Lavorazione meccanica di acciai inox

L’acciaio inox è un materiale difficile da lavorare. La lavorazione meccanica comporta il rischio di rinvenimento a freddo. Inoltre gli errori di lavorazione possono creare superfici di attacco per la corrosione. Il seguente articolo risponde alla domanda frequente "L’acciaio inox può arrugginirsi?", fornendo una panoramica dei problemi durante la lavorazione meccanica, dei vari metodi di lavorazione e dei criteri di selezione dello strumento corretto per la lavorazione dell’acciaio inox.

Che cos’è l’acciaio inox?

Il termine acciaio inox si riferisce ad acciai legati o non legati con un grado speciale di purezza. Generalmente con acciaio inox si intendono tutti gli acciai resistenti alla corrosione; tuttavia, in senso tecnico, l’acciaio inox può certamente arrugginirsi. DIN EN 10020 definisce la terminologia per gli acciai, compresi gli acciai inox.

Gli acciai inox sono materiali popolari per la loro disponibilità e proprietà. L’acciaio inox ha le seguenti proprietà:

• Resistente
• Dall’aspetto attraente
• Molto variabile

La versatilità in particolare è molto attraente: L’acciaio inox ha proprietà variabili a seconda della sua composizione. Ad esempio, il cromo garantisce la resistenza alla corrosione, mentre il nichel favorisce la resistenza agli acidi. A causa delle proprietà positive che possono essere regolate da leghe diverse, vari acciai inox vengono spesso utilizzati per produrre parti standardizzate per l’ingegneria meccanica.

La figura seguente mostra un confronto delle proprietà dell’acciaio indicando la designazione conformemente a JIS e i codici materiale associati validi in Europa:

Confronto delle proprietà dei diversi acciai

• A = Resistenza alla corrosione
• B = Lucidabilità
• C = Lavorabilità a macchina
• D = Saldabilità
• E = Magnetizzabilità
• Quanto più il valore del parametro si avvicina alle estremità esterne, tanto più è accentuato.

Gli acciai seguenti sono codificati dal numero di materiale: X5CrNi18-10 (1,4301/SUS 304), C X X105CrMo17 (1,4125/SUS 440), X8CrNiS18-9 (1,4305/SUS 303) e 100Cr6 (1,3505/SUJ 2).

Problemi relativi alla movimentazione e alla lavorazione meccanica dell’acciaio resistente alla corrosione

Si presume erroneamente che l’acciaio resistente alla corrosione sia inossidabile al 100%. Questo non è vero: uno strato passivo o un rivestimento in ossido che protegge l’acciaio dalla corrosione si forma sotto l’influenza dell’ossigeno sulla superficie dell’acciaio inox legato al cromo.   Questo strato è molto sottile: 0,06 - 0,08 micrometri. Tuttavia ci vuole un certo tempo perché si formi questo strato e protegga attivamente dalla corrosione. Tra i problemi tipici durante la lavorazione meccanica figura il fatto che non è stato concesso abbastanza tempo per la formazione dello strato passivo oppure che lo strato passivo viene distrutto da graffi, inclusi quelli causati dalla lavorazione stessa. Tuttavia il contatto con altri metalli meno preziosi può portare anche alla ruggine (corrosione da contatto) di un acciaio che è classificato effettivamente come acciaio inossidabile. Il metallo meno prezioso reagisce al contatto, ad esempio, con acqua e ossigeno. Si corrode. Estrae dall’ambiente circostante l’ossigeno necessario per l’ossidazione. Lo strato passivo dell’acciaio inox legato al cromo è costituito da un ossido di cromo, un composto chimico di cromo e ossigeno. In corrispondenza del punto di contatto lo strato di ossido di cromo viene quindi privato dell’ossigeno e lo strato protettivo viene distrutto di conseguenza. Può corrodersi anche la superficie ora non protetta dell’acciaio inox.

Varie precauzioni per la manipolazione e la lavorazione meccanica degli acciai inox

A causa dei suddetti problemi è necessario prestare molta attenzione durante la manipolazione e la lavorazione meccanica dell’acciaio resistente alla corrosione. Ad esempio, gli strumenti utilizzati per l’acciaio inox devono essere utilizzati esclusivamente per questo scopo e non devono avere alcun contatto precedente con altri acciai. Ciò include la conservazione degli strumenti.

Tuttavia le cose possono comunque andare storte anche dopo che l’acciaio privo di corrosione è passato attraverso l’operazione di lavorazione meccanica. Se l’acciaio inox entra in contatto durante il trasporto, ad esempio, con il ferro delle forche sui carrelli elevatori o degli strumenti, le macchie risultanti possono presentare un nuovo rischio di corrosione. Quindi è necessario prestare particolare attenzione anche qui per garantire che vengano utilizzati solo mezzi di trasporto idonei.

Ma ora diamo un’occhiata al processo di lavorazione: Di seguito sono descritti vari metodi di lavorazione, cosa è necessario osservare e quali strumenti utilizzare.

Taglio e separazione dell’acciaio inox

A causa dei problemi menzionati in precedenza è necessario prestare molta attenzione durante la separazione e il taglio dell’acciaio inox. Il processo di taglio può generare calore o causare la formazione di ruggine. I metodi di lavorazione meccanica, come la foratura e la fresatura, spesso rappresentano una sfida nella lavorazione meccanica dell’acciaio inox. Per esempio, l’elemento in lega nichel ha un effetto negativo sulla tagliabilità e lavorabilità dell’acciaio. Oltre a utilizzare punte speciali ad alte prestazioni e strumenti di fresatura, è importante inoltre utilizzare parametri di lavorazione meccanica adatti al materiale. Di norma viene aggiunto quindi un ausilio abrasivo quando si taglia l’acciaio inox a misura. Di seguito è riportata una breve panoramica dei metodi comuni per il taglio dell’acciaio inox:

• Taglio a getto d’acqua: Un getto d’acqua estremamente fine viene diretto ad alta pressione (fino a 6000 bar) sul metallo per mezzo di un ugello insieme a un materiale abrasivo come la sabbia. La sabbia lucida contemporaneamente la superficie, garantendo così una bassa rugosità della superficie. Questo metodo di taglio non genera calore. Questo metodo è adatto anche per le lamiere spesse. Tuttavia, rispetto ad altri metodi, è relativamente lento e i costi per l’abrasivo aggiuntivo possono essere elevati a seconda dello spessore del foglio.
• Taglio al plasma: Un gas elettricamente conduttivo (plasma) viene indirizzato allo stesso modo sul metallo tramite un ugello, dove viene creato un arco tra l’elettrodo e il pezzo in lavorazione che riscalda fortemente e fonde la superficie. Tuttavia viene creato un solco di taglio relativamente ampio rispetto al taglio laser o a getto d’acqua. Tuttavia i vantaggi sono costituiti dal fatto che può essere implementata un’ampia varietà di contorni, può essere tagliata la lamiera spessa e che il metodo è generalmente molto veloce.
• Taglio laser: Un fascio laser altamente concentrato viene diretto sul metallo, che quindi viene fuso/evaporato con precisione. La regione interessata dal calore è molto limitata. Il taglio laser può essere utilizzato per produrre contorni complessi; è in grado di separare l’acciaio inox senza usura ed è molto preciso e veloce. Tuttavia il taglio laser è meno adatto per la lamiera spessa.

Unire e collegare gli acciai inox

Gli acciai resistenti alla corrosione possono essere uniti e collegati in diversi modi. I metodi idonei dipendono notevolmente dal materiale e dalle sue proprietà. I possibili metodi di unione sono:

• Saldatura
• Brasatura
• Incollaggio

Oltre al fatto che non tutti gli acciai inox possono essere saldati, la saldatura in particolare presenta il maggior rischio di corrosione. Il calore forte risultante può portare alla formazione di carburi di cromo, sollecitazioni di trazione interne o rinvenimento (ossidazione). Se si sviluppano delle crepe, la probabilità di corrosione dello spazio è elevata. I cordoni di saldatura devono essere posati solo con materiali e metodi di saldatura idonei e devono essere sempre passivati dopo il processo di saldatura. Questo è l’unico modo per garantire la resistenza alla corrosione. Poiché la superficie in acciaio inox è passivata, è necessario un fondente durante la brasatura. Se l’acciaio inox deve essere incollato, la superficie deve prima essere resa ruvida. Più liscia è la superficie, più debole è il legame del materiale adesivo. A causa della sua durezza elevata sono necessari strumenti speciali per la foratura dell’acciaio inox. MISUMI, ad esempio, dispone degli strumenti seguenti per la lavorazione dei vari materiali:

• Lame per seghe circolari
• Frese a tazza
• Mulini a candela

Trattamento superficiale e lavorazione meccanica superficiale: Rettifica e passivazione chimica dell’acciaio inox

La superficie in acciaio inox può essere spazzolata, sabbiata, lucidata o martellata. Ciò cambia la rugosità della superficie dell’acciaio inox. Più ruvida è la superficie, più l’acciaio inox diventa suscettibile alla corrosione. La rettifica è quindi un metodo popolare per il trattamento superficiale del metallo.

I metodi comuni per la rettifica dell’acciaio inox includono la rettifica a nastro e la rettifica di precisione. La rettifica a nastro crea finiture particolarmente lisce e di alta qualità e si possono realizzare rimozioni di materiale più grandi. Tuttavia è possibile realizzare varie rugosità della superficie anche utilizzando grani di diverse dimensioni nell’abrasivo. I nastri di rettifica di alta qualità sono fondamentali per prevenire la contaminazione da ruggine estranea. Per questo motivo MISUMI ha una vasta gamma di abrasivi diversi per la lavorazione dell’acciaio inossidabile.

La rettifica di precisione come altro metodo mira a ottenere la massima precisione; il processo di rettifica a umido in particolare è molto preciso. Le superfici risultanti sono particolarmente piatte e parallele. Ad esempio, questo può svolgere un ruolo importante per quanto riguarda le tolleranze, vedere anche l’articolo del blog Limiti di lavorazione e standard di precisione per le parti in lamiera, nonché le classi di tolleranza conformemente a ISO 22081 e DIN ISO 2768: Uso ottimizzato delle tolleranze generali. Maggiori dettagli su questo aspetto sono disponibili nel portale meviy.

Selezione dello strumento

Per una lavorazione meccanica efficiente e di successo è già possibile prendere in considerazione molti elementi quando si selezionano gli strumenti. Gli strumenti per la lavorazione meccanica dell’acciaio inox devono essere duri, ma non troppo duri. Uno strumento troppo duro può diventare fragile rapidamente e rompersi più facilmente a seguito della lavorazione meccanica. Inoltre durante la lavorazione meccanica possono presentarsi vibrazioni maggiori, che influiscono sul trattamento superficiale. La determinazione della durezza corretta dello strumento è quindi essenziale per la lavorazione meccanica dell’acciaio inox. La durezza dell’acciaio inox e degli strumenti di lavorazione si basa generalmente sulla scala Rockwell (HRC). I valori tipici HRC per gli strumenti di lavorazione dell’acciaio inox sono compresi tra 58 e 65 HRC.

Si applicano altri intervalli di durezza, a seconda della classe di lavorazione (ad es. segatura, foratura, fresatura, rettifica di precisione). La tabella seguente fornisce una panoramica di quale strumento è adatto a quali durezze:

La resistenza all’usura dello strumento è strettamente associata alla durezza. L’acciaio inox è solitamente un materiale molto abrasivo e gli strumenti abrasivi utilizzati devono quindi avere un’elevata resistenza all’usura. Un rivestimento in nitruro di titanio, ad esempio, può migliorare la resistenza all’usura. Inoltre gli strumenti devono essere resistenti alle alte temperature, poiché durante la lavorazione dell’acciaio inox è possibile generare una quantità significativa di calore. Il taglio può generare calore fino a circa 800 °C - 1200 °C, che è concentrato direttamente sul tagliente dello strumento a causa della bassa conduttività termica.

In MISUMI, tuttavia, oltre agli strumenti per la lavorazione meccanica e la rimozione dei materiali, troverete anche altri utensili adattati appositamente per l’acciaio inox, come i curvatubi.

Istruzioni per una lavorazione meccanica di successo

Le istruzioni seguenti possono essere utilizzate come guida per evitare molti errori durante la lavorazione meccanica. La pulizia è una priorità assoluta: il trasferimento di particelle (ruggine aerodispersa) da altri acciai aumenta il rischio di corrosione su acciai altrimenti inox. Ma la pulizia influisce non solo sull’ambiente di lavoro, ma anche sui materiali di lavoro stessi, come gli abrasivi. Inoltre è importante concedere tempo alla formazione dello strato passivo. A temperature ambiente normali di 20 °C possono essere necessarie 24-48 ore e anche più in presenza di umidità. Ciò deve essere tenuto in considerazione quando si determina la finestra temporale di lavorazione meccanica.