietà meccaniche al momento della consegna ed è regolamentato in modo più rigoroso rispetto all'acciaio strutturale al carbonio ordinario. La frazione di massa di zolfo e fosforo deve essere controllata al di sotto di 0,35%, con un minor numero di inclusioni non metalliche e livelli di qualità più elevati, generalmente utilizzati dopo il trattamento termico (ad eccezione dell'acciaio specifico per contenitori, come il 20R).
L'acciaio strutturale al carbonio di alta qualità utilizza due numeri arabi per rappresentare la frazione di massa media di carbonio in decimillesimi, con l'aggiunta di una F per l'acciaio bollente e nessuna lettera per l'acciaio ucciso. Ad esempio, "45" rappresenta l'acciaio strutturale al carbonio di alta qualità con una frazione di massa di carbonio pari a 0,45%, acciaio ucciso. Gli indicatori di prestazione, le caratteristiche principali e le applicazioni degli acciai strutturali di alta qualità a basso tenore di carbonio comunemente utilizzati sono riportati nella Tabella 4.
Tabella 4 Indicatori di prestazione, caratteristiche principali e applicazioni degli acciai strutturali di alta qualità a basso tenore di carbonio comunemente utilizzati
| Grado del materiale | σb/MPa | σs/MPa | δ5(%) | ψ(%) | Stato di fornitura Durezza HBW≤ | Caratteristiche principali e applicazioni |
| 08F | 295 | 175 | 35 | 60 | 131 | Generalmente utilizzato per produrre grandi deformazioni parti di stampaggio e parti saldate, come gusci, scatole, coperchi, deflettori fissi, ecc. Generalmente utilizzata senza trattamento termico, la lavorazione a freddo può aumentare la resistenza. Per affinare la struttura dell'acciaio, eliminare le tensioni interne causate dalla lavorazione a freddo e migliorare le prestazioni di taglio dell'acciaio, è necessario un trattamento termico di rafforzamento. |
| 10F | 315 | 185 | 33 | 55 | 137 | Buona plasticità e saldabilità. Utilizzato principalmente per parti che richiedono una buona plasticità, come tubi, guarnizioni, rondelle, ecc. e per parti carbonizzate con requisiti di bassa resistenza al cuore, come manicotti, staffe, sagome, ingranaggi, frizioni, ecc. |
| 15F | 355 | 205 | 29 | 55 | 143 | Buona plasticità, tenacità, saldabilità e prestazioni di stampaggio, ma bassa resistenza. Utilizzato per produrre parti con requisiti di bassa sollecitazione e alta tenacità, parti carbonizzate, elementi di fissaggio e pezzi fucinati, nonché parti a basso carico che non richiedono trattamento termico, come bulloni, viti, flange. |
| 08 | 325 | 195 | 33 | 60 | 131 | Questo acciaio ha una bassa resistenza, un'elevata plasticità alla deformazione a freddo, buone prestazioni di stampaggio, imbutitura e piegatura, eccellente saldabilità, talvolta sensibile all'invecchiamento, migliori prestazioni di taglio allo stato trafilato a freddo o normalizzato rispetto allo stato ricotto. Può essere utilizzato per la produzione di parti stampate e saldate, ecc. |
| 10 | 335 | 205 | 31 | 55 | 137 | Questo acciaio ha un basso rapporto tra carico di snervamento e resistenza alla trazione, buona plasticità e tenacità, facile da modellare allo stato freddo. Per ottenere le migliori prestazioni di imbutitura profonda, la lamiera deve essere normalizzata o temprata ad alta temperatura; migliori prestazioni di taglio allo stato trafilato a freddo o normalizzato rispetto allo stato ricotto; nessuna tendenza alla fragilità da tempra, buona saldabilità. Utilizzato per la produzione di parti saldate a bassa resistenza, parti di stampaggio, ecc. Elevata plasticità alla deformazione a freddo, generalmente utilizzata per piegatura, imbutitura profonda, flangiatura, ecc. Per ottenere le migliori prestazioni di imbutitura profonda, la lamiera deve essere normalizzata o temprata ad alta temperatura, buona saldabilità per la saldatura ad arco e a resistenza, incline alle cricche durante la saldatura a gas su piccoli spessori, requisiti di forma rigorosi o parti di forma complessa, migliori prestazioni di taglio allo stato trafilato a freddo o normalizzato rispetto allo stato ricotto. |
| 20 | 410 | 245 | 25 | 55 | 156 | (3) Acciaio strutturale a basso tenore di carbonio rivestito |
Le lamiere di acciaio a basso tenore di carbonio rivestite, comunemente note come banda stagnata, sono realizzate rivestendo uno strato di zinco, stagno, piombo, alluminio o altri materiali metallici non ferrosi su lamiere sottili di acciaio laminate a freddo o a caldo. Pertanto, si possono suddividere in lamiere sottili di zinco, lamiere sottili di stagno, lamiere sottili di piombo e lamiere sottili di alluminio, ecc. in base ai diversi rivestimenti.
Le lastre di zinco sottili sono comunemente note anche come lastre di zinco bianco. La superficie è di colore bianco brillante ed è disponibile in due tipi: liscia e ondulata. Entrambe hanno una forte resistenza alla corrosione e un aspetto attraente. Queste lastre sono adatte per la realizzazione di contenitori anticorrosione, soffitti e condutture dell'acqua domestica.
Le lamiere sottili di stagno hanno una superficie brillante e attraente, adatta alla produzione di contenitori per alimenti e lattine. Anche le lastre sottili di piombo, note anche come lastre di piombo bianco, hanno una forte resistenza alla corrosione e sono adatte alla produzione di contenitori resistenti agli acidi. Tuttavia, a causa della tossicità del piombo, non possono essere utilizzate per i contenitori per alimenti.
2. Acciaio strutturale a bassa lega
L'acciaio strutturale bassolegato, spesso abbreviato in acciaio bassolegato, è prodotto aggiungendo elementi di lega non superiori a 2% o 3% in frazione di massa all'acciaio ordinario a basso tenore di carbonio per aumentarne la resistenza. È utilizzato principalmente per vari componenti strutturali di ingegneria, con la più ampia gamma di applicazioni e il maggior consumo. Viene solitamente utilizzato allo stato ricotto o normalizzato dopo la laminazione a caldo, senza ulteriori trattamenti termici.
Gli acciai bassamente legati possono essere suddivisi in acciai bassamente legati ordinari, acciai bassamente legati per contenitori (comprese le alte temperature), acciai bassamente legati per basse temperature e così via, in base al loro utilizzo. Ad eccezione dell'acciaio basso legato ordinario, il metodo di numerazione utilizza generalmente "numero + simbolo dell'elemento + numero", dove il numero anteriore rappresenta il decimillesimo della frazione di massa media di carbonio nell'acciaio, il simbolo dell'elemento rappresenta l'elemento di lega e il numero dopo il simbolo rappresenta la frazione di massa media di tale elemento nell'acciaio.
Il contenuto di elementi di lega è indicato dopo il simbolo dell'elemento ed è espresso come percentuale della frazione di massa dell'elemento, ma il decimale è convertito in un numero intero.
Se la frazione di massa media di un elemento di lega è inferiore a 1,5%, il suo contenuto non è contrassegnato; se la frazione di massa media è uguale o superiore a 1,5%, 2,5%, 3,5% ecc. Ad esempio, "12Cr2Ni4" indica che le frazioni di massa dei componenti principali dell'acciaio legato sono C 0,12%, Cr 1,5% e Ni 3,5%.
Se si tratta di acciaio per contenitori, si aggiunge una "R" dopo il grado per indicarlo, mentre se viene utilizzato a basse temperature si usa "DR". Ad esempio, 16MnDR indica un acciaio per contenitori a bassa temperatura con una frazione di massa di carbonio di 0,16%, una frazione di massa di Mn inferiore a 1,5% e contenente piccole quantità di elementi di lega come V, Ti e Nb.
(1) Acciaio ordinario basso legato
La frazione di massa del carbonio negli acciai ordinari basso-legati è compresa tra 0,10% e 0,25%, mentre la frazione di massa degli elementi di lega come Mn, Si, V, Ti, Nb, Cu, P e RE è generalmente inferiore a 3%.
Tra questi, gli elementi Mn e Si hanno un effetto di rafforzamento della soluzione solida sulla ferrite e aumentano la resistenza, gli elementi V, Ti e Nb possono affinare i grani e migliorare la tenacità, gli elementi Cu e P possono migliorare la resistenza alla corrosione e gli elementi delle terre rare RE sono utili per la disossidazione, la desolforazione e la purificazione delle impurità nocive nell'acciaio, che possono migliorare le prestazioni dell'acciaio.
Il metodo di numerazione degli acciai ordinari basso legati è lo stesso degli acciai ordinari basso tenore di carbonio e consiste in tre parti in sequenza: la lettera cinese pinyin che rappresenta il carico di snervamento (Q), il valore del carico di snervamento e il simbolo del grado di qualità (A, B, C, D, E), come ad esempio Q345C.
La resistenza allo snervamento dell'acciaio basso legato ordinario è da 25% a 50% superiore a quella dell'acciaio a basso tenore di carbonio, in particolare il rapporto di resistenza allo snervamento (σs/σb) è notevolmente migliorata. Presenta inoltre buone caratteristiche di plasticità, tenacità, saldabilità, resistenza all'usura e alla corrosione. La Tabella 5 mostra le proprietà meccaniche e le applicazioni di alcuni acciai strutturali basso legati.
Tabella 5 Proprietà meccaniche e applicazioni di alcuni acciai strutturali basso legati
| Grado/MPa | Grado (due rappresentazioni) | Spessore dell'acciaio Spessore/mm | Proprietà meccaniche | Applicazione | ||
| σb/MP | σs/MPa | δ5 | ||||
| 300 | Q295(A, B) (09MnNb)① | ≤16 | 410～560 | ≥295 | ≥24 | Navi, caldaie a bassa pressione, container, ponti, veicoli |
| >16～25 | 390～540 | ≥275 | ≥23 | |||
| 350 | Q345(A～E) (16Mn, 16MnRE) | ≤16 | 510～660 | ≥345 | ≥22 | Navi, ponti, grandi strutture in acciaio, strutture edilizie, contenitori chimici |
| >16～25 | 490～640 | ≥325 | ||||
| 400 | Q390(A～E) (16MnNb)① | ≤16 | 530～680 | ≥390 | ≥20 | Ponti, strutture di ingegneria portuale, navi, veicoli, contenitori chimici |
| >16～20 | 510～660 | ≥375 | ≥19 | |||
① I voti tra parentesi sono i vecchi metodi di rappresentazione standard.
(2) Contenitore in acciaio basso legato
L'acciaio basso legato Container appartiene agli acciai basso legati ad alta resistenza. Viene rafforzato in acciaio C-Mn con l'aggiunta di Mn-Si sulla base dell'acciaio 20 e con l'aggiunta di V, N, Nb, Mo, ecc. sulla base dell'acciaio 16Mn, rendendo l'acciaio molto resistente.
Le piastre di acciaio raccomandate per i recipienti a pressione in acciaio includono principalmente 16MnR, 15MnVR, 18MnMoNbR, 13MnNiMoNbR, 07MnCrMoVR, ecc. e i tubi in acciaio sono 16Mn, 15MnV, ecc.
Il 16MnR ha buone proprietà meccaniche complessive, saldabilità, lavorabilità e tenacità agli urti a bassa temperatura, ma è più soggetto a cricche durante la saldatura rispetto all'acciaio a basso tenore di carbonio. Viene utilizzato principalmente per la produzione di gusci di recipienti a pressione a media e bassa pressione e di componenti portanti, bombole di gas di petrolio liquefatto e serbatoi sferici di piccole e medie dimensioni a temperature comprese tra -20 e 400°C.
15MnVR, 15MnVNR e 18MnMoNbR hanno una maggiore resistenza, ma la loro plasticità e tenacità sono inferiori a quelle dell'acciaio C-Mn. Presentano una maggiore sensibilità all'intaglio e all'invecchiamento, una scarsa saldabilità e requisiti di processo rigorosi. Sono utilizzati principalmente per la produzione di grandi serbatoi di stoccaggio e gusci portanti di recipienti ad alta pressione, torri di sintesi dell'ammoniaca e torri di sintesi dell'urea che resistono a temperature ≤470°C e a pressioni più elevate.
07MnCrMoVR ha un'elevata resistenza, un'alta tenacità e un'eccellente saldabilità. Per lamiere di spessore t≤50 mm, la saldatura può essere eseguita senza preriscaldamento o con un leggero preriscaldamento, senza causare cricche da saldatura a freddo. È utilizzato principalmente per la produzione di contenitori sferici ad alto parametro, come quelli da 1000 a 2000 mm.3 ossigeno, azoto, idrogeno, gas di petrolio liquefatto, etilene e altri serbatoi sferici a temperatura normale e bassa.
(3) Acciaio basso legato a bassa temperatura
I materiali generalmente utilizzati a temperature inferiori a 0°C sono chiamati materiali a bassa temperatura. I materiali metallici a bassa temperatura utilizzano comunemente acciaio a bassa lega, acciaio al nichel, acciaio austenitico al cromo-nichel, lega di titanio e lega di alluminio. Il comune acciaio al manganese a bassa temperatura utilizza il manganese come principale elemento aggiunto per migliorare la tenacità a bassa temperatura dell'acciaio. L'acciaio al carbonio-manganese-nichel utilizza manganese e nichel come principali elementi aggiunti per migliorare ulteriormente la tenacità a bassa temperatura.
L'acciaio al carbonio-manganese-nichel ha una migliore tenacità alle basse temperature rispetto all'acciaio a basso tenore di carbonio. L'acciaio 9Ni è un acciaio austenitico ad alto tenore di nichel con elevata resistenza e buone prestazioni a bassa temperatura, con buona plasticità, tenacità e lavorabilità a basse temperature. La Tabella 6 mostra le proprietà meccaniche e le applicazioni degli acciai per basse temperature comunemente utilizzati.
Tabella 6 Proprietà meccaniche e applicazioni degli acciai a bassa temperatura comunemente utilizzati
| Categoria | Grado | Proprietà meccaniche a temperatura ambiente | Trattamento termico | Applicazione | ||
| σb/MPa≥ | σs/MPa≥ | δ5(%)≥ | ||||
| Acciaio al carbonio-manganese | 16MnDR | 450 | 255 | 21 | Normalizzazione o rinvenimento | Piastre in acciaio utilizzate a -40°C, con frazioni di massa di S e P inferiori a 16MnR, e buona tenacità alle basse temperature |
| 09Mn2VDR | 430 | 270 | 22 | Piastre e tubi in acciaio utilizzati a -70°C, con buona plasticità, lavorabilità simile a quella dell'acciaio al carbonio a bassa temperatura | ||
| Acciaio al nichel | 2,25Ni | 450～590 | 255 | 24 | Normalizzazione | L'acciaio al nichel più economico utilizzato a -60°C, con una migliore tenacità alle basse temperature rispetto agli acciai a basso tenore di carbonio. |
| 3,5Ni | 450～690 | 250～440 | 21～29 | Normalizzazione o rinvenimento | Acciaio al nichel standard utilizzato a -100°C, comunemente usato per tubi in acciaio per scambio termico a bassa temperatura. | |
| 9Ni | 690～830 | 590 | 21 | Tempra | Acciaio al nichel utilizzato a -200°C, con buona plasticità e tenacità | |
| Acciaio al carbonio-manganese-nichel | 15MnNiDR | 460 | 290 | 20 | Normalizzazione | Piastre di acciaio utilizzate da -45 a -70°C, con buona plasticità e tenacità |
| 09MnNiDR | 430 | 260 | 23 | Normalizzazione o normalizzazione + rinvenimento | ||
| Acciaio al carbonio-manganese-nichel-cromo-molibdeno | 07MnNiCrMoVDR | 610～740 | 490 | 17 | Tempra | Piastre in acciaio utilizzate a -40°C, con buona tenacità agli urti a bassa temperatura |
| Acciaio austenitico ad alto tenore di manganese | 15Mn26Al4 | 480 | 200 | 30 | Soluzione laminata a caldo | Le piastre di acciaio utilizzate a -253°C sono acciai austenitici monofasici Fe-Mn-Al, con buona plasticità e tenacità. |
3. Acciaio strutturale a prestazioni speciali
L'acciaio con particolari proprietà fisiche e chimiche è chiamato acciaio a prestazioni speciali. Gli acciai a prestazioni speciali comunemente utilizzati per le parti in lamiera comprendono l'acciaio inossidabile, l'acciaio resistente al calore e l'acciaio resistente all'usura.
(1) Acciaio inossidabile e acciaio resistente al calore
GB/T20878-2007 "Gradi e composizione chimica degli acciai inossidabili e degli acciai resistenti al calore" elenca i gradi degli acciai inossidabili e degli acciai resistenti al calore secondo la classificazione metallurgica, suddivisi in austenitici, austenitici-ferritici, ferritici, martensitici e a indurimento per precipitazione.
I comuni acciai inossidabili martensitici, come il 12Cr13, il 20Cr13 e il 30Cr13, sono utilizzati principalmente per la produzione di strumenti medici.
I comuni acciai inossidabili austenitici, come lo 06Cr19Ni9 e il 12Cr18Ni9, sono utilizzati principalmente per realizzare apparecchiature che lavorano in ambienti fortemente corrosivi, come torri di assorbimento, serbatoi di stoccaggio, tubazioni e contenitori.
I comuni acciai resistenti al calore, come il 40Cr10Si2Mo e il 45Cr14Ni14W2Mo, hanno un'elevata resistenza all'ossidazione e alla forza alle alte temperature. Tra questi, l'acciaio austenitico resistente al calore 45Cr14Ni14W2Mo può essere utilizzato per produrre componenti che lavorano a temperature inferiori a 600°C, come le pale delle turbine e le grandi valvole di scarico dei motori.
(2) Acciaio resistente all'usura
L'acciaio resistente all'usura è utilizzato principalmente per produrre componenti che resistono a forte usura e a forti impatti, come i cingoli dei veicoli, le piastre delle mascelle dei frantoi, i rivestimenti dei mulini a palle, le benne degli escavatori e i deviatoi ferroviari. L'acciaio resistente all'usura ha una buona tenacità e resistenza all'usura.
L'acciaio ad alto tenore di manganese è attualmente il più importante acciaio resistente all'usura, con un contenuto di carbonio compreso tra 0,9% e 1,4% e un contenuto di manganese compreso tra 11% e 14%. Questo acciaio è difficile da lavorare e viene per lo più fuso. Gli acciai comuni ad alto tenore di manganese includono gradi come ZGMn13-1, ZGMn13-2, ZGMn13-3 e ZGMn13-4.
II. Materiali metallici non ferrosi
Metalli diversi dall'acciaio, come l'alluminio, il magnesio, il rame e il piombo, e le loro leghe, sono indicati collettivamente come materiali metallici non ferrosi. Tra i materiali metallici, quelli non ferrosi occupano una posizione importante. Tra questi, l'alluminio e le leghe di alluminio, il rame e le leghe di rame, il titanio e le leghe di titanio hanno caratteristiche quali bassa densità, elevata resistenza specifica, resistenza al calore, resistenza alla corrosione e conducibilità elettrica, che sono significativamente superiori all'acciaio ordinario e addirittura superano alcuni acciai ad alta resistenza, rendendoli materiali metallici indispensabili per le lamiere.
1. Alluminio e leghe di alluminio
L'alluminio puro ha una buona conducibilità elettrica e termica e un'elevata plasticità ed è spesso utilizzato per produrre conduttori e condensatori. Tuttavia, a causa della sua bassa resistenza, non è adatto all'uso come materiale strutturale. Per migliorarne la resistenza, all'alluminio puro vengono spesso aggiunti elementi di lega (come silicio, rame, magnesio, manganese, ecc.) per formare leghe di alluminio. Queste leghe di alluminio hanno in genere ancora proprietà speciali, come la bassa densità (da 2,5 a 2,88 g/cm circa).3), resistenza alla corrosione e buona conducibilità termica.
(1) Metodo di designazione del grado dell'alluminio e delle leghe di alluminio
L'alluminio e le leghe di alluminio utilizzano un grado di sistema a quattro cifre e un grado di sistema a quattro caratteri per la designazione. Il gruppo e la serie di gradi dell'alluminio e delle leghe di alluminio sono riportati nella Tabella 7.
Tabella 7 Gruppo e serie di gradi di alluminio e leghe di alluminio
| Gruppo | Serie di gradi |
| Alluminio puro (contenuto di alluminio non inferiore a 99,00%) | 1××× |
| Lega di alluminio con rame come principale elemento di lega | 2××× |
| Lega di alluminio con manganese come principale elemento di lega | 3××× |
| Lega di alluminio con silicio come principale elemento di lega | 4××× |
| Lega di alluminio con magnesio come principale elemento di lega | 5××× |
| Lega di alluminio con magnesio e silicio come principali elementi di lega e Mg2Fase Si come fase di rinforzo | 6××× |
| Lega di alluminio con zinco come principale elemento di lega | 7××× |
| Lega di alluminio con altri elementi di lega come elemento di lega principale | 8××× |
| Gruppo di leghe di riserva | 9××× |
(2) Confronto tra nuove e vecchie qualità di alluminio battuto e leghe di alluminio
Per ragioni storiche, i gradi di alluminio battuto e le leghe di alluminio sono ancora spesso utilizzati nella produzione. I vecchi gradi di alluminio e le sue leghe sono rappresentati da una combinazione di prefissi o simboli di elementi seguiti da numeri di composizione o numeri di sequenza combinati con nomi di categorie o gruppi di prodotti, tra cui:
1) I codici dei prodotti sono rappresentati da una combinazione di lettere cinesi pinyin, simboli di elementi chimici e numeri arabi, come l'alluminio rappresentato da L, l'alluminio duro da LY e l'alluminio antiruggine da LF.
2) I codici relativi allo stato del prodotto, ai metodi di lavorazione e alle caratteristiche sono rappresentati da lettere cinesi pinyin, come R per lavorazione a caldo, M per stato ricotto, T per extra duro, Y per duro, Y1 per 3/4 duro, Y2 per 1/2 duro, Y3 per 1/3 duro e Y4 per 1/4 duro.
I gradi di alluminio puro industriale in Cina sono compilati in base ai limiti di impurità, come L1, L2, L3, ecc. L è l'iniziale del pinyin cinese per "alluminio" e più grande è il numero che lo segue, più bassa è la purezza. I gradi di alluminio di elevata purezza da L01 a L04 hanno un contenuto di alluminio superiore a 99,93%, e più grande è il numero che lo segue, maggiore è la purezza, come L04 con un contenuto di alluminio non inferiore a 99,996%.
Le leghe di alluminio possono essere suddivise in leghe di alluminio battuto e leghe di alluminio fuso in base alla loro composizione e alle caratteristiche del processo. Le leghe di alluminio prodotte in Cina sono classificate in alluminio duro, alluminio antiruggine, alluminio super duro e alluminio forgiato in base alle loro principali caratteristiche prestazionali.
La Tabella 8 mostra un confronto tra i nuovi e i vecchi tipi di alluminio e leghe di alluminio.
Tabella 8 Confronto tra nuove e vecchie qualità di alluminio battuto e leghe di alluminio
| Nuovo grado (GB/T3190-2008) | Vecchio grado |
| 1035 | L4 |
| 1050A | L3 |
| 1060 | L2 |
| 1070A | L1 |
| 1100 | L5-1 |
| 1200 | L5 |
| 5056 | LF5-1 |
| 5083 | LF4 |
| 1A85 | LG1 |
| 1A50 | LB2 |
| 1A30 | L4-1 |
| 2A01 | LY1 |
| 2A02 | LY2 |
| 2A04 | LY4 |
| 2A06 | LY6 |
| 2A10 | LY10 |
| 2A11 | LY11 |
| 2B11 | LY8 |
| 2A12 | LY12 |
| 2B12 | LY9 |
| 2A13 | LY13 |
| 2A14 | LD10 |
| 2A16 | LY16 |
| 2B16 | LY16-1 |
| 2A17 | LY17 |
| 2A20 | LY20 |
| 2A21 | 214 |
| 2A25 | 225 |
| 2A49 | 149 |
| 2A50 | LD5 |
| 2B50 | LD6 |
| 2A70 | LD7 |
| 2B70 | LD7-1 |
| 2A80 | LD8 |
| 2A90 | LD9 |
| 3A21 | LF21 |
| 4A01 | LT1 |
| 4A11 | LD11 |
| 4A13 | LT13 |
| 4A17 | LT17 |
| 6061 | LD30 |
| 6063 | LD31 |
| 6070 | LD2-2 |
| 7003 | LC12 |
| 1A99 | LG5 |
| 1A97 | LG4 |
| 1A93 | LG3 |
| 1A90 | LG2 |
| 4A91 | 491 |
| 5A01 | LF15 |
| 5A02 | LF2 |
| 5A03 | LF3 |
| 5A05 | LF5 |
| 5B05 | LF10 |
| 5A06 | LF6 |
| 5B06 | LF14 |
| 5A12 | LF12 |
| 5A13 | LF13 |
| 5A30 | LF16 |
| 5A33 | LF33 |
| 5A41 | LT41 |
| 5A43 | LF43 |
| 5A66 | LT66 |
| 6A01 | 6N01 |
| 6A02 | LD2 |
| 6B02 | LD2-1 |
| 6A51 | 651 |
| 7A01 | LB1 |
| 7A03 | LC3 |
| 7A04 | LC4 |
| 7A05 | 705 |
| 7B05 | 7N01 |
| 7A09 | LC9 |
| 7A10 | LC10 |
| 7A15 | LC15, 157 |
| 7A19 | LC19, 919 |
| 7A31 | 183-1 |
| 7A33 | LB733 |
| 7A52 | LC52 |
| 8A06 | L6 |
(3) Proprietà meccaniche, caratteristiche principali e applicazioni dell'alluminio e delle leghe di alluminio comunemente utilizzate.
La Tabella 9 riporta le proprietà meccaniche, le caratteristiche principali e le applicazioni dell'alluminio e delle leghe di alluminio comunemente utilizzate.
Tabella 9 Proprietà meccaniche, caratteristiche principali e applicazioni dell'alluminio e delle leghe di alluminio comunemente utilizzate
| Grado | Stato del materiale | Resistenza al taglio τ//MPa | Resistenza alla trazione σb/MPa | Allungamento δ10(%) | Resistenza allo snervamento σs/MPa | Caratteristiche principali e applicazioni |
| 1070A(L1), 1050A(L3), 1200(L5) | Ricottura | 78 | 74～108 | 25 | 49～78 | Ha un'elevata resistenza alla corrosione, elevata plasticità, conducibilità elettrica e termica, è facile da lavorare sotto pressione, ha una buona saldabilità, ma una bassa resistenza meccanica e una scarsa lavorabilità. Viene utilizzato principalmente per parti non portanti e targhette. |
| Tempra a freddo | 98 | 118～147 | 4 | Uno | ||
| 3A21(LF21) | Ricottura | 69～98 | 108～142 | 19 | 49 | È l'alluminio antiruggine più utilizzato, ha una bassa resistenza e non può essere rafforzato con il trattamento termico, quindi per migliorarne le proprietà meccaniche si ricorre spesso a metodi di lavorazione a freddo. Ha un'elevata plasticità allo stato ricotto, una bassa plasticità durante l'indurimento a freddo, una buona resistenza alla corrosione, una buona saldabilità e una scarsa lavorabilità. È utilizzato per parti a basso carico che lavorano in mezzi liquidi o gassosi. |
| Tempra semi-fredda | 98～137 | 152～196 | 13 | 127 | ||
| 5A02(LF2) | Ricottura | 127～158 | 177～225 | 20 | 98 | Ha un'elevata resistenza alla fatica, alla plasticità e alla corrosione, non può essere rafforzato dal trattamento termico, ha una buona lavorabilità allo stato di tempra a freddo o semi-freddo e una scarsa lavorabilità allo stato ricotto, può essere lucidato. È utilizzato per contenitori o parti di medio carico che lavorano in mezzi liquidi o gassosi. |
| Tempra semi-fredda | 158～196 | 225～275 | - | 206 | ||
| 7A04(LC4) | Ricottura | 170 | 250 | - | Uno | Utilizzato per parti strutturali portanti principali con requisiti di leggerezza, come travi, capriate, telai di rinforzo, giunti a pelle e carrelli di atterraggio. |
| Quenching e invecchiamento artificiale | 350 | 500 | - | 460 | ||
| 2A12(LY12) | Ricottura | 103～147 | 147～211 | 12 | 104 | È un alluminio duro ad alta resistenza che può essere rafforzato mediante trattamento termico. Allo stato ricotto e appena bonificato, ha una plasticità media, una buona saldabilità e una moderata resistenza alla corrosione. Viene utilizzato per realizzare vari componenti o parti ad alto carico. |
| Quenching e invecchiamento naturale | 275～314 | 392～432 | 15 | 361 | ||
| Tempra a freddo dopo la tempra | 275～314 | 392～451 | 10 | 333 |
2. Rame e leghe di rame
Il rame puro può essere suddiviso in prodotti di fusione e prodotti di lavorazione. I prodotti di fusione possono essere suddivisi in rame n. 1, rame n. 2 e rame n. 3 in base alla frazione di massa delle impurità. I prodotti di lavorazione si dividono in rame puro, rame privo di ossigeno e rame disossidato al fosforo in base alla frazione di massa di ossigeno e ai metodi di produzione.
Il metodo di numerazione per il rame puro inizia con l'iniziale pinyin cinese "T" per "rame", seguita da 1, 2, 3, che indica T1, T2, T3. I metodi di numerazione per il rame privo di ossigeno e il rame disossidato al fosforo sono rispettivamente "T" + U (l'iniziale pinyin di "no") + numero di serie e "T" + P + numero di serie.
Il rame puro è un metallo prezioso, con eccellenti vantaggi di conducibilità elettrica, conducibilità termica e buona resistenza alla corrosione, ma con una bassa resistenza e una durezza molto bassa, con un'ottima plasticità. Viene utilizzato principalmente come materiale conduttivo e materiale termoconduttivo.
Per sfruttare i vantaggi del rame puro e migliorarne le proprietà meccaniche, è possibile aggiungere elementi di lega al rame puro per ottenere leghe di rame. Queste leghe di rame hanno generalmente ancora una buona conducibilità elettrica, conduttività termica, resistenza alla corrosione, resistenza magnetica e proprietà meccaniche sufficientemente elevate.
(1) Metodo di rappresentazione del grado della lega di rame
Le leghe di rame possono essere suddivise in leghe di rame battute e leghe di rame fuse in base ai processi di produzione e in tre categorie in base alla composizione chimica: ottone con Zn come elemento additivo principale, bronzo con Sn, Al, Be, Si, Ce, Cr come elementi additivi principali e cupronichel con Ni come elemento additivo principale.
Il cupronichel è una lega di rame-nichel, utilizzata principalmente per realizzare componenti resistenti alla corrosione in macchinari e strumenti di precisione, nonché resistenze e termocoppie. Nei componenti in lamiera sono più utilizzati l'ottone e il bronzo.
1) Ottone (lega rame-zinco). Il metodo di rappresentazione del grado per l'ottone è il seguente:
Il grado dell'ottone ordinario inizia con "H" (H è la prima lettera del pinyin per "giallo"), seguito dal valore del contenuto di rame (in percentuale), come H96, che indica l'ottone ordinario con una frazione di massa di rame di circa 96%.
Il grado dell'ottone speciale inizia ancora con "H", seguito dal simbolo dell'elemento additivo principale e poi dal valore del contenuto di rame (in percentuale), come HNi65-5, che indica l'ottone al nichel con una frazione di massa di rame di circa 65% e una frazione di massa di nichel di circa 5%.
2) Cupronichel (lega rame-nichel). Il metodo di rappresentazione del grado per il cupronichel è il seguente:
Il grado del cupronichel ordinario inizia con "B" (B è la prima lettera del pinyin per "bianco"), seguito dal valore del contenuto di nichel (in percentuale), come B5, che indica il cupronichel ordinario con una frazione di massa di nichel di circa 5%.
Il grado del cupronichel speciale inizia ancora con "B", seguito dal simbolo dell'elemento additivo principale e poi dal valore del contenuto di nichel (in percentuale), come BFe10-1-1, che indica il cupronichel di ferro con una frazione di massa di nichel di circa 10%.
3) Bronzo. Tutte le altre leghe di rame, ad eccezione dell'ottone e del cupronichel, sono chiamate bronzo. Per distinguerle, il nome dell'elemento viene anteposto al bronzo, come ad esempio bronzo allo stagno, bronzo all'alluminio, bronzo al berillio, bronzo al manganese, bronzo al silicio, ecc.
Il metodo di rappresentazione del grado per il bronzo è il seguente: inizia con "Q" (Q è la prima lettera del pinyin per "verde"), seguito dal simbolo dell'elemento additivo principale e quindi dal valore del contenuto dell'elemento additivo principale (frazione di massa), come ad esempio QSn1,5-2, che indica il bronzo allo stagno con una frazione di massa di stagno di circa 1,5%.
(2) Proprietà meccaniche, caratteristiche principali e applicazioni del rame comune e delle leghe di rame.
La Tabella 10 riporta le proprietà meccaniche, le caratteristiche principali e le applicazioni del rame e delle leghe di rame più comuni.
Tabella 10 Proprietà meccaniche, caratteristiche principali e applicazioni di rame e leghe di rame comuni
| Nome del materiale | Grado | Stato del materiale | Resistenza al taglio τ/MPa | Resistenza alla trazione σb/MPa | Allungamento δ10(%) | Resistenza allo snervamento σs/MPa | Caratteristiche principali e applicazioni |
| Rame puro | T1, T2, T3 | Morbido | 157 | 196 | 30 | 69 | Ha un'elevata conducibilità elettrica, conduttività termica, resistenza alla corrosione, buona duttilità e lavorabilità, ma basse proprietà meccaniche e non può essere utilizzato come componente strutturale. Viene utilizzato principalmente per la produzione di tubi dell'olio, guarnizioni di tenuta, rivetti e parti conduttive. |
| Duro | 235 | 294 | 3 | - | |||
| Ottone | H62 | Morbido | 255 | 294 | 35 | - | Ha buone proprietà meccaniche, migliore plasticità a caldo rispetto a quella a freddo, buona lavorabilità, facilità di brasatura e saldatura, resistenza alla corrosione, ma incline alle cricche da tensocorrosione. È economico e ampiamente utilizzato. Viene utilizzato principalmente per produrre vari pezzi imbutiti e parti portanti realizzate mediante piegatura, come viti, dadi, radiatori, ecc. |
| Semi-duro | 294 | 373 | 20 | 196 | |||
| Duro | 412 | 412 | 10 | - | |||
| H68 | Morbido | 235 | 294 | 40 | 98 | Ha una buona plasticità, un'elevata resistenza, una buona lavorabilità, facilità di saldatura, resiste alla corrosione generale, ma è soggetto a cricche da tensocorrosione. Viene utilizzato principalmente per la produzione di varie parti complesse imbutite e di parti termoconduttive, come tubi, soffietti, guarnizioni, ecc. | |
| Semi-duro | 275 | 343 | 25 | - | |||
| Duro | 392 | 392 | 15 | 245 | |||
| Ottone al piombo | HPb59-1 | Morbido | 300 | 350 | 25 | 145 | Ha una buona lavorabilità, buone proprietà meccaniche, resiste alla lavorazione a pressione a caldo e a freddo, è facile da brasare e saldare, ha una buona stabilità contro la corrosione generale, ma ha una tendenza alla criccatura da tensocorrosione. È adatto per la realizzazione di vari componenti strutturali mediante stampaggio a caldo e lavorazione, come viti, rondelle, guarnizioni, boccole, dadi, ecc. |
| Duro | 400 | 450 | 5 | 420 | |||
| Ottone al manganese | HMn58-2 | Morbido | 340 | 390 | 25 | 170 | Buona resistenza alla corrosione. Adatto alla produzione di parti di strumenti, parti di ammortizzatori e anche alla produzione di parti brasate ad alta resistenza. |
| Semi-duro | 400 | 450 | 15 | - | |||
| Duro | 520 | 600 | 5 | - | |||
| Bronzo fosforoso allo stagno, zinco allo stagno Bronzo | QSn6,5-0,4 QSn4-3 | Morbido | 255 | 294 | 38 | 137 | Ha un'elevata resistenza all'usura e all'elasticità, una buona resistenza magnetica. Viene utilizzato principalmente per produrre molle e relativi elementi elastici, parti resistenti all'usura, ecc. |
| Duro | 471 | 539 | 3～5 | - | |||
| Extra Hard | 490 | 637 | 1～2 | 535 | |||
| Alluminio Bronzo | QAl7 | Ricottura | 520 | 600 | 101 | 186 | Lavorazione a pressione allo stato freddo. Resistenza all'attrito leggero, buona resistenza alla corrosione e certa resistenza all'acido solforico e all'acido acetico. Adatto per la produzione di parti che lavorano in acqua di mare, parti chimiche, contatti mobili, ecc. |
| Non ricotto | 560 | 650 | 5 | 250 | |||
| Alluminio Bronzo manganese | QAl9-2 | Morbido | 360 | 450 | 18 | 300 | Ha un'elevata resistenza, un'ottima resistenza alla corrosione in atmosfera e in acqua di mare, può essere saldato elettricamente e a gas, non è facile da brasare, ha una buona lavorabilità a pressione sia a caldo che a freddo. Viene utilizzato principalmente per la produzione di parti e raccordi ad alta resistenza alla corrosione che lavorano in presenza di vapore inferiore a 250°C e di parti di navi. |
| Duro | 480 | 600 | 5 | 500 | |||
| Bronzo al silicio manganese | QSi3-1 | Morbido | 280～300 | 350～380 | 40～45 | 239 | Ha elevata resistenza ed elasticità, buona resistenza all'usura, buona plasticità e non diminuisce a basse temperature. È facile da brasare e saldare, non produce scintille quando viene colpito, ha una buona resistenza alla corrosione, ma uno scarso effetto del trattamento termico. Viene solitamente utilizzato allo stato di tempra a freddo. Viene utilizzato per la produzione di molle, elementi elastici, parti che lavorano in ambienti corrosivi, ruote elicoidali, ingranaggi, boccole, ecc. |
| Duro | 480～520 | 600～650 | 3～5 | 540 | |||
| Extra duro | 560～600 | 700～750 | 1～2 | - | |||
| Bronzo al berillio | QBe2 | Morbido | 240～480 | 300～600 | 30 | 250～350 | Ha una resistenza, un'elasticità, un limite di snervamento e un limite di fatica molto elevati, nonché un'alta conduttività, conduttività termica, resistenza all'usura e durezza. Non è magnetico, non fa scintille quando viene colpito ed è facile da saldare e brasare. Ha una buona resistenza alla corrosione in atmosfera e in acqua di mare. Viene utilizzato per produrre vari strumenti di precisione, molle ed elementi elastici negli strumenti, varie parti resistenti all'usura, cuscinetti e boccole che lavorano ad alta temperatura, alta pressione e alta velocità. |
| Duro | 520 | 660 | 2 | - |
3. Titanio e leghe di titanio
I materiali in titanio possono essere suddivisi in titanio chimicamente puro (titanio iodato), titanio industriale puro e leghe di titanio in base alla frazione di massa della loro composizione. Il titanio chimicamente puro è un titanio di elevata purezza, rappresentato dal TAD, con una purezza fino a 99,95% e una piccola frazione di massa di impurità. Il titanio industriale puro ha una frazione di massa di impurità leggermente superiore e può essere suddiviso in nove gradi in base al contenuto di impurità; i gradi sono rappresentati da TA1, TA2, TA3 e così via, con una purezza che diminuisce all'aumentare del numero progressivo.
La resistenza allo snervamento e la resistenza alla trazione del titanio puro industriale a temperatura ambiente sono vicine, con un grande rapporto di snervamento e un basso modulo elastico. Tuttavia, all'aumentare della temperatura, la resistenza diminuisce fino a circa la metà di quella a temperatura ambiente. Al contrario, al diminuire della temperatura, la resistenza aumenta, ma la plasticità diminuisce significativamente. Per il titanio industriale puro di elevata purezza, non esiste una fragilità di transizione a bassa temperatura e la tenacità all'impatto aumenta a basse temperature. Pertanto, TA1 e TAD possono essere utilizzati con sicurezza a -196°C.
Per migliorare alcune proprietà del titanio puro, spesso si aggiungono elementi di lega al titanio puro per rafforzarlo, formando leghe di titanio. I principali elementi di lega aggiunti sono Al, Sn, V, Cr, Mo, Fe, Si, ecc. L'aggiunta di elementi di lega può migliorare in una certa misura la forza, la resistenza al calore e la resistenza alla corrosione delle leghe di titanio.
Le leghe di titanio si dividono in leghe di titanio deformate (lavorate) e leghe di titanio fuse in base al metodo di formatura e in leghe di titanio strutturali (temperatura di lavoro inferiore a 400°C), leghe di titanio resistenti al calore (temperatura di lavoro superiore a 400°C) e leghe di titanio resistenti alla corrosione in base alle caratteristiche di utilizzo.
(1) Metodo di designazione del grado di titanio e delle leghe di titanio
Il grado del titanio e delle leghe di titanio è composto dalla lettera "T" + una lettera che rappresenta il tipo di struttura del metallo o della lega (A, B, C) e un numero progressivo, con "ELI" che indica l'interstizio extra basso. A rappresenta il titanio di tipo α e le leghe di titanio di tipo α, B le leghe di titanio di tipo β e C le leghe di titanio di tipo α+β. I diversi stati strutturali del titanio e delle leghe di titanio hanno caratteristiche diverse.
(2) Proprietà meccaniche, caratteristiche principali e applicazioni del titanio e delle leghe di titanio comunemente utilizzate.
La Tabella 11 mostra le proprietà meccaniche, le caratteristiche principali e le applicazioni del titanio e delle leghe di titanio comunemente utilizzate.
Tabella 11 Proprietà meccaniche, caratteristiche principali e applicazioni del titanio e delle leghe di titanio comunemente utilizzate
| Nome del materiale | Grado | Stato del materiale | Resistenza al taglio τ/MPa | Resistenza alla trazione σb/MPa | Allungamento δ10(%) | Resistenza allo snervamento σs/MPa | Caratteristiche principali e applicazioni |
| Lega di titanio | TA1 | Ricotto | 360～480 | 450～600 | 25～30 | - Uno | Bassa densità, elevata resistenza specifica, buone prestazioni alle alte e basse temperature, eccellente resistenza alla corrosione, utilizzato principalmente per la produzione di parti strutturali dell'industria aerospaziale, come bulloni, rivetti, parti in lamiera, ecc. |
| TA2 | 440～600 | 550～750 | 20～25 | - | |||
| TB5 | 640～680 | 800～850 | 15 | - |
Nota: le prime due cifre del grado indicano il codice del tipo di struttura in titanio o in lega di titanio, mentre la terza cifra indica il numero di sequenza del titanio o della lega di titanio.
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