Durezza dell'acciaio inossidabile 316: HRB, HBW, HV, Rockwell C e guida alla lavorazione a freddo

Un ingegnere addetto agli acquisti firma un disegno per un inserto della scatola della trasmissione. La nota recita "acciaio inossidabile 316, 30 HRC". Il primo fonitore fornisce barre trafilate a freddo. La seconda nave ha ricotto il materiale e afferma che la durezza è "secondo le specifiche". Entrambe le citazioni descrivono la stessa lega e una di esse non può fornire ciò che richiede il disegno. Questo divario tra il disegno e il certificato della fabbrica è il punto in cui iniziano la maggior parte dei problemi di durezza dell'acciaio inossidabile 316.

Ecco la risposta breve. L'acciaio inossidabile 316 ricotto misura tipicamente Da 150 a 190 HBW , che si converte approssimativamente in Da 80 a 95 HRB or Da 155 a 200 alta tensione . Non è un materiale duro. È un grado austenitico resistente alla corrosione e la sua durezza non può essere aumentata mediante tempra o rinvenimento. Gli unici due percorsi verso una parte 316 più dura sono la lavorazione a freddo, che può spingere verso la durezza della massa 350 HBW (circa 38 HRC) e trattamenti superficiali come la nitrurazione, che possono sollevare la pelle sopra 1000 alta tensione lasciando intatto il nucleo.

Tutto il resto in questo articolo deriva da questi due fatti. Che tu stia acquistando inserti filettati, tappi dell'olio, dadi di conversione o elementi di fissaggio, la durezza che riceverai dipende da come è stato lavorato il materiale, non da una dicitura di trattamento termico sulla stampa.

Durezza dell'acciaio inossidabile 316: cosa significano effettivamente i numeri

La durezza è una misura di resistenza, non una proprietà materiale scolpita nella pietra. Registra come un penetratore specifico, sotto un carico specifico, deforma una superficie specifica. Cambia uno qualsiasi di questi tre e il numero si muove. Ecco perché un valore di durezza dell'acciaio inossidabile 316 senza una scala e un metodo di prova allegati è quasi privo di significato.

Per gli acciai inossidabili austenitici ricotti, tre scale dominano la pratica commerciale:

• Brinell (HBW) — una sfera di carburo di tungsteno da 10 mm a 3000 kgf. Norma per barre, piastre e profilati pesanti. Lettura tipica 316: 150-190 HBW.
• Rockwell B (HRB) — una palla da 1/16 di pollice a 100 kgf. Comune sui certificati di lavorazione per parti sottili o piccole. Lettura tipica 316: 80-95 HRB.
• Vickers (HV) — una piramide di diamante, utilizzata per lamine sottili, strati superficiali e mappatura della microdurezza. Lettura tipica 316: 155-200 HV.

Vale la pena soffermarsi su due punti pratici. Innanzitutto, la maggior parte degli standard di prodotto per barre e forme 316 e 316L stabiliscono a massimo durezza ricotta intorno Da 215 a 223 HBW . Quel limite esiste per garantire duttilità e prestazioni contro la corrosione, non per promettere resistenza. In secondo luogo, l’acciaio inossidabile austenitico converte le scale di durezza in modo diverso dall’acciaio al carbonio. Una parte 316 a 95 HRB non ha la stessa resistenza alla trazione di un acciaio al carbonio a 95 HRB. Le tabelle di conversione costruite per gli acciai ferritici ti inganneranno del 10-15% se le applichi alla cieca.

Durezza tipica per forma del prodotto a temperatura ambiente

• Barra ricotta finita a freddo: 160-190 HBW
• Lamiera ricotta laminata a caldo: 150-180 HBW
• Filo ricotto e bacchetta di piccolo diametro: 80-90 HRB
• Tubo senza saldatura, ricotto: 70-85 HRB (HR15T su parete sottile)
• Barra trafilata a freddo, riduzione della luce: 200-230 HBW
• Filo temperato a molla: 300-380 HBW

Perché l'acciaio inossidabile 316 non può essere indurito mediante trattamento termico

L'acciaio inossidabile 316 è austenitico. La sua struttura cristallina a temperatura ambiente è cubica a facce centrate e rimane tale dalle temperature criogeniche fino alla fusione. Non vi è alcuna trasformazione martensitica da innescare durante la tempra, né alcun meccanismo di precipitazione del carburo che possa essere sfruttato per il rafforzamento della massa. Il trattamento termico semplicemente non modifica la durezza della lega.

Ciò che fa il trattamento termico è l'opposto. La solubilizzazione, tipicamente a una temperatura compresa tra 1040 e 1120 gradi Celsius seguita da un rapido raffreddamento, dissolve i carburi e produce la condizione più morbida, duttile e resistente alla corrosione disponibile. Se un fornitore ti dice che "ha trattato termicamente da 316 a 40 HRC", la dichiarazione è tecnicamente impossibile per il materiale sfuso. Sta succedendo qualcos'altro e vale la pena scoprire cosa.

I tre meccanismi che modificano la durezza 316

1. Lavoro a freddo. La laminazione, l'imbutitura, la rastrematura, la rullatura del filetto e la pallinatura introducono tutte dislocazioni. L'acciaio inossidabile austenitico indurisce rapidamente e mantiene l'effetto a temperatura ambiente. Questo è l'unico modo per aumentare la durezza apparente.
2. Trattamenti di diffusione superficiale. La nitrurazione, la carburazione e la nitrocarburazione introducono azoto o carbonio interstiziale nello strato esterno. La durezza aumenta notevolmente, ma solo entro decine di micron dalla superficie.
3. Rivestimento e placcatura. Il cromo duro, il nichel chimico e lo spruzzo termico depositano un materiale diverso sulla superficie. La durezza del substrato rimane invariata.

Questa distinzione è importante dal punto di vista commerciale. Una parte in 316 lavorata a freddo e una parte in 316 nitrurata possono presentare la stessa durezza superficiale e comportarsi in modo completamente diverso in servizio. La parte lavorata a freddo è completamente resistente e leggermente meno resistente alla corrosione. La parte nitrurata ha una pelle dura sopra un nucleo morbido e duttile e la sua resistenza alla corrosione può essere significativamente ridotta a meno che il processo non venga attentamente controllato.

Conversione della durezza dell'acciaio inossidabile 316: HBW, HV, HRB e HRC

La tabella seguente fornisce le conversioni approssimative della gamma che incontrerai effettivamente durante la specifica o l'ispezione di parti in acciaio inossidabile 316. La resistenza alla trazione della colonna è solo indicativa e riflette il tipico comportamento austenitico, non un rapporto garantito. Confermare sempre le specifiche del materiale in vigore per la propria applicazione.

Tre avvertenze sulla lettura di questa tabella. Il primo è che le colonne HRB e HRC non si sovrappongono per progettazione. Rockwell B diventa inaffidabile al di sopra di circa 100 HRB perché la sfera penetratrice affonda troppo in profondità, mentre Rockwell C diventa inaffidabile al di sotto di circa 20 HRC perché il diamante penetra troppo in profondità. Tra questi due punti c'è un divario di conversione che gli standard non colmano, motivo per cui la riga del servizio sour sopra utilizza un equivalente Brinell invece di un valore HRB.

La seconda avvertenza riguarda la colonna di resistenza a trazione. L'acciaio inossidabile austenitico a una data durezza presenta una resistenza alla trazione maggiore rispetto all'acciaio al carbonio alla stessa durezza, poiché la lega si indurisce durante la prova di trazione stessa. Convertire la durezza 316 in resistenza utilizzando una tabella in acciaio al carbonio la sottovaluterà.

Il terzo avvertimento riguarda la dimensione della sezione. Un filo di diametro 3 mm e una barra di diametro 60 mm non rispondono allo stesso metodo di prova e non è necessario che lo facciano. La durezza sulle sezioni sottili dovrebbe essere misurata con una scala Rockwell superficiale o convertita in Vickers, non forzata in una lettura Brinell che la geometria non può supportare.

Come la lavorazione a freddo cambia la durezza dell'acciaio inossidabile 316

La lavorazione a freddo è la principale leva commerciale per la durezza 316. Un’operazione di formatura del metallo che muoverebbe a malapena l’ago su un acciaio a basso tenore di carbonio può raddoppiare la resistenza allo snervamento dell’acciaio inossidabile austenitico, perché la lega si indurisce a una velocità circa da quattro a sei volte superiore. Comprendere quella curva è la differenza tra specificare una parte che sopravvive all'assemblaggio e una parte che si rompe nel primo mese.

La relazione non è lineare. Piccole riduzioni nel primo 10% della deformazione producono grandi guadagni di durezza, perché la struttura ricotta ha molto spazio per accumulare dislocazioni. Oltre la riduzione del 25% circa la curva si appiattisce e ogni punto percentuale aggiuntivo acquista meno durezza consumando più duttilità. Esiste anche un effetto direzionale: la barra trafilata a freddo è più dura lungo l'asse di trafilatura che attraverso di esso e un'indagine di durezza attorno alla circonferenza di una barra trafilata può mostrare una diffusione compresa tra 10 e 20 HBW.

Le barre sopra comprimono un'ampia finestra operativa in sei punti rappresentativi. Leggendo da sinistra a destra, le prime due barre descrivono il materiale che lascia lo stabilimento nello stato più morbido e resistente alla corrosione ed è quello che la maggior parte degli acquirenti di inserti filettati e dispositivi di fissaggio ricevono per impostazione predefinita. Passando alla terza barra, una leggera trafilatura a freddo di circa il 10% aumenta la durezza di circa 30 HBW, che spesso è sufficiente per migliorare la qualità del filo lavorato senza danneggiare materialmente la duttilità.

La quarta e la quinta barra mostrano il centro dell'intervallo di lavorazione a freddo, dove solitamente si trovano gli elementi di fissaggio per il settore automobilistico e aerospaziale. Con una riduzione del 15%, la durezza sale a circa 230 HBW e la resistenza allo snervamento supera i 700 MPa, mentre l'allungamento rimane superiore al 25%. Con una riduzione del 30%, la durezza si avvicina a 260 HBW, il carico di snervamento supera gli 800 MPa e l'allungamento inizia a scendere verso il 15%.

La barra finale rappresenta il filo temperato per molle, dove riduzioni del 50% o più spingono la durezza oltre 350 HBW. Il materiale a questo livello è veramente resistente, ma è anche vicino al limite di ciò che l'acciaio inossidabile austenitico può accettare. I requisiti di raggio di curvatura diventano severi, la sensibilità alla tensocorrosione aumenta e qualsiasi operazione di saldatura o brasatura secondaria distruggerà localmente la durezza che è stata prodotta con tanta attenzione.

Ne conseguono tre implicazioni pratiche. Innanzitutto, il 316 lavorato a freddo non è un singolo materiale: è una famiglia di condizioni e un ordine di acquisto che dice solo "acciaio inossidabile 316" normalmente fornirà la versione ricotta. In secondo luogo, i gradienti di durezza all’interno di una parte formata a freddo sono reali. Una filettatura rullata su un inserto trafilato a freddo può essere da 20 a 30 HBW più dura del gambo sottostante, il che di solito è vantaggioso ma complica l'ispezione. In terzo luogo, qualsiasi successiva operazione termica superiore a circa 400 gradi Celsius inizierà a rilassare la struttura della dislocazione e a ridurre la durezza, quindi la saldatura, la brasatura o la polimerizzazione ad alta temperatura devono essere pianificate in base al requisito di durezza, non dopo di esso.

Durezza 316 vs 316L: quanto è più morbido il grado a basso contenuto di carbonio?

La differenza tra 316 e 316L si riduce al carbonio. Lo standard 316 consente fino allo 0,08% di carbonio; 316L lo limita allo 0,03%. Si tratta di un piccolo cambiamento nella chimica con un effetto misurabile su durezza, resistenza e saldabilità.

Allo stato ricotto, il 316L funziona approssimativamente Da 10 a 15 HBW più morbido superiore a 316. Laddove 316 atterra a 160-180 HBW, 316L tipicamente atterra a 140-160 HBW. Il divario è abbastanza piccolo da far sì che molti disegni considerino i due come intercambiabili e abbastanza grande da avere importanza quando la finestra di durezza è ristretta.

Durante la lavorazione a freddo il divario si restringe ma non si chiude. Un basso contenuto di carbonio significa un rafforzamento della soluzione solida leggermente inferiore e un tasso di incrudimento leggermente inferiore, quindi il 316L raggiunge una data durezza con una riduzione leggermente maggiore. In pratica la differenza con un lavoro a freddo del 20% è dell'ordine di 5-10 HBW.

Dove la scelta conta davvero

La regola pratica: scegliere il 316 quando è necessaria la massima durezza da lavorazione a freddo e il pezzo non verrà saldato. Scegli 316L quando la parte verrà saldata, quando vede cloruri a temperature elevate o quando la durezza è una preoccupazione secondaria rispetto alla resistenza alla corrosione. Se un disegno richiede 316 ma la parte viene saldata durante l'assemblaggio, si tratta di un conflitto di specifiche che vale la pena risolvere prima della produzione, non dopo un guasto.

Indurimento superficiale dell'acciaio inossidabile 316: nitrurazione, cementazione e rivestimenti

Quando la durezza apparente è limitata dalla metallurgia della lega, l'opzione rimanente è indurire solo la superficie. Diversi processi fanno questo e ciascuno comporta un distinto compromesso in termini di prestazioni di corrosione, cambiamento dimensionale e profondità dello strato.

• Nitrurazione convenzionale a gas o plasma. Condotto a una temperatura compresa tra 500 e 580 gradi Celsius. Produce una durezza superficiale compresa tra 1000 e 1700 HV, ma la precipitazione del nitruro di cromo rimuove il cromo dalla matrice e può compromettere seriamente la resistenza alla corrosione. La profondità dello strato è tipicamente compresa tra 20 e 100 micron.
• Nitrurazione a bassa temperatura (fase S). Condotto sotto i 450 gradi Celsius. L'azoto rimane nella soluzione solida interstiziale anziché formare nitruri, quindi la resistenza alla corrosione viene ampiamente mantenuta. È possibile ottenere una durezza superficiale compresa tra 1000 e 1200 HV, con una profondità dello strato compresa tra 10 e 30 micron.
• Carburazione a bassa temperatura. Principio simile con il carbonio al posto dell'azoto. Durezza superficiale compresa tra 700 e 900 HV con eccellente ritenzione della resistenza alla corrosione, ma tempi di ciclo più lunghi.
• Cromatura dura. Deposita uno strato da 700 a 1000 HV, tipicamente spesso da 10 a 50 micron. Buona resistenza all'usura ma benefici limitati dalla corrosione e un noto onere di conformità ambientale.
• Nichel chimico. Circa 500 - 600 HV come depositato, che salgono a 900 HV dopo la cottura. Copertura uniforme su geometrie complesse, ma lo strato può scheggiarsi sotto carichi concentrati elevati.

Le conseguenze dimensionali meritano attenzione. Uno strato nitrurato allarga la parte di pochi micron e uno strato placcato di 5-50 micron per lato a seconda dello spessore. Su un inserto filettato con tolleranza del diametro primitivo controllata, tale crescita può spingere la parte fuori dalla banda di accettazione. Gli inserti con superficie indurita devono essere dimensionati prima del trattamento con il margine di crescita incorporato e il processo di placcatura o diffusione deve essere specificato insieme alla tolleranza della filettatura.

Per le connessioni filettate, l’indurimento superficiale raramente è la prima risposta giusta. Cambia il coefficiente di attrito, che cambia la relazione coppia-tensione, che cambia il precarico nel giunto. Un inserto 316 più morbido ma dimensionalmente coerente spesso supera un inserto con rivestimento duro semplicemente perché la coppia di assemblaggio si comporta in modo prevedibile.

Durezza dell'acciaio inossidabile 316 negli inserti filettati e negli elementi di fissaggio

Gli inserti filettati sono un caso di studio sul perché la durezza è più importante di quanto suggerisca il numero di superficie. Un inserto deve svolgere tre funzioni contemporaneamente: mantenere un bullone al precarico nominale, sopravvivere a cicli di assemblaggio ripetuti e resistere all'usura contro una vite inossidabile accoppiata. La durezza li influenza tutti e tre, e lo fa in modi non sempre intuitivi.

Prendi uno standard inserto filettato in acciaio inox in 316. Ricotto a 160-180 HBW, è sufficientemente morbido da deformarsi leggermente durante il primo serraggio, il che lo aiuta a conformarsi alla filettatura madre ma significa anche che la filettatura dell'inserto subisce il peso di qualsiasi coppia eccessiva. Lo stesso inserto in 316 lavorato a freddo a 250-280 HBW resiste meglio alla deformazione ma è più soggetto a grippaggio perché la maggiore durezza riduce la capacità del materiale di accogliere il contatto con asperità su microscala.

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Gli inserti autofilettanti aggiungono un'ulteriore piega. Queste parti tagliano o formano il proprio filo nel materiale genitore, quindi l'inserto deve essere più duro dell'ospite. Nell'alluminio e nel magnesio, dove la durezza dell'ospite è spesso inferiore a 100 HBW, un inserto 316 ricotto a 170 HBW ha un ampio margine. Negli host in ghisa o acciaio dolce, il margine si restringe e l'inserto necessita di lavorazione a freddo o di una lega più dura per essere tagliato in modo netto. Questo è uno dei motivi per cui gli inserti autofilettanti in acciaio al carbonio rimangono comuni negli host ferrosi: non perché siano più economici, ma perché il rapporto di durezza funziona.

Gli inserti filettati si comportano nuovamente in modo diverso. Poiché sono formati da filo laminato in una sezione trasversale diamantata, la lavorazione a freddo impartita durante la trafilatura e la formatura è sostanziale. Un tipico inserto in filo 316 ha una resistenza compresa tra 300 e 400 HV, notevolmente più duro di un inserto solido ricotto della stessa lega. Questa durezza è ciò che consente alle linguette di ancoraggio dell'inserto di mordere e alla bobina di resistere allo sfilamento sotto carico.

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Per i tappi dell'olio e i dadi di conversione, la priorità in termini di durezza si sposta verso la durata della filettatura in caso di rimozioni ripetute. Un tappo di scarico rimosso e rimontato a ogni intervallo di manutenzione può accumulare centinaia di cicli di assemblaggio nel corso della vita di un veicolo. Il 316 lavorato a freddo a 220-260 HBW gestisce il conteggio dei cicli senza deformazione visibile del filo. Il materiale completamente ricotto a 160 HBW mostrerà un appiattimento sui primi filetti entro un centinaio di cicli.

Durezza dell'inserto corrispondente al materiale ospite

Notare la riga inossidabile su inossidabile. Quando sia l'inserto che il dispositivo di fissaggio accoppiato sono inossidabili austenitici con durezza simile, la saldatura a freddo e l'usura diventano la modalità di rottura dominante, e la risposta di solito non è renderne uno più duro ma cambiare le condizioni di attrito: un lubrificante al bisolfuro di molibdeno, una diversa finitura superficiale o un accoppiamento di leghe dissimili come un inserto 316 con una vite inossidabile 303 o A2.

Standard che stabiliscono i limiti di durezza dell'acciaio inossidabile 316

I limiti di durezza per il 316 raramente provengono dalla lega stessa. Provengono dallo standard di prodotto, dallo standard di applicazione o dal disegno tecnico del cliente. Sapere quale documento governa è il primo passo in qualsiasi controversia sulla durezza.

Il limite NACE merita un'attenzione particolare perché è il vincolo che più spesso non viene rispettato. In servizio acido, la suscettibilità alla fessurazione da stress da solfuri aumenta con la durezza e il limite massimo di 22 HRC rappresenta un limite rigido. Una barra trafilata a freddo da 316 bar a 280 HBW può soddisfare tutti i requisiti meccanici del disegno ed essere comunque rifiutata del tutto perché supera il limite di servizio acido. Se la tua applicazione tocca petrolio e gas, controlla la durezza prima di verificare la resistenza.

Una maggiore durezza significa una migliore resistenza all'usura e all'abrasione?

Non in modo affidabile, ed è qui che gran parte della selezione dei materiali ben intenzionata va storta. Per molti materiali la durezza è correlata alla resistenza all'abrasione, ma l'acciaio inossidabile austenitico è un caso speciale e il grippaggio in particolare non segue la curva della durezza.

Il grippaggio è un'usura adesiva. Sotto carico, le asperità su due superfici accoppiate si saldano insieme a freddo, quindi si lacerano, trasferendo materiale e irruvidendo la superficie. Il processo accelera perché la superficie strappata espone metallo fresco e privo di ossidi. L'acciaio inossidabile austenitico è particolarmente incline a questo perché lo strato passivo di ossido di cromo si riforma lentamente e il metallo sottostante è altamente duttile.

Aumentare la durezza aiuta solo se cambia il comportamento adesivo. Due superfici 316 a 300 HBW continueranno a irritarsi l'una contro l'altra sotto un'elevata pressione di contatto. Anche due superfici 316 a 160 HBW saranno irritate. Le variabili che effettivamente modificano il risultato sono:

• Differenziale di durezza. Uno spazio di 100 HBW tra le parti accoppiate riduce sostanzialmente il rischio di grippaggio. Questo è il motivo per cui le viti in acciaio temprato abbinate a inserti in acciaio inossidabile più morbidi funzionano meglio delle coppie abbinate.
• Finitura superficiale. I fili rullati irritano meno dei fili tagliati a parità di durezza, perché la superficie rullata è più liscia e indurita nella zona di contatto.
• Lubrificazione. Un lubrificante a film secco o un composto antigrippaggio interrompe il contatto metallo-metallo che avvia il processo adesivo.
• Pressione di contatto. Mantenere la pressione sul fianco della filettatura al di sotto di circa il 50% del limite di snervamento ritarda drasticamente l'insorgenza del grippaggio.
• Velocità e temperatura di assemblaggio. L'assemblaggio rapido dell'utensile elettrico genera un riscaldamento locale che favorisce la saldatura. Coppia controllata e aiuto per l'avvitamento più lento.

Per l'usura abrasiva piuttosto che per l'usura adesiva, la durezza conta in modo più diretto, ma la durezza rilevante è spesso la controfaccia anziché la parte 316. La tenuta di un tappo dell'olio 316 contro una sede in acciaio lavorato si usurerà in base alla durezza dell'acciaio e alle condizioni della superficie, non a quelle del tappo.

Ancora una cautela. L'aumento della durezza mediante lavorazione a freddo riduce l'allungamento e la riduzione dell'allungamento aumenta il rischio di infragilimento da idrogeno e di tensocorrosione in ambienti sensibili. La giusta durezza è il valore più basso che soddisfa i requisiti meccanici, non il più alto ottenibile.

Specificazione e acquisto di parti in acciaio inossidabile 316: una lista di controllo pratica

La maggior parte dei problemi di durezza nascono nella fase di preventivo. Un disegno che dice "acciaio inossidabile 316" senza una condizione, una scala o un limite lascia il fornitore libero di spedire tutto ciò che la cartiera aveva in magazzino. Il seguente confronto su due colonne stabilisce cosa decidere dal punto di vista tecnico e cosa scrivere sull'ordine di acquisto.

Due dettagli in tale elenco hanno un peso sproporzionato. La prima è la finestra della durezza. Un requisito a valore singolo come "180 HBW" verrà letto in modo diverso da ogni fornitore e l'argomentazione risultante costa più di quanto avrebbe comportato la tolleranza. Il secondo è il luogo di lettura. Su una parte formata a freddo, la durezza in superficie e la durezza al centro possono differire di 40 HBW o più, quindi il certificato deve indicare dove è stata realizzata la rientranza.

Se una parte viene acquistata come componente finito anziché come materia prima, chiedere al produttore di descrivere il percorso del processo in termini semplici. Un fornitore in grado di spiegare come viene controllata la lavorazione a freddo attraverso la trafilatura e la formatura e come viene verificata la durezza sui pezzi finiti anziché solo sulla barra in entrata, è un fornitore che comprende i requisiti.

Come viene testata la durezza dell'acciaio inossidabile 316

Il test di durezza sembra semplice ed è facile sbagliare. I risultati dipendono dalla preparazione della superficie, dallo spessore della sezione, dalle condizioni del penetratore e dalla tecnica dell'operatore, e una lettura eseguita in modo errato è peggiore di nessuna lettura.

Test Rockwell (ASTM E18)

Veloce e ampiamente utilizzato nei reparti di produzione. La scala B utilizza una sfera da 1/16 di pollice e 100 kgf, adatta per 316 ricotto. La scala C utilizza un cono di diamante a 150 kgf, appropriato solo per 316 lavorato a freddo superiore a circa 20 HRC. Le scale superficiali come HR15T utilizzano carichi inferiori per le sezioni sottili. I requisiti critici sono la planarità e lo spessore: il provino deve essere spesso almeno dieci volte la profondità di penetrazione, altrimenti la lettura sarà influenzata dall'incudine.

Test Brinell (ASTM E10)

La sfera da 10 mm a 3.000 kgf produce un'impronta di grandi dimensioni che compensa la variazione locale, il che la rende il metodo preferito per fusioni, forgiature e barre di grandi dimensioni. Il compromesso è che l’impronta è veramente grande – un ingombro di 10 mm di diametro – quindi non può essere utilizzata su piccole parti finite o pareti sottili.

Vickers e microdurezza (ASTM E92, E384)

Il penetratore piramidale di diamante consente di effettuare prove su particolari molto piccoli, fasi individuali e strati cementati. Le traverse di microdurezza attraverso uno strato nitrurato sono il modo standard per verificare la profondità della cassa. Il requisito è una superficie ben lucidata; una superficie ruvida disperde l'impressione e produce una dispersione del 10% o più tra le letture.

Errori comuni nei test

1. Il test su una superficie curva senza un'incudine di supporto adeguata produce una lettura bassa.
2. Eseguire il test troppo vicino a un'impronta precedente, consentendo alla zona deformata di influenzare la nuova lettura.
3. Utilizzando una tabella di conversione costruita per acciaio al carbonio su acciaio inossidabile austenitico.
4. Lettura della durezza su una parte con stress residuo dalla lavorazione, che sposta il risultato.
5. Accettare il valore di un certificato di fabbrica senza confermare che il luogo del test corrisponda a quello specificato.

Per acquisti critici per la qualità, chiedi il numero di letture, la loro posizione e la loro diffusione anziché solo la media. Un certificato che riporta "175 HBW" senza dettagli aggiuntivi dice molto poco sull'uniformità della parte.

Problemi comuni di durezza 316 e come prevenirli

Questi sono i problemi che emergono più spesso durante l'ispezione in entrata e l'analisi dei guasti sul campo. Ognuno ha una causa radicata nella specifica o nel processo e ognuno ha una risposta preventiva.

Problema: materiale ricotto fornito a fronte di un requisito lavorato a freddo

Il reclamo di durezza più frequente. Un disegno richiede un minimo di 240 HBW, il fornitore spedisce una barra ricotta standard a 170 HBW e le parti si guastano alla prima ispezione. La prevenzione consiste nel specificare le condizioni di lavorazione, non solo nel valore di durezza, e nel richiedere il percorso del processo nel preventivo.

Problema: gradienti di durezza all'interno di una singola parte

La formatura a freddo produce una deformazione non uniforme. Un filo rullato può essere 30 HBW più duro del gambo e le due estremità di una barra trafilata possono differire di 15 HBW. La prevenzione consiste nel definire la posizione di accettazione sul disegno e nel consentire una fascia di tolleranza realistica.

Problema: durezza ridotta da un passaggio termico a valle

La saldatura, la brasatura o l'indurimento del rivestimento ad alta temperatura possono eliminare il lavoro a freddo che ha richiesto uno sforzo significativo per essere prodotto. La prevenzione consiste nel sequenziare le operazioni in modo che tutte le fasi termiche precedano la formatura a freddo finale o nel selezionare un trattamento superficiale che venga eseguito a bassa temperatura.

Problema: il trattamento superficiale danneggia la resistenza alla corrosione

La nitrurazione convenzionale può far precipitare i nitruri di cromo e lasciare la parte vulnerabile alla vaiolatura e all'attacco intergranulare. La prevenzione consiste nel selezionare la nitrurazione o la cementazione a bassa temperatura dove la corrosione è importante e nel verificare con un test di corrosione piuttosto che dare per scontato.

Problema: grippaggio nonostante l'elevata durezza

Superfici accoppiate 316 ad elevata durezza ancora gall. La prevenzione consiste nell'introdurre un differenziale di durezza, specificare un lubrificante o modificare la finitura superficiale anziché aumentare la durezza.

Problema: durezza al di sopra di un tetto normativo

Il 316 trafilato a freddo a 260 HBW supera il limite NACE MR0175 per il servizio acido e verrà rifiutato indipendentemente dalle sue prestazioni meccaniche. La prevenzione consiste nel confermare l'ambiente dell'applicazione prima di finalizzare il percorso di elaborazione.

Domande frequenti sulla durezza dell'acciaio inossidabile 316

Dove la durezza 316 si adatta alla progettazione di componenti reali

Fate un passo indietro rispetto ai numeri e il quadro è chiaro. L'acciaio inossidabile 316 è una lega resistente alla corrosione che risulta essere moderatamente resistente e può essere resa notevolmente più resistente mediante lavorazione a freddo. Non è un materiale soggetto ad usura, non risponde al trattamento termico e la sua durezza dipende da come è stato formato piuttosto che da quanto specificato.

Per i componenti di connessione filettata (inserti, dadi di conversione, tappi dell'olio e gli strumenti che li installano) ciò ha tre conseguenze. Innanzitutto, la durezza di un pezzo finito deve essere riconducibile a un percorso di lavorazione definito, non desumibile dal grado della lega. In secondo luogo, le specifiche di durezza devono essere affiancate alle tolleranze della filettatura e alla finitura superficiale sul disegno, poiché tutte e tre interagiscono. In terzo luogo, quando il problema reale è il grippaggio o l'usura, la risposta è solitamente l'accoppiamento dei materiali o la decisione sulla lubrificazione piuttosto che un valore di durezza più elevato.

Un produttore che produce queste parti in grandi quantità ne vede le conseguenze ogni giorno. Gli inserti filettati che lasciano lo stabilimento a una produttività costante compresa tra 220 e 260 HBW con posizioni di lettura documentate superano l'ispezione in entrata e si assemblano in modo prevedibile. Le parti che variano di 50 HBW all'interno di un lotto generano richieste di garanzia che sono costose da rintracciare e più difficili da prevenire la seconda volta.

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Il comportamento della durezza dell'acciaio inossidabile 316 determina il comportamento degli inserti filettati nei materiali genitori morbidi, dove l'inserto deve tagliare o formare la propria filettatura senza deformarsi. La nostra nota tecnica su come gli inserti filettati metallici migliorano la resistenza del filo nei materiali morbidi esamina il percorso di carico, il ruolo della durezza dell'inserto rispetto all'host e le modalità di guasto che compaiono quando tale relazione è impostata in modo errato.

Per gli acquirenti che lavorano nei programmi automobilistico, aerospaziale e ferroviario, la soluzione pratica è specificare insieme le condizioni di lavorazione e il luogo di accettazione e richiedere dati sulla durezza sulle parti finite anziché fare affidamento solo sui certificati dello stabilimento in entrata.