Acciai altoresistenziali, quando prestazioni straordinarie necessitano di lavorazioni straordinarie

Emiliano Corrieri

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altoresistenziali

Gli acciai altoresistenziali sono, ormai è noto, materiali che presentano sì enormi vantaggi, ma che possono nascondere altrettanti limiti in caso di sollecitazioni a fatica sulle zone di saldatura. È qui che la piegatura entra in gioco.

Negli ultimi decenni si sono affacciati sul mercato dei materiali che hanno letteralmente rivoluzionato il modo di concepire, progettare e realizzare manufatti che parevano ormai giunti a completa maturazione da tempi immemori.

Parlo, nello specifico, degli acciai cosiddetti “altoresistenziali” che potremmo dividere in due famiglie… più una:

  • ad alto limite elastico;
  • anti-usura;
  • balistici.

Concentrandoci sulle prime due, quelle largamente più utilizzate, possiamo dedurre facilmente che gli acciai ad alto limite elastico nascono per sopportare sollecitazioni molto elevate prima della rottura, mentre gli acciai anti-usura aggiungono una resistenza agli strisciamenti intensivi da agenti come pietre, sabbia e molti altri ancora.

Altoresistenziali: chi ne ha raccolto per primo i vantaggi

Storicamente il primo comparto che ha visto un grande aumento prestazionale dei propri manufatti è stata l’industria del sollevamento.

Oggigiorno, ad esempio, esistono autogru con sbracci che superano i cinquanta metri: condizione del tutto impossibile solo pochi decenni or sono!

Ma anche il comparto delle macchine agricole e, soprattutto, l’automotive specie nell’autotrasporto.

Un esempio?

Citando le fonti di SSAB, vero punto di riferimento mondiale nella produzione degli acciai altoresistenziali, i longheroni dei rimorchi un tempo erano spesso realizzati con lamiere saldate dello spessore di 10 mm.

Passando a prodotti come il loro DOMEX, si è potuto abbassare a 8-6 mm, per arrivare a progetti davvero pioneristici e di eccellenza a 4 mm, grazie all’applicazione dello Strenx.

Il tutto a vantaggio di una enorme riduzione della tara e il considerevole aumento del peso netto trasportabile.

Ciò significa, nel breve periodo: meno viaggi, meno carburante e, da un punto di vista ambientale, meno CO2 emessa.

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Figura 1 – Una serie di test su acciai altoresistenziali sottoposti a trazione mostrano come questi mantengano le proprie caratteristiche prestazionali entro un determinato numero di sollecitazioni per poi subire un deterioramento man mano che il numero di sollecitazioni aumenta

Per ciò che riguarda gli anti-usura, poi, oggigiorno i camion da cava ne fanno largo uso e i costruttori spesso esibiscono (giustamente) come un vanto l’impiego di tali materiali dalle caratteristiche straordinarie.

Ma dove risiede il grosso limite degli acciai altoresistenziali?

Posto il fatto che non esiste una specifica norma che definisca chiaramente quali acciai siano da considerarsi altoresistenziali e quali no, il segreto della loro produzione risiede innanzitutto in una produzione di altissima qualità con una filiera controllata scrupolosamente.

Ma, oltre a ciò, più che a una composizione chimica particolare rispetto ai più comuni acciai strutturali, vi è la presenza di trattamenti termici come la “tempra a doccia” che consiste in una cascata di olio che determina la saturazione di carbonio nelle strutture interne al materiale.

Ora, senza scendere nei dettagli più tecnici della loro produzione, ciò che molto interessante per coloro che impiegano in progettazione e nella lavorazione gli acciai altoresistenziali è che, se sottoposti a fatica, ossia a sollecitazioni cicliche ripetute nelle zone delle saldature, hanno un decadimento prestazionale che li rende simili a un “comune” S235.

Da qui l’importantissimo ruolo che assume la piegatura: quello di cercare di evitare il più possibile le saldature.

Prima di scendere nei dettagli è bene ricordare cosa si intende per “sollecitazione a fatica“.

Il concetto di “fatica”, in un certo verso, cerca di spiegare il fenomeno di “invecchiamento” di un materiale che viene sottoposto a sollecitazioni ripetute che ne alterano con il tempo le caratteristiche meccaniche.

Esiste un grafico, la famosa curva di Woheler, che descrive perfettamente il contesto.

Nella figura 1 un esempio: si nota come una serie di provini sottoposti a trazione mantengano le proprie caratteristiche prestazionali entro un determinato numero di sollecitazioni per poi subire un deterioramento man mano che il numero di sollecitazioni aumenta.

La curva mostra che si raggiunge un punto di stabilità al raggiungimento del milione di cicli che, se ci pensiamo, risulta una condizione normale in un rimorchio di un camion, ad esempio.

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Figura 2 – Nelle zone interessate alla saldatura si evidenzia un decadimento repentino, specie se confrontato con zone sottoposte a rettifica, sabbiatura, scaglie di laminazione, saldatura

Nella figura 2 (fonte SSAB) si nota come nelle zone interessate alla saldatura vi sia un decadimento repentino, specie se confrontato con zone sottoposte nell’ordine a:

  • zona rettificata;
  • zona sottoposta a sabbiatura;
  • zona con scaglie di laminazione;
  • zona saldata.

Non basta cambiare il cartiglio…

Ora, calandoci nella realtà delle carpenterie metalliche, specie quelle terziste, è comprensibile che talvolta non vi sia la necessaria preparazione nell’affrontare la lavorazione di tali materiali.

Purtroppo ciò avviene talvolta anche a causa della scarsa conoscenza in materia dei progettisti dei loro clienti che, nei casi peggiori, si limitano a cambiare solo il materiale richiesto per la realizzazione di un manufatto, senza apportare alcuna modifica alle geometrie!

In molte aziende si assiste ad una grande esperienza (prevalentemente pratica) nella lavorazione di lamiere in acciaio strutturale e di acciaio inossidabile, ma scarsa o nulla riguardo agli accorgimenti da tenere presente qualora si dovesse piegare una lastra in Hardox, per esempio.

Mancano, oltre alla conoscenza delle specifiche dell’acciaieria, gli utensili, le macchine e l’attenzione necessaria da tenere prima di iniziare la lavorazione come le check list di verifica dell’assenza di difetti superficiali o l’eliminazione della rugosità dei bordi.

Ne derivano nella migliore delle ipotesi condizioni di impossibilità di ottenere il manufatto richiesto.

Nelle peggiori, situazioni di pericolo di danneggiamento delle attrezzature e di infortuni gravi.

I pezzi possono letteralmente “esplodere” senza preavviso ferendo gli operatori se si utilizzano gli utensili “comuni”!

Che fare?

In maniera diretta e concisa: attrezzarsi a dovere o rifiutare il lavoro, specie se il progetto risulta palesemente irrealizzabile e fuori dalle specifiche dell’acciaieria.

Sui siti web del produttore è pieno di materiale informativo che, se seguito, mette al riparo da condizioni estremamente spiacevoli: l’importante è eliminare la ancor troppo imperante strada dei tentativi e dell’arrangiarsi pur di consegnare.

Nel caso di SSAB, ad esempio, esiste addirittura una app (SSAB BEND CALC) per smartphone estremamente esaustiva che indica quali sono gli utensili corretti, le forze di piegatura e i valori di ritorno elastico tipici degli altoresistenziali più comuni.

Basterà un’occhiata all’inesperto per scoprire l’estrema differenza di attrezzaggio rispetto alle lamiere di altri materiali dal medesimo spessore e l’importanza di prestare attenzione all’anisotropia (senso di laminazione) e ai ritorni elastici.

A tal proposito, concludo con una curiosità: il ritorno elastico aumenta di circa un grado per ogni Mpa di resistenza a rottura negli acciai altoresistenziali come, ad esempio, l’Hardox.

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