Effetti degli elementi nelle leghe sulle proprietà meccaniche 

L'aggiunta di diversi elementi metallici in una lega può influenzarne significativamente le proprietà meccaniche (come resistenza, durezza, duttilità, tenacità, resistenza alla corrosione, ecc.).

Di seguito sono riportati i ruoli degli elementi metallici comuni nelle leghe e i loro effetti sulle proprietà meccaniche:

1.Carbonio (C)

(1).Utilizzare: Si trova principalmente nell'acciaio e nella ghisa, formando carburi con il ferro (come Fe3C).

(2).Influenza:

①.Resistenza/Durezza: L'aumento del contenuto di carbonio aumenta significativamente la durezza e la resistenza (come l'acciaio ad alto contenuto di carbonio), ma quantità eccessive possono portare alla fragilità.

②.Duttilità: Maggiore è il contenuto di carbonio, minore è la duttilità e la tenacità.

③. Saldabilità: L'acciaio ad alto tenore di carbonio ha scarse proprietà di saldatura.

2.Cromo (Cr)

(1).Utilizzare: Elemento chiave per acciaio inossidabile (come 304, 316) e acciaio per utensili.

(2).Influenza:

①.Resistenza alla corrosione: Forma una pellicola di ossido passivo (Cr2O3) per migliorare la resistenza all'ossidazione e alla corrosione.

②.Durezza/Resistenza: Forma carburi con carbonio (come Cr23C6) per migliorare la durezza e la resistenza all'usura.

③.Prestazioni ad alta temperatura: Migliora la resistenza alle alte temperature (come l'acciaio resistente al calore).

3.Nichel (Ni)

(1).Applicazioni: acciaio inossidabile (come 304), leghe ad alta temperatura (come Inconel) e leghe resistenti alla corrosione.

(2).Influenza:

①.Resistenza: Migliora la tenacità e la duttilità alle basse temperature (come l'acciaio al nichel per ambienti a basse temperature).

②.Resistenza alla corrosione: Migliora la resistenza agli acidi e agli alcali.

③.Stabilizzazione dell'austenite: Nell'acciaio inossidabile coopera con il cromo per formare una struttura austenitica (come l'acciaio 304).

4.Molibdeno (Mo)

(1).Applicazioni: acciaio ad alta resistenza (come 4140), acciaio inossidabile (come 316) e leghe ad alta temperatura.

(2).Influenza:

①.Forza/resistenza al calore: Migliora la resistenza alle alte temperature e la resistenza al creep.

②.Resistenza alla corrosione: Migliora la resistenza alla corrosione da stress da cloruro (come l'acciaio inossidabile 316).

③.Affinazione del grano: Migliora la temprabilità.

5.Manganese (Mn)

(1).Applicazioni: acciaio al carbonio (come A36), acciaio bassolegato ad alta resistenza (HSLA) e acciaio austenitico al manganese (come l'acciaio Hadfield).

(2).Influenza:

①.Disossidazione/desolforazione: Riduce gli effetti nocivi dello zolfo (forma MnS invece di FeS).

②.Temprabilità: Migliora la temprabilità e la resistenza all'usura (ad esempio acciaio ad alto contenuto di manganese per benne di escavatori).

③.Stabilizzazione dell'austenite: Sostituzione parziale del nichel in acciaio inossidabile.

6.Silicio (Si)

(1).Utilizzi: Acciaio per molle (ad es. 65Mn), acciaio elettrico e leghe di alluminio (ad es. serie 4xxx).

(2).Influenza:

①.Resistenza/elasticità: Migliora la resistenza e il limite elastico dell'acciaio (ad esempio acciaio per molle al silicio-manganese).

②.Disossidante: Rimuove l'ossigeno durante la produzione dell'acciaio.

③.Proprietà magnetiche: Migliora la permeabilità magnetica dell'acciaio elettrico.

7.Alluminio (Al)

(1).Utilizzi: Leghe di alluminio (ad esempio 6061), leghe ad alta temperatura (ad esempio Fe-Cr-Al) e disossidanti.

(2).Influenza:

①.Alleggerimento: Riduce la densità (le leghe di alluminio sono circa 2/3 più leggere dell'acciaio).

②.Resistenza alla corrosione: Forma una pellicola protettiva Al2O3.

③.Affinazione del grano: Inibisce la crescita del grano nell'acciaio.

8.Titanio (Ti)

(1).Applicazioni: Leghe di titanio (ad esempio Ti-6Al-4V), acciai inossidabili (ad esempio 321) e leghe ad alta temperatura.

(2).Influenza:

①.Rapporto resistenza/peso: Le leghe di titanio hanno una resistenza specifica estremamente elevata.

②.Resistenza alla corrosione: Resiste alla corrosione dell'acqua di mare e del cloruro.

③.Formazione del carburo: Fissa il carbonio nell'acciaio per prevenire la corrosione intergranulare (es. acciaio inossidabile 321).

9.Rame (Cu)

(1).Applicazioni: Ottone (Cu-Zn), bronzo (Cu-Sn) e acciai indurenti per precipitazione (ad es. 17-4PH).

(2).Influenza:

①.Resistenza alla corrosione: Migliora la resistenza alla corrosione atmosferica (es. acciaio resistente agli agenti atmosferici).

②.Conducibilità elettrica/termica: Le leghe di rame hanno un'eccellente conduttività elettrica.

③.Rafforzamento delle precipitazioni: Forma la fase ε-Cu nell'acciaio (ad esempio acciaio inossidabile 17-4PH).

10.Vanadio (V)

(1).Applicazioni: Acciai per utensili (ad es. D2), acciai bassolegati ad alta resistenza (HSLA).

(2).Influenza:

①.Affinazione del grano: Formazione di carbonitruri (come VC) per inibire la crescita del grano.

②.Forza/tenacità: Migliora la resistenza mantenendo la tenacità (come l'acciaio HSLA).

11.Tungsteno (W)

(1).Applicazioni: Acciaio rapido (come M2), carburo cementato (WC-Co) e leghe resistenti al calore.

(2).Influenza:

①.Durezza alle alte temperature: Formazione di carburi resistenti all'usura (come W2C).

②.Durezza rossa: L'acciaio rapido mantiene la durezza alle alte temperature.

12.Zinco (Zn)

(1).Applicazioni: Acciaio zincato (antiruggine), ottone (Cu-Zn) e leghe di alluminio (come la serie 7xxx).

(2).Influenza:

①.Protezione dell'anodo sacrificale: Lo strato di zinco protegge la matrice di acciaio.

②.Forza: Forma una fase rinforzante nelle leghe di alluminio (come Zn-Mg-Cu, lega di alluminio 7075).

Riepilogo: L'influenza principale degli elementi sulle proprietà meccaniche

Modificando il contenuto e la combinazione di questi elementi, è possibile progettare leghe per soddisfare esigenze specifiche (come acciai ad alta resistenza, leghe resistenti alla corrosione o leghe ad alta temperatura).