Nel mondo della lavorazione dei metalli, comprendere le proprietà di processo dei materiali di lamiera più comunemente utilizzati è essenziale per ottenere risultati di alta qualità. Nel corso della mia esperienza nel settore, ho imparato che ogni materiale offre caratteristiche uniche che influenzano tutto, dalla formando e tagliando a saldatura e finitura. In questo articolo esplorerò queste proprietà, evidenziando come influenzano i processi di produzione. Che siate professionisti esperti o alle prime armi nel settore, approfondire la conoscenza di questi materiali vi consentirà di prendere decisioni consapevoli e migliorare il successo complessivo dei vostri progetti.

Oltre alla forma e alla precisione del pezzo da lavorare e alle attrezzature strutturali a disposizione dell'azienda, la lavorazione del pezzo è strettamente correlata anche al materiale utilizzato. Pertanto, è importante analizzare e comprendere le proprietà di lavorazione dei diversi materiali, che sono di grande importanza per il processo di lavorazione dei pezzi in lamiera e per lo sviluppo delle specifiche operative di produzione. 

Proprietà di processo dell'acciaio strutturale al carbonio ordinario

In generale, le parti in lamiera sono realizzate in acciaio strutturale al carbonio ordinario (ad esempio Q195, Q215, Q235, ecc.) e acciaio strutturale al carbonio di alta qualità (ad esempio 08, 10F, 20, ecc.), che sono i più comunemente utilizzati. Esistono poche restrizioni alla formatura, tranne che l'aumento di spessore è limitato dalla velocità di deformazione e il riscaldamento è limitato dal limite superiore di temperatura. 

Nella lavorazione di materiali in lamiera più spessi, per aumentare il grado di deformazione del materiale in lamiera, ridurre la resistenza alla deformazione del materiale in lamiera, maggiormente con la formatura a caldo o il riscaldamento parziale del grezzo di imbutitura profonda e il processo di formatura, ma si dovrebbe evitare il riscaldamento in determinate zone di temperatura, come l'acciaio al carbonio riscaldato a 200 ~ 400 ℃, perché l'effetto di invecchiamento (inclusioni sotto forma di precipitazione nella superficie di scorrimento del bordo del grano) riduce la plasticità, aumenta la resistenza alla deformazione, questo intervallo di temperatura è chiamato zona fragile blu. Questo intervallo di temperatura è chiamato zona fragile blu, quando le prestazioni dell'acciaio diventano scarse, facile a frattura fragile, la frattura è blu. E nell'intervallo di 800 ~ 950 ℃, e apparirà una zona fragile calda, in modo che la plasticità sia ridotta, quindi, nel processo di imbutitura profonda a caldo della lamiera, si dovrebbe prestare particolare attenzione alla deformazione effettiva della temperatura di pressatura a caldo non dovrebbe essere nella zona fragile blu e nella zona fragile calda. Durante l'operazione, è necessario considerare l'attrezzatura di riscaldamento e la pressa tra la posizione della deformazione della temperatura di pressatura a caldo e l'uso attento dell'attrezzatura di soffiaggio di raffreddamento per evitare il verificarsi di fragilità blu e fragilità a caldo. 

Proprietà di processo degli acciai legati

L'acciaio legato comunemente utilizzato nella fabbricazione di parti strutturali in lamiera è solitamente 16Mn, 15MnV e altri acciai strutturali ad alta resistenza e bassa lega, le cui proprietà di processo sono le seguenti. 

●16Mn. L'acciaio 16Mn viene generalmente fornito laminato a caldo, non richiede alcun trattamento termico, soprattutto per l'acciaio laminato di spessore inferiore a 20 mm; le sue proprietà meccaniche sono molto elevate, pertanto la pressatura a caldo viene generalmente utilizzata subito dopo. Per spessori superiori a 20 mm, la lamiera d'acciaio può essere utilizzata dopo un trattamento di normalizzazione per migliorarne la resistenza allo snervamento e la tenacità a bassa temperatura. 

Inoltre, le sue prestazioni di taglio a gas sono le stesse di quelle di un comune acciaio strutturale a basso tenore di carbonio. Il bordo di taglio a gas di 1 mm all'interno della tendenza alla tempra, ma a causa della zona di tempra molto stretta, può essere eliminato mediante saldatura. Pertanto, il bordo di taglio a gas di questo acciaio non richiede lavorazioni meccaniche e può essere saldato direttamente. 

Le prestazioni della piallatura ad arco di carbonio sono le stesse di quelle del comune acciaio strutturale a basso tenore di carbonio. Sebbene vi sia una tendenza all'indurimento lungo il bordo della piallatura a gas, l'area di indurimento è molto stretta e può essere eliminata mediante saldatura; pertanto, il bordo della piallatura a gas di questo tipo di acciaio non richiede lavorazioni meccaniche e può essere saldato direttamente. Il risultato è essenzialmente la stessa durezza della zona termicamente alterata che si ottiene quando la saldatura viene eseguita dopo la lavorazione meccanica. 

Rispetto al Q 235, il limite di snervamento dell'acciaio 16Mn è superiore a 345 MPa, quindi la forza di formatura a freddo è maggiore rispetto all'acciaio Q 235. Per grandi spessori di acciaio laminato a caldo, le proprietà di formatura a freddo possono essere notevolmente migliorate mediante normalizzazione o ricottura. Tuttavia, quando lo spessore della piastra raggiunge un certo spessore (t ≥ 32), è necessario formarla a freddo dopo il trattamento termico di distensione. 

Se riscaldato a più di 800 ℃, si possono ottenere buone proprietà di formatura a caldo, ma la temperatura di riscaldamento dell'acciaio 16Mn non deve superare i 900 ℃, altrimenti si verifica facilmente un surriscaldamento dell'organizzazione, che riduce la tenacità all'impatto dell'acciaio. 

Inoltre, l'acciaio 16Mn ha una resistenza al riscaldamento a fiamma tre volte superiore e al raffreddamento ad acqua, senza variazioni significative delle proprietà meccaniche, con il materiale di base originale che presenta la stessa resistenza ai danni fragili, pertanto l'acciaio può essere resistente all'acqua e al fuoco ortopedico, ma la struttura di carico dinamico non è adatta per l'acqua e il fuoco ortopedico. 

●15MnV. Lamiera sottile in acciaio 15MnV e 15MnTi, con proprietà di taglio e laminazione a freddo simili a quelle dell'acciaio 16Mn, ma con spessore t ≥ 25 mm. Lamiera in acciaio laminato a caldo, con bordo di taglio facilmente occultabile a causa del taglio dovuto alla tempra a freddo, causato da piccole crepe. Questa crepa potrebbe essersi formata prima dell'acciaieria. Pertanto, i controlli di qualità devono essere rafforzati, ma una volta individuata, la crepa deve essere rimossa dopo il taglio a gas o la lavorazione meccanica del bordo. Inoltre, la lamiera laminata a caldo in acciaio 15MnV più spessa, laminata a freddo, facile da produrre fratture, può essere normalizzata a 930 ~ 1000 ℃ per migliorarne la plasticità e la tenacità, migliorando le prestazioni di laminazione a freddo. 

Inoltre, questo tipo di formatura a caldo dell'acciaio e le prestazioni ortopediche a caldo, la temperatura di riscaldamento di 850 ~ 1100 ℃ di formatura a caldo, il riscaldamento multiplo sull'impatto della resistenza allo snervamento non sono significativi; e buone prestazioni di taglio a gas, anche le prestazioni di piallatura a gas ad arco di carbonio sono buone, la piallatura a gas ad arco di carbonio sulle prestazioni dei giunti saldati senza effetti negativi. 

Con le stesse prestazioni di processo dell'acciaio di classe 15MnV sono inclusi anche 15MnTi, 15MnVCu, 15MnVRE, 15MnNTiCu, ecc. 

●09Mn2Cu, 09Mn2. Questo tipo di acciaio ha migliori prestazioni di stampaggio a freddo. 09Mn2Cu, 09Mn2, 09Mn2Si, laminazione a freddo di lamiere di acciaio spesse, processo di stampaggio a caldo, taglio a gas, piallatura ad arco di carbonio, raddrizzatura a fiamma e anche Q235. 

●18MnMoNb. La sensibilità all'intaglio di questo tipo di acciaio è elevata, il taglio a gas di fiamma del taglio ha la tendenza a indurirsi, per evitare crepe durante la piegatura, dovrebbe essere il taglio a gas della piastra di acciaio da 580 ℃ isolamento 1h, ricottura di distensione. 

Prestazioni di processo dell'acciaio inossidabile

Esistono molti tipi di acciaio inossidabile, che in base alla composizione chimica possono essere suddivisi in due categorie: acciaio al cromo e acciaio al nichel-cromo. L'acciaio al cromo contiene una grande quantità di cromo o una piccola quantità di nichel, titanio e altri elementi; l'acciaio al nichel-cromo contiene una grande quantità di cromo e nichel o una piccola quantità di titanio, molibdeno e altri elementi. In base alle diverse organizzazioni metallografiche, sono suddivisi in diverse categorie come austenitico, ferritico e martensitico. A causa della diversa composizione chimica e organizzazione metallografica, anche le proprietà meccaniche, chimiche e fisiche dei vari tipi di acciaio inossidabile presentano notevoli differenze, il che rende relativamente più difficile il processo di applicazione dei materiali in acciaio inossidabile. 

Esistono due tipi di gradi di acciaio inossidabile comunemente utilizzati. 

Categoria A: acciaio al cromo martensitico, come 1Cr 13, 2Crl 3, 3Crl 3, 4Crl 3, ecc. 

Categoria B: appartiene agli acciai austenitici al nichel-cromo, come 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni9, ecc. 

I due tipi di acciaio inossidabile sopra menzionati presentano le seguenti proprietà di lavorazione. 

●Per ottenere una buona plasticità, il materiale deve essere reso morbido, quindi sottoposto a trattamento termico. Il trattamento termico di ammorbidimento dell'acciaio inossidabile di classe A è la ricottura, mentre il trattamento termico di ammorbidimento dell'acciaio inossidabile di classe B è la tempra. 

●Allo stato morbido, le proprietà meccaniche dei due tipi di acciaio inossidabile presentano una buona lavorabilità, in particolare con una buona lavorabilità per deformazione mediante stampaggio, adatta alla deformazione del processo di base di stampaggio, ma le caratteristiche del materiale dell'acciaio inossidabile rispetto al normale acciaio al carbonio sono molto diverse, anche se il materiale in acciaio inossidabile per imbutitura profonda, la plasticità verticale delle proprietà anisotropiche del valore è molto inferiore rispetto all'acciaio al carbonio normale e, allo stesso tempo, a causa dell'elevato punto di snervamento, l'indurimento per lavorazione a freddo è grave, quindi non solo nel processo di imbutitura profonda è facile produrre pieghe, ma il materiale della piastra nell'angolo concavo dello stampo della piegatura e della piegatura inversa causata dal rimbalzo, spesso nella parete laterale delle parti per formare una depressione o una flessione. Pertanto, per l'imbutitura profonda dell'acciaio inossidabile, è necessaria una forza di compressione molto elevata e richiede un'attenta regolazione dello stampo. 

A causa del fenomeno di tempra a freddo dell'acciaio inossidabile è molto forte, l'imbutitura profonda è facile da produrre rughe, quindi nel processo operativo effettivo, per adottare alcune delle seguenti misure al fine di garantire il regolare funzionamento dell'imbutitura profonda: generalmente in ogni imbutitura profonda dopo la ricottura intermedia, l'acciaio inossidabile non è come l'acciaio dolce può essere dopo 3 ~ 5 volte per la ricottura intermedia, di solito dopo ogni imbutitura profonda alla ricottura intermedia; deformazione di grandi parti imbutitura profonda, il finale Dopo l'imbutitura profonda e la formatura, da seguire con l'eliminazione del trattamento termico di stress interno residuo, altrimenti le parti imbutitura profonda produrranno crepe, per lo stress interno della specifica del trattamento termico è una temperatura di riscaldamento dell'acciaio inossidabile di 250 ~ 400 ℃, temperatura di riscaldamento dell'acciaio inossidabile B di 350 ~ 450 ℃, e quindi nell'isolamento della temperatura sopra 1 ~ 3 ore; L'utilizzo del metodo di imbutitura a caldo può ottenere risultati tecnici ed economici migliori, ad esempio, per l'acciaio inossidabile 1Cr18Ni9, riscaldato a 80 ~ 120 ℃, può ridurre l'indurimento del materiale e le tensioni interne residue, migliorare il grado di deformazione dell'imbutitura profonda e ridurre il coefficiente di imbutitura. Tuttavia, l'acciaio inossidabile austenitico riscaldato a temperature più elevate (300 ~ 700 ℃) non può migliorare ulteriormente il processo di stampaggio. Quando si imbutitura profonda di parti complesse, è consigliabile utilizzare una pressa idraulica, una pressa idraulica ordinaria e altre attrezzature, in modo che non si verifichino elevate velocità di imbutitura profonda (circa 0,15 ~ 0,25 m/s) sotto la deformazione, per ottenere risultati migliori. 

●Rispetto all'acciaio al carbonio o ai metalli non ferrosi, un'altra caratteristica dello stampaggio dell'acciaio inossidabile è l'elevata forza di deformazione e l'ampio ritorno elastico. Pertanto, per garantire la precisione delle dimensioni e della forma dei pezzi stampati, a volte è necessario aumentare la rifilatura, la correzione e il trattamento termico necessario. 

●Il limite di snervamento dell'acciaio inossidabile austenitico varia notevolmente tra le diverse varietà, pertanto, durante il processo di taglio e formatura, prestare attenzione alla capacità dell'attrezzatura di lavorazione. 

Prestazioni di processo di metalli non ferrosi e leghe

Per i metalli non ferrosi e le leghe nel processo di formatura a contatto con l'attrezzatura, la levigatezza della superficie degli stampi è un requisito più elevato. 

●Rame e leghe di rame. I tipi di rame e leghe di rame più comunemente utilizzati sono rame puro, ottone e bronzo. Il rame puro e l'ottone di grado H62 e H68 hanno un buon processo di stampaggio, mentre l'indurimento a freddo per H62 è più intenso rispetto all'H68. 

Il bronzo è utilizzato per la resistenza alla corrosione, per molle e componenti resistenti all'usura, e le prestazioni variano notevolmente a seconda del grado. In generale, il bronzo è meno resistente dell'ottone per lo stampaggio, mentre è più resistente dell'ottone per la tempra a freddo, richiedendo frequenti ricottura intermedie. 

La maggior parte dell'ottone e del bronzo allo stato caldo (600 ~ 800 ℃ al di sotto) ha un buon processo di stampaggio, ma il riscaldamento porterà molti inconvenienti alla produzione, e il rame e molte leghe di rame allo stato di 200 ~ 400 ℃, ma la plasticità rispetto alla temperatura ambiente ha una grande riduzione, e quindi in genere non si utilizza lo stampaggio allo stato caldo. 

●Leghe di alluminio. Le leghe di alluminio comunemente utilizzate nei componenti in lamiera sono principalmente alluminio duro, alluminio antiruggine e alluminio lavorato. 

L'alluminio antiruggine è principalmente una lega di alluminio-manganese o alluminio-magnesio. L'effetto del trattamento termico è molto scarso, solo la tempra a freddo ne migliora la resistenza. Presenta una resistenza moderata e un'eccellente plasticità e resistenza alla corrosione. L'alluminio duro e l'alluminio lavorato sono leghe di alluminio che possono essere rinforzate mediante trattamento termico. La maggior parte dell'alluminio lavorato è una lega di alluminio-magnesio-silicio, con elevata resistenza a caldo, scarso effetto di rinforzo dopo trattamento termico e buona plasticità allo stato ricotto, adatta per lavorazioni di stampaggio e forgiatura. L'alluminio duro è una lega di alluminio-rame-magnesio con elevata resistenza e buon effetto di rinforzo dopo trattamento termico. 

L'alluminio antiruggine può essere ricotto per ottenere la massima plasticità, mentre l'alluminio duro e l'alluminio lavorato possono essere ricotti e temprati per ottenere la massima plasticità. Presentano una maggiore plasticità allo stato temprato e migliori proprietà meccaniche complessive per lo stampaggio, consentendo quindi un processo di stampaggio migliore rispetto allo stato ricotto. 

L'alluminio duro e l'alluminio lavorato appartengono al gruppo di leghe di alluminio sottoposte a trattamento termico che possono rinforzare la lega. Hanno una caratteristica: dopo la tempra, con il passare del tempo, si rinforzano gradualmente, fenomeno chiamato "rinforzo per invecchiamento". Il rinforzo per invecchiamento ha un certo processo di sviluppo, la cui velocità varia da una lega all'altra. Poiché queste leghe di alluminio presentano le caratteristiche del rinforzo per invecchiamento, il processo di stampaggio di queste leghe di alluminio deve essere completato prima del completamento del rinforzo per invecchiamento; generalmente, l'officina richiede che il processo venga completato entro 1,5 ore dalla tempra. 

Nelle leghe di alluminio, le leghe di alluminio e magnesio (principalmente alluminio antiruggine) sono più temprate a freddo, quindi quando si utilizzano tali materiali per produrre parti complesse, di solito si esegue una ricottura intermedia da 1 a 3 volte. Dopo l'imbutitura profonda e la formatura, viene eseguita la ricottura finale per eliminare le tensioni interne. 

Per migliorare la lavorabilità, lo stampaggio viene utilizzato anche nella produzione di leghe di alluminio a caldo. Lo stampaggio a caldo viene utilizzato principalmente per materiali temprati a freddo. Dopo il riscaldamento (circa 100-200 °C), il materiale mantiene parte della sua tempra a freddo e migliora la sua plasticità, migliorando il grado di deformazione da stampaggio e la precisione dimensionale dei pezzi stampati. 

Durante lo stampaggio a caldo, la temperatura di riscaldamento deve essere rigorosamente controllata: una temperatura troppo bassa causerà crepe nei pezzi stampati, mentre una temperatura troppo alta causerà una forte riduzione della resistenza e la formazione di crepe. Durante il processo di stampaggio, lo stampo convesso tende a surriscaldarsi e, superando una certa temperatura, il materiale da stampare si ammorbidisce notevolmente e il pezzo imbutito si frattura. Mantenere la temperatura dello stampo convesso a un valore inferiore a 50~75 °C può migliorare il grado di deformazione durante l'imbutitura a caldo. Nello stampaggio a caldo, è necessario utilizzare lubrificanti speciali resistenti al calore. 

●Titanio e leghe di titanio. Il titanio e le leghe di titanio sono meno lavorabili, presentano maggiore resistenza, elevate forze di deformazione e un forte incrudimento a freddo e sono utilizzati principalmente per lo stampaggio a caldo, ad eccezione di alcuni gradi che possono essere stampati a freddo per parti con poca deformazione. La temperatura di riscaldamento per lo stampaggio a caldo è elevata (300-750 °C) e varia a seconda del grado. Una temperatura di riscaldamento troppo elevata renderà il materiale fragile e non favorirà lo stampaggio. Poiché il titanio è un elemento chimicamente molto attivo, la temperatura richiesta per la chimica di ossigeno, idrogeno e azoto non è elevata e i composti generati con ossigeno, idrogeno e azoto sono i principali fattori che causano fragilità, pertanto il riscaldamento del titanio e delle leghe è strettamente limitato. Quando è richiesta una lavorazione ad alta temperatura, questa deve essere eseguita in un gas protettivo o in un contenitore completamente protetto e a tenuta stagna per il riscaldamento integrale. Quando si utilizzano parti stampate in titanio e leghe di titanio, è necessario adottare la velocità di stampaggio più bassa possibile. 

Inoltre, il titanio può essere tagliato con metodi meccanici, come segatura, taglio ad acqua ad alta pressione, tornio, macchine utensili per il taglio di tubi, ecc., la velocità di taglio deve essere lenta, non utilizzare mai fiamma di ossigeno-acetilene e altri gas per il taglio tramite riscaldamento, ma non si dovrebbe nemmeno utilizzare il taglio con sega a ruota, per evitare la zona dell'incisione interessata dal calore dall'inquinamento del gas, allo stesso tempo, l'incisione sulla bava è troppo grande, ma anche per aumentare il processo di lavorazione della bava. 

I tubi in titanio e leghe di titanio possono essere piegati a freddo, ma il fenomeno del rimbalzo è evidente; solitamente a temperatura ambiente è due o tre volte superiore a quello dell'acciaio inossidabile. Pertanto, la piegatura a freddo dei tubi in titanio deve gestire il fenomeno del rimbalzo. Inoltre, il raggio di curvatura a freddo dei tubi in titanio non deve essere inferiore a 3,5 volte il diametro esterno del tubo. Per evitare la comparsa locale di un'ellitticità eccessivamente scarsa o il fenomeno della formazione di grinze, durante la piegatura a freddo è possibile riempire il tubo con sabbia di fiume asciutta e pressarlo con un martello di legno o di rame. Per la piegatura a freddo, è necessario aggiungere il mandrino. Per la piegatura a caldo, la temperatura di preriscaldamento deve essere compresa tra 200 e 300 °C. 

Per la flangiatura a 90°, si devono utilizzare tre serie di stampi da 30°, 60°, 90°, pressati in più fasi per evitare crepe.