Deformazione Plastica Lavorabilità alle macchine utensili - EURE INOX srl

Deformazione Plastica
Lavorabilità alle macchine utensili

Che cosa sono le dislocazioni?
Difetti di linea presenti nei metalli
Vi sono due tipi di dislocazioni: a vite e a spigolo
Densità delle dislocazioni in una lega non
deformata plasticamente         = 106/cm2

Tipi di dislocazioni: “a spigolo”

Dislocazione a spigolo

Tipi di dislocazioni: a vite
                               Screw

    Edge

Movimento delle
dislocazioni deformazione plastica

Note: Dislocations normally move under a shear stress

Il movimento delle dislocazioni

Campi di sforzo intorno alle
       dislocazioni

Respingimento ed attrazione delle dislocazioni

Modalità di deformazione
Scorrimento (Slip)

Geminazione (Twinning)

Formazione delle bande di scorrimento
(Shear band formation)

Scorrimento (Slip)
Le dislocazioni si muovono lungo alcune
particolari direzioni (slip direction) e piani
cristallografici (slip planes).
La combinazione di direzioni e piani di
scorrimento prende il nome di sistema di
scorrimento (sliding system).

Sistemi di scorrimento
I piani e le direzioni di scorrimento sono quelli
a maggiore densità atomica
(caso dell’austenite)

    Recall for fcc close-packed planes are {111}
    Close-packed directions are

I sistemi di scorrimento

Ferrite                   Austenite

Sistemi di scorrimento
Sistema       Piano di      Direzione di   Numero       Sistemi attivi
cristallino   scorrimento   scorrimento    totale dei   indipendenti
                                           sistemi
                                           presenti
fcc           {111}                   12           5

hcp           {0001}                 3            2/3

bcc           {110}                   48           2
              {100}

Interazione tra le dislocazioni
   Positive    Positive

                           Repulsion

   Positive   Negative

                            Attraction
                                &
                           Annihilation

Moltiplicazione delle dislocazioni
L’incrudimento è il risultato dell’interazione fra
dislocazioni dello stesso segno
Il medesimo meccanismo porta alla generazione
di un numero via via maggiore di dislocazioni
(Franck Reed Mechanism).

Geminazione (Twinning)
Consentono di raggiungere elevati incrudimenti
del materiale senza in presenza di significative
duttilità degli acciai.

Geminazione

Mechanical martensite / Martensite meccanica
                                     AISI 304
                      a)10% cold reduction / riduzione a freddo
                      b)40% cold reduction / riduzione a freddo
                      c)50% cold reduction /riduzione a freddo

Formazione delle bande di scorrimento
 Deformazione limitata e non omogenea

 Deformazioni localizzate molto pronunciate ~1 or
 100%

 Si verificano sotto l’azione di elevati tassi di
 deformazione

 Sono associate a fenomeni di instabilità
 (riscaldamenti adiabatici localizzati, ecc.)

La ricristallizzazione statica
Se si mantiene una temperatura pari a circa la metà di
quella di fusione si può notare una trasformazione della
 struttura del materiale, in cui i grani precedentemente
     deformati vengono sostituiti da nuovi grani che
               nucleano e si accrescono.

Recupero e Ricristallizzazione

Il recovery avviene senza modifiche dei bordi di grano

AISI 304
Attacco elettrochimico in acido ossalico
      Diverse riduzioni a freddo
    A_5%      B_10%C_15%D_30%

AISI 304 attaccato in acido ossalico
    A_incrudito al 20% e riscaldato per 5min a
B_750°C C_950°C D_1000°C E_1050°C F_1300°C

                   A                      D

                    B                     E

                    C                     F

Rafforzamento   Blocco delle dislocazioni

         Metodi di rafforzamento

Deformazione a freddo e incrudimento

Temperatura di deformazione pari 0.4Tm (K).
La densità di dislocazioni sale da 106/cm2 a 1010-
12
   /cm2.
L’alta densità delle dislocazioni provoca un forte
incremento nell’interazione delle dislocazioni.

Trafilatura

Trafilatura – filiera e riduzione

Trafila

          Coefficiente di ridondanza

Rafforzamento per soluzione solida
Interazione tra campi di sforzo delle dislocazioni
ed altomi presenti nella soluzione solida.

Affinamento del grano

Grani fini conferiscono maggiore resistenza
allo scorrimento.
Grani più fini aumentano il numero di bordi
grano per unità di volume.
I bordi grano agiscono come barriere al
movimento delle dislocazioni.

La lavorabilità alle macchine utensili

La lavorabilità
Criteri
1) Misura del tempo di vita utile dell’utensile. L’inconveniente di questo metodo di
   valutazione è la dipendenza della prestazione dalla del materiale costituente
   l’utensile.
2) Forse sull’utensile ed assorvìbimento di potenza. All’aumentare dell’energia
   specifica assorbita diminuisce la lavorabilità del materiale.
3) Metodo della finitura superficiale.

La lavorabilità
Valutazione della lavorabilità
  American Iron and Steel Institute (AISI) ha detreminato la lavorabilità per
  molti materiali attarverso delle prove di tornitura eseguite a velocità pari a
  180 piedi al minuto. E’ stato arbitrariamente assegnato un valore del 100% di
  lavorabilità ad un acciaio B1112 con 160HB di. Materiali che restituiscono
  valori superiori al 100% sono più facili da lavorare, mentre quelli che
  restituiscono un valore inferiore sono più difficoltosi da lavorare alle macchine
  utensili.
  Indice di Lavorabilità= Velocità di lavorazione che porta a 60 minuti di vita
  dell’utensile / velocità del metallo standard che induce 60 minuti di vita
  dell’utensile
  L’acciaio B1112 porta ad una vita dell’utensile di 60 minuti ad una velocità di
  100 piedi al minuto.
  E’ chiaro che deve utilizzato il medesimo utensile.

Tornitura

38

Fresatura, foratuta

  39

Forze sul tagliente

Meccanismo di formazione del
                          truciolo
Schema di taglio ortogonale

                Il truciolo si genera
                attraverso un processo di
                scorrimento lungo regioni
                ristrette che si estendono
                dalla zona del tagliente
                fino      alla    superficie
                esterna secondo l’angolo

Azione dell’utensile ed angolo di taglio

Distribuzione del calore

Tipi di truciolo

Truciolo continuo                      Truciolo con tagliente di
                                       riporto
                                       Built Up Edge)
                    Truciolo
                    segmentato

Tipi di truciolo

                           Truciolo ottenuto con alte velocità di
                           taglio

Truciolo ottenuto con base velocità di
taglio

Finitura superficiale

Truciolo continuo
• Tipico dei metalli duttili lavorati correttamente

• Finiture superficiali buone con basse forze di taglio

• Difficile allontanare il truciolo dalla zona utensile pezzo
  (sull’utensile si monta un rompitruciolo)

Truciolo discontinuo
• Tipico dei metalli fragili

• Buone caratteristiche di finitura con basse forze di taglio e
  limitato consumo dell’utensile

Truciolo con tagliente di riporto
• Si ha la presenza di materiale asportato sulla faccia
  dell’utensile
• Questo riporto copre l’area di contatto tra truciolo e utensile
• Dà scarsa finitura superficiale
• L’utensile subisce un’intensa usura
• La superficie lavorata è fortemente incrudita
• Si possono introdurre tensioni residue notevoli

Truciolo con tagliente di riporto

  Si hanno deformazioni plastiche ed elastiche differenziate nello spessore
  molto elevate e forti riscaldamenti locali che risultano in tensioni residue

Fattori che influenzano la
   formazione del truciolo
• Composizione chimica

• Microstruttura e trattamenti termici

• Inclusioni non metalliche

• Caratteristiche meccaniche e fisiche

Composizione chimica
     Elementi che possono portare a fenomeni indesiderati.
     In molti acciai inossidabili alcuni di questi elementi chimici
     sono comunque indispensabili (es. Cr, Ni, Mo ecc.)
1.   Elementi che formano fasi molto dure (Cr, W, Mo, V).
2.   Elementi che rendono difficoltoso il distacco del truciolo
     (Ni e Mn)
3.   Elementi disossidanti che formano particelle fini e ossidi
     abrasivi (Si e Al)

Composizione chimica
Acciai a lavorabilità migliorata contenenti S, Pb, P, Se,
Ca,Te.
Possono rimanere completamente insolubili nell’acciaio
(Pb) oppure possono formare inclusioni non metalliche
(S)

                               Acciai contenenti zolfo:
                               S = 0.08-0.13% ma anche fino a
                               0.35%

Composizione chimica
Acciai a lavorabilità migliorata usati per la produzione di
pezzi in cui le lavorazioni di asportazione sono onerose.

1.Riducono costi e tempi
2.Riducono l’usura dell’utensile
3.Hanno un’azione lubrificante
4.Ritardano la formazione del tagliente di riporto

Composizione chimica Inclusioni MnS

   AISI 430 con (a) 0.002%S e (b) 0.34%S

Alliganti per incrementare la lavorabilità

AISI 303 / AISI 430F                            S
AISI 430 F/AISI 416/AISI 420F/AISI 303Se            Se
AISI 416                                            P

Si sono sperimentate recentemente dai
giapponesi anche aggiunte in boro (fino a
160ppm) per la produzione di AISI 304.

Lavorabilità con utilizzo
di B e N in acciai austenitici

MnS e BN
    esagonale
 individuati nella
matrice di acciaio
   austenitico

Forze di taglio

Velocità ed angolo di taglio nelle
  differenti condizioni di prova

Forma del truciolo

Rilievi sulla forma del truciolo