ITMI20011402A1 - Acciaio avente ottime proprieta' di lavorabilita' alle macchine utensili e dopo trattamento termico di indurimento ottime proprieta' meccani - Google Patents
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Description
Descrizione dell’ invenzione industriale avente per titolo:
“Acciaio avente ottime proprietà di lavorabilità alle macchine utensili e, dopo trattamento termico di indurimento, ottime proprietà meccaniche e variazioni dimensionali e tensioni interne pressoché nulle, e procedimento per la sua produzione.”
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un acciaio avente ottime proprietà di lavorabilità alle macchine utensili e, dopo trattamento termico di indurimento, ottime proprietà meccaniche e variazioni dimensionali e tensioni interne pressoché nulle, e procedimento per la sua produzione.
Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un acciaio, adatto ad essere usato nella produzione di blocchi stampo di dimensioni elevate per lo stampaggio di materie plastiche, avente, dopo trattamento termico di indurimento, ottime caratteristiche meccaniche, come resistenza a trazione (Rm), carico a snervamento (Rs) in modo che il rapporto Rs/Rm sia di circa 0,9, allungamento a trazione dopo rottura, e coefficiente di stazione o contrazione (Z); una durezza Brinell (HB) compresa fra 340 e 450, e variazioni dimensionali e tensioni interne pressoché nulle.
La presente invenzione si riferisce anche al procedimento per la produzione di detto acciaio.
Come è noto, nello stampaggio di materie plastiche si utilizzano blocchi stampo in acciaio già bonificati per durezze Brinell (HB) 310 340 in superficie, generalmente di dimensioni piuttosto elevate, come per esempio 1500 mm x 2000 mm x lunghezza richiesta.
Tali blocchi sono sottoposti a lavorazioni meccaniche per lo scavo della sagoma necessaria all’ottenimento della relativa matrice o punzone.
Per ovvie ragioni di temprabilità del materiale, i suoi valori di durezza e, quindi, delle caratteristiche meccaniche diminuiscono in funzione della profondità dello scavo al punto che stampi con scavi profondi richiedono, a fine lavorazione, di essere sottoposti a ritrattamento termico per non compromettere la durata di esercizio dello stampo stesso e il relativo ciclo vita (total life cycle cost).
Come è noto, il ritrattamento termico effettuato sul manufatto prelavorato è una operazione assai rischiosa, in quanto richiede l’ effettuazione di un trattamento di tempra ad una temperatura di circa 850°C in olio-acqua, seguita da un successivo trattamento di rinvenimento, per ottenere la durezza di superficie voluta.
Avendo il manufatto sezioni molto diverse, il trattamento di tempra comporta gradienti di raffreddamento differenti e, quindi, stati di sollecitazioni interne di trazione molto elevati dovuti ai cambiamenti di fase del materiale in tempi diversi. Tali sollecitazioni interne spesso portano alla rottura del manufatto, con notevoli danni economici e logistici dovuti ai costi del materiale, delle lavorazioni meccaniche effettuate e del trattamento termico successivo cui è stato sottoposto il manufatto.
Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra esposti.
Più in particolare, lo scopo della presente invenzione è quello di provvedere un acciaio adatto per la produzione di stampi di grandi dimensioni che necessitano di scavi profondi di lavorazione meccanica. Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di provvedere un acciaio adatto per la produzione di stampi di grandi dimensioni per lo stampaggio di materie plastiche che necessitano di scavi profondi di lavorazione meccanica, praticamente esenti di stati di sollecitazioni interne di trazione.
Ancora un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di provvedere un acciaio, adatto per la produzione di stampi di grandi dimensioni per lo stampaggio di materie plastiche, avente ottime caratteristiche meccaniche, una durezza HB adatta ad essere facilmente lavorabile alle macchine utensili ed essere portato alla forma finale desiderata, e variazioni dimensionali e tensioni interne pressoché nulle dopo trattamento termico di indurimento.
Nel suo aspetto più generale, la presente invenzione permette di ottenere questi ed altri scopi, che risulteranno dalla descrizione che segue mediante un acciaio avente un contenuto di carbonio non superiore a 0,25% in peso e un contenuto di nichel e molibdeno superiore a 2% in peso per ciascun elemento.
A tali elementi possono essere aggiunte piccole quantità di almeno un oligo-elemento scelto fra manganese, silicio e cromo. La presenza contemporanea di almeno uno di tali oligo-elementi, in ben definiti rapporti fra loro e rispetto agli altri elementi contenuti nell’acciaio, consentono di realizzare una azione sinergica che permette di migliorare la tenacità, la resistenza a trazione (Rm), il rapporto Rs/Rm e la temprabilità.
Forma, pertanto, oggetto della presente invenzione un acciaio avente ottime proprietà meccaniche e di lavorabilità su macchine utensili e variazioni dimensionali e tensioni interne pressoché nulle, dopo trattamento termico d’indurimento contenente una quantità inferiore a 0,25% in peso di carbonio; dal 2,5 a 4,5% in peso di nichel; dal 2,5 a 4,5% in peso di molibdeno; una quantità inferiore a 0,25% in peso di vanadio e quantità comprese fra 0 e 1,1% in peso di almeno uno degli elementi scelti fra manganese, silicio e cromo; il rimanente fino a 100 essendo ferro, escluse le impurezze.
Preferibilmente, l’acciaio della presente invenzione comprende:
Carbonio: 0,05 - 0,25 % in peso;
Nichel: 2,50 - 4.50 % in peso;
Molibdeno: 2,50 - 4,50 % in peso;
Vanadio: 0,05 - 0,25 % in peso;
Manganese: 0,10 - 1,10 % in peso;
Silicio: 0.10 - 1,10 % in peso;
Cromo: 0,10 - 1,10 % in peso;
il rimanente fino a 100 essendo ferro, escluse le impurezze.
Ancor più preferibilmente l’acciaio della presente invenzione comprende:
Carbonio: 0,10 - 0,20 % in peso;
Nichel: 2,50 - 3,50 % in peso;
Molibdeno: 2,50 - 3,50 % in peso;
Vanadio: 0,07 - 0,10 % in peso;
Manganese: 0,50 - 1,00 % in peso;
Silicio: 0,20 - 0,30 % in peso;
0,15 - 0,30 % in peso;
il rimanente fino a 100 essendo ferro, escluse le impurezze.
L’acciaio della presente invenzione è caratterizzato da un meccanismo di indurimento senza trasformazione di fase con calibrazione ottimale delle proprietà in base alla temperatura di trattamento; da una ottima lavorabilità del solubilizzato e buona sul finito; da un maggiore “total fife cycle cost” e da ottime caratteristiche di lucidabilità e fotoincidibilità. Per tali caratteristiche esso è particolarmente adatto per essere impiegato nella produzione di stampi per materie plastiche di elevate dimensioni in cui siano richieste caratteristiche meccaniche elevate ed estremamente uniformi su tutto il manufatto.
L’acciaio della presente invenzione avente la composizione sopra riportata è prima sottoposto ad un trattamento di solubilizzazione allo scopo di rimuovere eventuali alterazioni strutturali dovute ai processi di fabbricazione. Tale trattamento consiste in un riscaldamento a temperature comprese fra 870 e 900°C, in una permanenza a tale temperatura per il tempo necessario a mandare in soluzione eventuali costituenti, preferibilmente 2 - 4 ore, e in un rapido raffreddamento. L’acciaio, che viene fornito sia allo stato fuso sia allo stato di fucinato in blocchi stampo, dopo il trattamento di solubilizzazione alla temperatura compresa tra 870 e 900°C, viene sottoposto ad un trattamento termico di rinvenimento, per attenuare le tensioni interne provocate dal brusco raffreddamento e portare il valore di durezza Brinell in un intervallo compreso fra 300 e 340 HB, in modo da poter essere facilmente lavorato alle macchine utensili ed assumere la forma finale desiderata. Tale trattamento termico di rinvenimento è effettuato mediante riscaldamento a circa 400°C e successivo mantenimento per 10-14 ore a tale temperatura, seguito da un raffreddamento spontaneo in aria fino a temperatura ambiente.
Dopo lavorazione meccanica a disegno, il manufatto viene sottoposto ad un trattamento termico di indurimento a temperature comprese fra 520 e 600°C e successivo mantenimento a queste temperature per un tempo compreso fra 5 e 15 ore, seguito da un raffreddamento spontaneo in aria fino a temperatura ambiente, che conferisce un incremento sia della durezza sia delle caratteristiche meccaniche, garantendo tenacità elevate e variazioni dimensionali e tensioni interne pressoché nulle.
Allo scopo di meglio chiarire la presente invenzione e per mettere in pratica la stessa viene dato il seguente esempio che ha solo scopo illustrativo, esemplificativo ma non limitativo.
E’ stato preparato un acciaio avente la seguente composizione:
Carbonio: 0, 15 % in peso;
Nichel: 3,00 % in peso;
Molibdeno: 3,00 % in peso;
Vanadio: 0,08 % in peso;
Manganese: 0,70 % in peso;
Silicio: 0,25 % in peso;
Cromo: 0,20 % in peso;
il rimanente fino a 100 essendo ferro, escluse le impurezze.
L’acciaio è stato prima sottoposto ad un trattamento di solubilizzazione mediante riscaldamento a temperature di 880 - 890°C per 3 ore e rapido raffreddamento, seguito da un rinvenimento a temperatura di circa 400°C per ottenere una durezza Brindi (HB) di 320.
Con tale acciaio è stato ottenuto un blocco stampo cubico con lato 200 mm ed è stata ricavata nel suo interno una cavità cubica con lato di 100 mm, centrata su una faccia.
Lo stampo è stato indurito mediante trattamento a 520 - 600°C per 10 ore seguito da un raffreddamento spontaneo a temperatura ambiente. Dopo tale trattamento lo stampo presenta le seguenti caratteristiche, in funzione della temperatura di trattamento:
PROPRIETÀ’ NORMA UNITA’ VALORI Carico a snervamento (Rs) UNI EN 10002 Mpa 820-1200 Carico a rottura (Rm) UNI EN 10002 MPa 1200-1400 Allungamento a rottura (A) UNI EN 10002 % > 15 Coefficiente di strizione (Z) UNI EN 10002 % > 45 Durezza Brindi (HB) UNI EN 10003 360-450 Durezza Rockwell (HRC) UNI EN 10109 37-45 Resilienza Charpy con intaglio UNI EN 10045 Joule > 25 Variazioni dimensionali:
Lati esterni: aumento medio di 0,11%;
Lati interni: aumento medio di 0,07%;
Spessore : aumento medio di 0, 14%;
Altezza: aumento medio di 0, 16%;
Piano stampo: aumento medio di 0, 11 %;
Profondità: aumento medio dei lati 0,2%.
Lo stampo è stato risolubilizzato per portarlo alla durezza Brinell originale di 320 e mediante fresatura è stata ricavata una apertura, avente una profondità di 80 mm e una larghezza di 34 mm, su ciascun lato, in corrispondenza della parte a spessore minore, come illustrato nella figura allegata che rappresenta una vista prospettica dello stampo. Dopo un trattamento di indurimento effettuato alle stesse condizioni sopra riportate, sono state determinate le seguenti variazioni di dimensioni:
Lati esterni (A): aumento medio di 0,03%;
Lati interni (B): aumento medio di 0,26%;
Larghezza apertura (C): restringimento medio di 0, 11 %;
Spessore (D): aumento medio di 0,22%;
Altezza (E): aumento medio di 0,03%;
Piano stampo (F): aumento medio di 0,24%;
Profondità (G): aumento medio dei lati 0, 13%.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Un acciaio avente ottime proprietà di lavorabilità alle macchine utensili e, dopo trattamento termico di indurimento, ottime proprietà meccaniche e variazioni dimensionali e tensioni interne pressoché nulle, del tipo comprendente C-Ni-Mo, caratterizzato dal fatto che il contenuto di carbonio non è superiore a 0,25% in peso e quello del nichel e molibdeno è superiore a 2% in peso per ciascun elemento.
- 2. L’acciaio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che esso contiene in aggiunta piccole quantità di almeno un altro oligoelemento scelto fra manganese, silicio e cromo.
- 3. L’acciaio secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che esso contiene una quantità inferiore a 0,25% in peso di carbonio; dal 2,5 a 4,5% in peso di nichel; dal 2,5 a 4,5% in peso di molibdeno; una quantità inferiore a 0,25% in peso di vanadio e quantità comprese fra 0 e 1,1% in peso di almeno uno degli elementi scelti fra manganese, silicio e cromo; il rimanente fino a 100 essendo ferro, escluse le impurezze.
- 4. L’acciaio secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che esso comprende: Carbonio: 0,05 - 0,25 % in peso; Nichel: 2,50 - 4.50 % in peso; Molibdeno: 2,50 - 4,50 % in peso; Vanadio: 0,05 - 0,25 % in peso; Manganese: 0,10 - 1,10 % in peso; Silicio: 0,10 - 1,10 % in peso; Cromo: 0,10 - 1,10 % in peso; il rimanente fino a 100 essendo ferro, escluse le inpurezze.
- 5. L’acciaio secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che esso comprende: Carbonio: 0,10 - 0,20 % in peso; Nichel: 2,50 - 3,50 % in peso; Molibdeno: 2,50 - 3,50 % in peso; Vanadio: 0,07 - 0,10 % in peso; Manganese: 0,50 - 1,00 % in peso; Silicio: 0,20 - 0,30 % in peso; Cromo: 0,15 - 0,30 % in peso; il rimanente fino a 100 essendo ferro, escluse le impurezze .
- 6. Impiego dell’acciaio di cui ad una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni nella produzione di blocchi stampo di dimensioni elevate per lo stampaggio di materie plastiche.
- 7. Procedimento per la produzione di un blocco stampo per lo stampaggio di materie plastiche, caratterizzato dal fatto che esso comprende: - sottoporre l’acciaio di cui ad una delle precedenti rivendicazioni da 1 a 5 ad un trattamento termico di solubilizzazione a temperature comprese fra 870 e 900°C, seguito da un trattamento termico di rinvenimento a circa 400°C, per ottenere valori di durezza Brindi (HB) compresi fra 300 e 340; - formare lo stampo mediante lavorazione meccanica; e - sottoporre lo stampo formato ad un trattamento termico di indurimento a temperature comprese fra 520 e 600°C, seguito da un raffreddamento spontaneo a temperatura ambiente, per ottenere un incremento sia della durezza sia delle caratteristiche meccaniche, come tenacità elevate e variazioni dimensionali e tensioni interne pressoché nulle.
- 8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il trattamento termico di solubilizzazione consiste in un riscaldamento a temperature comprese fra 870 e 900°C, mantenimento -per 2 - 4 ore a tale temperatura e rapido raffreddamento,
- 9. Procedimento secondo la rivendicazione 7 e 8, caratterizzato dal fatto che il trattamento termico di rinvenimento consiste in un riscaldamento a circa 400°C, mantenimento a tale temperatura per circa 10-14 ore e raffreddamento spontaneo in aria a temperatura ambiente.
- 10. Procedimento secondo la rivendicazione 7, 8 o 9, caratterizzato dal fatto che il trattamento di indurimento viene effettuato mediante riscaldamento a temperature comprese fra 520 - 600°C, mantenimento per 5 - 15 ore a tale temperatura, e raffreddamento spontaneo in aria fino a temperatura ambiente.
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