Lavorare gli acciai inossidabili presuppone la conoscenza di alcune loro particolari caratteristiche ed esigenze specifiche che tengono conto delle attitudini alle lavorazioni delle diverse leghe e delle modificazioni strutturali che possono verificarsi durante le fasi di trasformazione.

Innanzi tutto è bene tenere presente le differenze esistenti con l’acciaio al carbonio: nella figura 1 sono riportati i diagrammi indicativi trazione-allungamento per acciai inox austenitici (tipo AISI 304), per acciai inox martensitici e ferritici (tipo AISI 410 e AISI 430) e per un generico acciaio comune.

Dall’esame del diagramma, si nota come i martensitici e i ferritici presentano uno stesso tipo di curva in cui si osserva un andamento simile a quello dell’acciaio al carbonio, con un limite di snervamento ben identificabile. Gli acciai austenitici invece hanno un comportamento del tutto differente: intanto non esiste un carico di snervamento ben definito e quindi non ammettono un vero e proprio limite di collasso.

Di conseguenza, per questi acciai, si individua un valore convenzionale di snervamento, adottando quello della sollecitazione che provoca una deformazione permanente dello 0,2%. Inoltre, si constatano dei carichi di rottura ma, soprattutto, degli allungamenti a rottura molto più elevati rispetto agli inox ferritici e martensitici e rispetto agli acciai al carbonio.

Questo significa che gli inox, specie gli austenitici, hanno una spiccata attitudine ad essere deformati a freddo, subendo però il fenomeno dell’incrudimento, cioè l’innalzamento delle proprietà meccaniche: carico di rottura, carico di snervamento e durezza superficiale. Pertanto nel corso delle lavorazioni, l’inox, specie l’austenitico, varia le proprie caratteristiche resistenziali; sarà quindi necessario utilizzare accorgimenti diversi da quelli seguiti per la lavorazione degli acciai tradizionali.

Facciamo una rapida carrellata sulle precauzioni da seguire per i più importanti tipi di lavorazioni.

LA PIEGATURA

L’aumento del carico di snervamento causa, nelle lavorazioni per deformazione plastica a freddo, un ritorno elastico (specie per gli austenitici), maggiore di quello che si riscontra negli acciai al carbonio: da 2 a 3 volte maggiore per gli inox della serie 300. Risulta allora indispensabile, nelle lavorazioni di piegatura, prevedere un angolo di sovrapiegatura opportuno in modo che, al “rilascio”, si ottenga il valore di piega desiderato.

In figura 2 si è indicato schematicamente l’andamento qualitativo dei diversi ritorni elastici rilevabili nella piegatura a 90° di lamiere di acciaio al carbonio, di acciaio inox (serie 300) solubilizzato e dello stesso inossidabile, fortemente incrudito.

L’IMBUTITURA

Nelle deformazioni plastiche a freddo, come si può rilevare dalla tabella 2 (punto 3), l’allungamento a rottura è molto elevato, soprattutto per la serie austenitica. Di conseguenza è possibile imporre rapporti di riduzione più elevati che con gli acciai comuni.

Un acciaio austenitico, come l’AISI 304, permette di raggiungere senza difficoltà rapporti di riduzione dell’ordine del 40% e oltre, con una sola operazione. In casi particolari si può arrivare anche a valori del 50÷55%, a patto però di eliminare le tensioni interne in un breve lasso di tempo (qualche ora), allo scopo di evitare che esse provochino criccature nel manufatto.

Un acciaio martensitico tipo AISI 410, consente di ottenere riduzioni di circa il 25% e comunque non superiori al 30% in una sola operazione, senza dover ricorrere a ricotture intermedie.

Un acciaio inox ferritico del tipo AISI 430 può avere deformazioni di circa il 25÷35%, in una sola operazione, senza ricotture intermedie. Questo acciaio è meno deformabile rispetto all’austenitico e, per questa ragione, allo scopo di ottenere un migliore scorrimento del materiale sotto il premilamiera, si usano pressioni inferiori, evitando così eccessivi assottigliamenti della zone tese.

Il carico di snervamento elevato che si raggiunge durante la deformazione plastica, richiede di solito un maggior carico sul punzone prima di arrivare allo stato plastico. La durezza, parimenti più elevata, richiede l’uso di attrezzature più dure di quelle utilizzate per l’acciaio al carbonio. Sia la matrice che il punzone devono essere infatti capaci di sopportare pressioni maggiori e di offrire una migliore resistenza allusura.

Nella tabella 3 si sono radunati alcuni dati indicativi riferiti ai parametri geometrici caratteristici dell’imbutitura alla pressa, in funzione dello spessore della lamiera imbutita, per tre acciai inossidabili e per l’acciaio al carbonio da profondo stampaggio.

Tabella 3 – Valori indicativi sperimentali dei raggi di curvatura del bordo della matrice, del fondo del punzone e del gioco radiale dell’accoppiamento matrice-punzone per tre diversi tipi di acciai inossidabili, in funzione dello spessore della lamiera. Sono riportati per confronto anche i valori per acciai al carbonio da profondo stampaggio.

IL TAGLIO

Nel caso del taglio meccanico (cesoiatura con forbici, tranciatura, ecc.), è necessario porre particolare attenzione ai giochi fra le lame. Infatti, a causa del notevole allungamento a rottura, sopra descritto, il materiale, molto deformabile, può penetrare nello spazio lasciato libero fra le lame e, se il gioco è troppo ampio, si dà luogo alla formazione di bave molto dure dato il notevole incrudimento fatto subire al materiale. Tali bave facilitano l’usura degli organi di taglio, aumentando il gioco ed ostacolando la lavorazione stessa.

Di solito, è bene mantenere un gioco di almeno 1/10 dello spessore della lamiera da tranciare (vedi figura 3).

Per la tranciatura (ad esempio quella dei dischi), è necessario utilizzare una velocità inferiore a quella che si userebbe su analoga lamiera di acciaio al carbonio (indicativamente i 2/3), mentre la potenza della macchina deve essere incrementata di circa il 50%.

LE LAVORAZIONI PER ASPORTAZIONE DI MATERIALE

Gli acciai inossidabili possono essere regolarmente lavorati alle macchine utensili, in tutti i tipi presentati: austenitici, ferritici e martensitici. Anche per queste lavorazioni, però, è bene tenere presente determinate avvertenze:

• La macchina deve essere rigida e deve poter disporre di un sufficiente margine di potenza. È opportuno impiegare la macchina non oltre il 70÷80% della potenza disponibile.
• Gli utensili devono essere molto rigidi, unitamente ai loro supporti, in maniera tale da evitare il più possibile le vibrazioni e sfruttare completamente le doti di rigidezza della macchina.
• I materiali degli utensili vanno scelti opportunamente tra gli acciai rapidi, i carburi metallici, i ceramici. È necessario inoltre, nei limiti del possibile, che le dimensioni degli utensili siano grandi, in modo tale che consentano maggiore rigidezza, ma soprattutto permettano un maggiore smaltimento del calore nella zona di taglio. Questo perché gli inox, in particolare gli austenitici, hanno una conducibilità termica bassa.
• La geometria dell’utensile deve essere scelta con gli angoli caratteristici più opportuni; inoltre l’affilatura deve essere molto accurata e ripristinata di frequente.
• È opportuno utilizzare un fluido da taglio abbondante e indirizzato nella zona di lavoro, in maniera tale da favorire al massimo la dispersione di calore.
• Importante è la scelta dei parametri di taglio: in particolare la profondità di passata deve essere tale da garantire il taglio al di sotto della zona incrudita dalla precedente passata.

Per facilitare la lavorazione ad asportazione di truciolo sono disponibili acciai inossidabili a lavorabilità migliorata, contenenti opportune quantità di zolfo o selenio.

Tali elementi dispersi nella matrice, consentono un più agevole spezzettamento del truciolo e sviluppano un’azione lubrificante, aumentando quindi la lavorabilità.

Gli acciai inossidabili a lavorabilità migliorata più comuni sono i seguenti:

• Austenitici: AISI 303; AISI 303 Se; AISI 316 F
• Ferritici: AISI 430 F
• Martensitici: AISI 416

le cui analisi sono riportate nella Tabella 1 al Capitolo 3.