Cos'è l'acciaio 1144? Proprietà, composizione, lavorabilità e applicazioni ingegneristiche

L'acciaio 1144 ha un ruolo molto specifico e spesso incompreso nella produzione quotidiana. Non si tratta di un acciaio strutturale al carbonio generico e non viene scelto per lavorazioni pesanti o saldature. Al contrario, l'1144, spesso chiamato Stressproof® in commercio, è prodotto per uno scopo principale: essere utilizzato per lavorazioni di alta precisione con poche distorsioni.

Dal punto di vista ingegneristico, l'1144 è un acciaio a medio tenore di carbonio, facile da lavorare e con un elevato rapporto resistenza/peso. L'1144 viene solitamente fornito in uno stato trafilato a freddo e sottoposto a stress, a differenza di gradi a basso tenore di carbonio come il 1018, che sono facili da lavorare ma possono muoversi dopo la rimozione del materiale. Questo controllo delle tensioni interne è molto importante per i pezzi CNC con tolleranze strette, dove le dimensioni, la rotondità e la rettilineità devono rimanere invariate dopo la sgrossatura e la finitura.

L“1144 ha un valore diverso dall'acciaio 1045. Il 1045 è un materiale con una buona temprabilità, ma spesso necessita di lavorazioni aggiuntive, come il trattamento termico dopo la lavorazione, per essere stabile come altri materiali. L”1144, invece, è fatto per essere lavorato "come ricevuto", il che riduce le operazioni secondarie, il tempo di ciclo e il rischio di produzione complessivo.

Questa guida analizza l'acciaio 1144 da un punto di vista ingegneristico. A tal fine, analizza la sua chimica potenziata dallo zolfo, misura i suoi vantaggi nella lavorazione e fornisce un quadro chiaro di quando utilizzarlo.

Che cos'è l'acciaio 1144? - Definizione e classificazione del materiale

L'acciaio 1144 è un acciaio al carbonio a medio tenore di carbonio, risolfatato, creato appositamente per la lavorazione di precisione.

• Standard: AISI/SAE 1144 e UNS G11440 sono i nomi di questi prodotti.

• Il fattore “a prova di stress”: Nel mondo degli affari, 1144 equivale a “Stressproof”, un marchio registrato di Niagara LaSalle. Questo perché viene sottoposto a un processo unico di lavorazione a freddo e di riduzione delle tensioni. In questo modo si ottiene un'elevata resistenza (circa 100 ksi di snervamento) senza dover ricorrere a tempra e rinvenimento.

Com'è l'1144 rispetto ad altri acciai al carbonio

L'1144 si colloca al centro della famiglia degli acciai al carbonio, con un contenuto di carbonio compreso tra 1018 e 1045. Tuttavia, si comporta in modo diverso.

• Il 1144 è molto più forte e duro del 1018.

• Rispetto alla 1045, la 1144 rinuncia a una certa duttilità e saldabilità a favore di una migliore lavorabilità e di una minore tensione residua.

Il 1144 non è un acciaio strutturale che può essere utilizzato per molte cose. Non è adatto alla saldatura e alla formatura. Ha uno scopo ben preciso: essere un materiale preciso per alberi, ideale per la tornitura CNC, dove la finitura superficiale e la rettilineità sono molto importanti.

Perché lo zolfo e il manganese sono importanti nella composizione chimica

Il valore ingegneristico dell'1144 deriva da uno squilibrio chimico che è stato pianificato. Aggiunge elementi che aiutano a tagliare, pur mantenendo la resistenza.

Tabella 1: Composizione chimica normale (wt%)

La funzione delle inclusioni di zolfo e MnS

L'elevato contenuto di zolfo (circa 0,30%) è ciò che lo distingue. Zolfo e manganese si combinano per formare inclusioni di solfuro di manganese (MnS) che si diffondono nella matrice dell'acciaio durante la solidificazione.

• Rottura del chip: Queste inclusioni aumentano lo stress all'interno del truciolo, che si rompe in riccioli piccoli e maneggevoli invece che in lunghi cordoni.

• Lubrificazione: Contribuiscono a mantenere un movimento fluido tra l'utensile e il truciolo riducendo il calore e l'attrito.

• Il compromesso: Queste inclusioni interrompono la continuità dell'acciaio, rendendolo molto meno resistente, duttile e saldabile in generale.

Proprietà meccaniche: Resistenza senza riscaldamento

Il profilo meccanico del 1144 mostra che è stato realizzato per essere subito molto resistente.

Proprietà meccaniche normali (trafilate a freddo e sottoposte a stress)

Tabella 2: Confronto delle proprietà meccaniche

Nota: Questi valori sono normali per barre da 1 pollice. Il carico di snervamento del 1144 è quasi il doppio di quello del 1018.

Cosa significa per l'ingegneria

• Non è necessario alcun trattamento termico; L'1144 viene solitamente utilizzato così com'è. Non è necessario inviare i pezzi per la tempra e il rinvenimento, il che consente di risparmiare tempo e denaro e di evitare che i pezzi si deformino a causa del calore.

• Resistenza all'usura: Ha una durezza di circa 25 HRC, il che significa che può sopportare una certa usura su alberi e perni senza dover essere temprato in superficie (anche se può essere temprato a induzione).

Lavorabilità dell'acciaio 1144: il preferito dai CNC

Molti pensano che l'1144 sia uno degli acciai al carbonio più facili da lavorare.

Perché è fantastico

• Controllo del chip: Le inclusioni di MnS fanno sì che i trucioli si rompano in piccoli pezzi. Questo è molto importante per i torni CNC automatizzati e le macchine svizzere, perché i trucioli che si annidano possono bloccare la produzione.

• Finitura superficiale: Taglia in modo netto con pochi strappi, lasciando ottime finiture superficiali (Ra) già dall'utensile.

• Durata dell'utensile: Rispetto al 1045, gli inserti in metallo duro durano molto di più perché hanno forze di taglio inferiori e lubrificazione interna.

Regole per la lavorazione CNC

• Velocità: L'1144 può essere utilizzato a velocità superficiali (SFM) più elevate rispetto ai normali acciai al carbonio.

• Alimentazione: Può gestire velocità di avanzamento elevate senza perdere la finitura.

• Liquido di raffreddamento: I normali refrigeranti idrosolubili sono ottimi per il lavaggio dei trucioli.

Proprietà del trattamento termico e dello stress

Il 1144 contiene una quantità di carbonio sufficiente per essere trattato termicamente, ma il motivo principale per cui è prezioso è il processo di riduzione delle tensioni che avviene al mulino.

Il vantaggio “a prova di stress

Il processo di trafilatura lascia molte tensioni residue nell'acciaio standard trafilato a freddo. Queste tensioni si liberano quando si esegue una cava per chiavetta in un albero trafilato a freddo, il che fa sì che l'albero si pieghi o si torca.
1144 (Stressproof) viene sottoposto a uno speciale tiraggio pesante e poi a una ricottura per alleviare lo stress.

• Risultato: La barra è ancora molto resistente, ma presenta uno stress residuo molto ridotto.

È possibile lavorare forme complicate, tagli pesanti non simmetrici o lunghe cave per chiavette, e il pezzo rimarrà dritto e in tolleranza.

È possibile trattare termicamente il 1144?

• Non consigliato: Indurimento passante. L'elevato contenuto di zolfo nella tempra può causare cricche.

• Tempra superficiale: Molto buona. La tempra a induzione funziona molto bene sull'1144. L'elevato contenuto di carbonio rende la superficie sufficientemente dura da resistere all'usura, mentre il nucleo rimane resistente. È perfetto per le parti di movimento lineare e gli alberi dei motori.

Scelta tra acciaio 1144 e 1045 per l'ingegneria

Il problema più comune quando si progetta un albero è decidere tra 1144 e 1045.

Tabella 3: Matrice di decisione per 1144 vs. 1045

La regola della decisione:

• Pick 1144 se si ha bisogno di alta resistenza e precisione subito dopo la macchina e se non si salda. L'eliminazione del trattamento termico e delle operazioni di raddrizzamento compensa il costo aggiuntivo del materiale.

• Se è necessario saldare il pezzo o si prevede di trattarlo termicamente per ottenere determinate proprietà, scegliere 1045.

Usi comuni dell'acciaio 1144

Il 1144 è il materiale migliore per le parti di macchine rotanti.

• Alberi motore: È molto importante che siano forti e dritti.

• Aste di guida lineare: Spesso vengono induriti per induzione per farli durare più a lungo contro i cuscinetti.

• Viti di piombo: I profili di filettatura devono essere lavorati con grande attenzione.

• Perni e boccole: Quando la capacità di carico è superiore a quella di 1018.

• Alberi della pompa: Non vibrano perché rimangono della stessa dimensione.

Limiti della progettazione e dell'ambiente

L'1144 ha dei limiti difficili da superare, anche se funziona bene.

1. Saldabilità: Il problema principale

Non saldare l'1144.
Poiché contiene molto zolfo, provoca il “cortocircuito a caldo” (cricche nel cordone di saldatura) e la porosità. Le proprietà meccaniche nella zona termicamente alterata (ZTA) peggioreranno notevolmente. Usate il 1045 o il 1018 se dovete saldare.

2. Resistenza alla ruggine

L'1144, come tutti gli acciai al carbonio, non resiste da solo alla corrosione.

• Rischio: In condizioni di umidità si arrugginisce subito.

• Correggere: È necessario proteggere i pezzi mediante oliatura, ossido nero, zincatura o verniciatura. Tenete presente che le inclusioni di zolfo possono talvolta ostacolare le finiture di placcatura di alta qualità.

3. Forza quando si è stanchi

Le inclusioni di solfuro sono forti, ma agiscono come riservisti delle tensioni, abbassando un po' il limite di fatica rispetto ad acciai più puliti come il 4140.

Riassunto - Lezioni importanti di ingegneria

L'acciaio 1144 è un materiale speciale che risolve i problemi di produzione di oggetti economici e precisi.

Punti importanti:

• Non saldare, ma lavorare: Ottimo per il taglio, pessimo per la saldatura.

• Pronto all'uso: Fornisce una resistenza allo snervamento di circa 100 ksi senza bisogno di essere riscaldato.

• Rimane dritto: Lo stato di distensione riduce la deformazione durante la lavorazione.

• Superficie temprabile: Può essere indurito per induzione per le superfici soggette a usura.

Spesso gli ingegneri possono saltare intere fasi del processo (come il trattamento termico, la raddrizzatura e la rettifica) quando specificano l'1144. Questo riduce il costo totale del pezzo, anche se le materie prime sono più costose.

FAQ

D: L'acciaio “Stressproof” è uguale all'acciaio 1144?
R: Sì, in un certo senso. “Stressproof” è un marchio per un certo tipo di barre 1144 trafilate a freddo e sottoposte a stress, protetto da un marchio. È possibile acquistare barre 1144 generiche, ma Stressproof garantisce determinate proprietà meccaniche, come un carico di snervamento di 100 ksi.

D: È possibile saldare l'acciaio 1144?
R: No. A causa dell'elevato contenuto di zolfo, si ritiene che non sia saldabile perché può creparsi. Se dovete unirlo, usate viti, incastri a pressione o colla.

D: L'1144 arrugginisce?
R: Sì. Questo acciaio al carbonio non contiene cromo. Ha bisogno di olio, placcatura o vernice per non arrugginire.

D: L'1144 è più forte del 1018?
R: Sì, molto. La resistenza allo snervamento dell'1144 è solitamente di circa 100.000 psi, mentre quella del 1018 è di circa 54.000 psi. È quasi il doppio più resistente.

D: È possibile cementare il 1144?
R: Sì, ma nella maggior parte dei casi viene temprato a induzione. Ha già 0,44% di carbonio, quindi ha abbastanza carbonio per indurirsi da solo senza aggiungerne altro (carburazione).