Claudiosirta

La lavorazione acciaio è una componente enorme dell’attività industriale: basti pensare a quanti sono gli oggetti, nella nostra stessa vita quotidiana, composti in tutto o in parte proprio di questo materiale. Questa lega fra ferro e carbonio, fin dalla sua scoperta, è infatti stata preferita agli altri materiali, metalli o leghe, per una vastissima gamma di produzioni e applicazioni, proprio per le sue eccezionali qualità meccaniche, che ne hanno fatto il protagonista indiscusso, nonchè l’elemento essenziale, della seconda rivoluzione industriale, e quindi in un certo senso dell’aspetto del mondo odierno.
Tali caratteristiche hanno origine in due differenti elementi, che concorrono a creare i diversi tipi di acciaio – che sono molteplici e hanno in effetti applicazioni molto differenti, fatto normale se consideriamo che l’acciaio viene utilizzato tanto per produrre coltelli affilatissimi quanto per costruire le armature interne del cemento con cui sono costruiti i grattacieli.
Il primo di questi elementi è la composizione reale dell’acciaio in questione – che non è limitata al ferro e al carbonio, ma prevede anche l’introduzione di piccole quantità di altre sostanze chimiche, il cui effetto va ad alterare le proprietà meccaniche dell’acciaio stesso: in questo modo, aggiunte di cromo nella lega aumentano la resistenza, aggiunte di tungsteno la durezza, aggiunte di rame proteggono dalla corrosione… la varietà di possibili aggiunte è amplissima.
Il secondo elemento che permette la grande varietà di applicazioni di questa lega (o, visto quanto appena detto, di queste molteplici leghe che condividono il nome di “acciai” e sono rese diverse solo da piccole variazioni della composizione chimica) è quello, appunto, della lavorazione acciaio. Nel caso specifico, esamineremo oggi due trattamenti termici applicabili all’acciaio: si tratta di cicli particolari, per temperature e tempistiche, di riscaldamento e raffreddamento del materiale, che vanno a modificarne la struttura cristallina, con effetti spesso macroscopici sulle proprietà meccaniche.
RINVENIMENTO
A seguito di quella che è forse la lavorazione acciaio più nota, la tempra, che aumenta la durezza del materiale, si ha spesso un effetto collaterale di per sè normalissimo, ma negativo per le applicazioni, ossia l’aumento, talvolta eccessivo per l’applicazione desiderata, della fragilità del materiale. Proprio per recuperare, anche se a scapito di parte della durezza ottenuta con la tempra, un livello di fragilità inferiore, Il riscaldamento a specifiche temperature, e successivo raffreddamento controllato, permettono di ripristinare la struttura cristallina del materiale in modo che sia meno fragile ma mantenga un grado significativo di durezza.
RICOTTURA
La lavorazione acciaio definita di ricottura si conduce in forni industriali, come ad esempio i forni a carro, e si compone di una fase di riscaldamento sotto la temperatura di fusione seguita da un lento raffreddamento. Il suo scopo è quello di preparare l’acciaio alle successive fasi di lavorazione, nello specifico migliorando almeno uno, o idealmente tutti, gli equilibri dell’acciaio: quello chimico, per migliorare l’omogeneità del materiale, quello strutturale, per trasformare le fasi dell’acciaio dette metastabili, che esibiscono particolari caratteristiche come l’austenite, e quello meccanico, per ridurre le tensioni interne. Il risultato è in generale un acciaio più dolce ed omogeneo, nel quale la lavorabilità è migliorata, e la struttura cristallina non presenta difetti.

I forni a carro sono una precisa tipologia di impianti industriali, e rivestono un ruolo di fondamentale importanza nelle lavorazioni tipiche del settore metallurgico e siderurgico. Le caratteristiche costruttive specifiche dei forni a carro li rendono specialmente adatti a sottoporre a trattamenti termici una vasta gamma di prodotti siderurgici e particolari meccanici di grande peso e dimensioni, come carpenterie, raccordi, curve e flange di ancoraggio Tali trattamenti, che prevedono il raggiungimento delle temperature altissime di cui questi forni industriali sono capaci, hanno lo scopo di alterare, in definitiva, quella che è la struttura molecolare del metallo stesso, il che permette di conferirgli proprietà particolarmente desiderabili per gli utilizzi che se ne faranno.
Quali sono le caratteristiche di un forno a carro?
Due sono le parti essenziali che vanno a costituire l’impianto industriale che definiamo “forno a carro”: una parte fissa o struttura, e una parte mobile o, appunto, carro.
La prima parte, o struttura fissa, è composta dell’esterno del forno, che è normalmente costruito in metallo, e dell’interno, che prende il nome di camera, ed è l’ambiente dove si sviluppano le elevate temperature (dai 400° ai 1300° Celsius) necessarie appunto all’applicazione dei trattamenti termici. Essendo naturalmente necessario impedire che il calore sviluppato nella camera si disperda all’esterno, questa viene ricoperta di materiale isolante per coibentarla; solitamente si usano o mattoni refrattari o pannelli ceramici in grado di contenere il calore. Il riscaldamento a tali livelli della camera viene affidato o a resistenze elettriche o a serie di bruciatori, che possono essere a gas o a gasolio. La camera viene riscaldata a tali elevatissime temperature da bruciatori a gas o gasolio, oppure da una serie di resistenze elettriche.
La parte mobile, o carro, che come abbiamo visto dà il nome all’impianto stesso, ha invece la funzione di contenere e sostenere il peso di tutti i prodotti siderurgici che devono essere appunto sottoposti al trattamento termico in questione. Prende tale nome in quanto capace di spostarsi dentro e fuori dalla struttura fissa appena delineata, scorrendo su rotaie o cremagliere, o venendo trainata da un sistema di funi di metallo. Tale carro entra ed esce dalla struttura fissa che abbiamo appena descritto muovendosi su rotaie o cremagliere, oppure trainato da funi metalliche.
Fra i trattamenti termici che si possono effettuare nei forni a carro ha un ruolo importante la “ricottura”, che viene praticata fondamentalmente su rame e acciai per renderli omogenei e facilitarne la lavorazione. La ricottura si svolge in tre fasi:
-Riscaldamento: In questa fase, il materiale metallico viene riscaldato nella camera fino a poco sotto la temperatura di fusione ;
-Attesa: la temperatura raggiunta viene mantenuta stabile per un numero di ore dipendente dallo spesso del pezzo metallico che sta venendo sottoposto al trattamento;
-Raffreddamento: Il raffreddamento viene condotto lentamente, dentro il forno, per una prima fase, fino ai 600°, o anche 300° Celsius, per consolidare la nuova struttura chimica, e successivamente all’aria, molto più rapidamente.
L’effetto del trattamento termico di ricottura (del quale abbiamo delineato la tipologia principale, che prende anche il nome di ricottura completa, o profonda; ne esistono altre varianti) è, come abbiamo detto, quelli di indurre numerose variazioni strutturali del metallo trattato in forno. Tali variazioni conferiscono al materiale svariati effetti desiderabili per la sua lavorazione:
-Aumento della duttilità, che è la capacità di un materiale di deformarsi, quando sottoposto a trazione, prima di rompersi. La duttilità del metallo permette ad esempio di ridurlo in fili tanto più lunghi e sottili quanto più essa è elevata.
-Omogeneizzazione generale della struttura interna; Il metallo presenta delle strutture reticolari, e la ricottura le riallinea. Tale effetto elimina le imperfezioni che possono essere derivate da uno stress meccanico, e prepara il metallo a ricevere efficacemente ulteriori tipi di lavorazione.
-Possibilità di lavorazione a freddo: tale procedura consiste nell’irrobustire e indurire il metallo portandolo ad un punto di stress molto vicino alla rottura e fermandosi subito prima della stessa.

La lavorazione delle lamiere presenta una larga varietà di possibilità; e sono proprio i molti processi a cui può essere sottoposta che rendono questo materiale, che di per sé è piuttosto semplice, così versatile e adatto a quella gamma vastissima di applicazioni in cui vediamo utilizzare ogni giorno la lamiera metallica.
All’origine, infatti, tutte le lamiere – che a noi possono parere tanto diverse una volta che sono state installate e hanno raggiunto la loro collocazione definitiva, ora nel campo dell’edilizia, ora in quello dell’arredo o del design – vengono realizzare a partire dallo stesso tipo di materiale, e solo le lavorazioni che subiranno le renderanno adatte a rinforzare un tetto oppure a diventare lo “chassis” di un elettrodomestico. Il materiale originario di cui parliamo è un semplicissimo blocco di acciaio, che prende il nome di bramma. Venendo fatto passare attraverso una serie di rulli, progressivamente più vicini fra loro, il blocco o bramma subisce un processo che si definisce “laminazione a caldo”, ossia si assottiglia fino a prendere l’aspetto, appunto, della lamiera: i grandi fogli di metallo che tutti conosciamo. È a questo punto che entrano in gioco i tanti e diversi tipi di lavorazione delle lamiere che le rendono finalmente adatte alle applicazioni più diverse. Fra i tanti esistenti, evidenziamone alcuni:
Tranciatura
La tranciatura è una lavorazione della lamiera che, con un procedimento molto preciso, permette di praticare sul foglio di lamiera dei fori, oppure di separarne dei pezzi, già lavorati e pronti, come piastrine e altre minuterie metalliche. Fra i suoi vantaggi ci sono sicuramente il costo, che è ragionevolmente ridotto, e soprattutto la rapidità, che può essere molto siginficativa. Il procedimento di lavorazione avviene tramite l’azione di un punzone, che preme la lamiera su una matrice fino a tagliarla precisamente nella forma prevista; per evitare incurvature della lastra, viene applicata l’azione di un dispositivo definito premi-lamiera. Il materiale esce dal macchinario già pronto all’utilizzo finale, libero da bave di lavorazione e sfridi.
Burattatura
La burattatura è una lavorazione superficiale a scopo di finitura; oltre che sui metalli, dove viene utilizzata ad esempio proprio per le minuterie in lamiera, viene spesso adoperata anche per la pietra e il vetro. Questa lavorazione della lamiera viene praticata facendo rotolare i pezzi gli uni sugli altri, all’interno di un tamburo o cilindro rotante, insieme a detergenti e a sostanze abrasive che possono andare da granelli di sabbia, a schegge di metallo, a frammenti di ceramica. Questo meccanismo, di per sé molto semplice, permette di ottenere un’abrasione superficiale dei pezzi, e quindi innanzitutto di pulirli e liberarli da eventuali bave o residui di lavorazioni precedenti, e secondariamente di lucidarli o di opacizzarli, oppure semplicemente di prepararli a lavorazioni ulteriori. La lavorazione è purtroppo di lunga durata (anche diverse ore), dipendendo dai risultati desiderati e della tipologia dei pezzi da trattare. Il procedimento ha dalla sua il vantaggio di essere molto economico (non richiede alcun intervento dell’operatore una volta caricati i pezzi), ma contemporaneamente il grande svantaggio di non poter essere limitato ad una parte della superficie dei pezzi, che vengono trattati interamente.
Zincatura
La zincatura è una lavorazione delle lamiere a scopo di protezione. Il trattamento fornisce infatti due livelli di tutela della superficie del materiale: la prima dall’abrasione, e la seconda dalla corrosione. Consiste nel ricoprire di un sottilissimo strato di zinco la superficie della lamiera, e due sono le modalità per ottenere tale risultato: quella galvanica a caldo, dove gli oggetti vengono immersi in un bagno di zinco fuso, e quella elettrolitica a freddo, dove il materiale viene immerso in un bagno elettrolitico con sali di zinco, ed è l’azione della corrente a fare depositare quest’ultimo sulla superficie della lamiera.
Insieme alla verniciatura, ala fresatura, all’insertatura e a tante altre, sono queste le lavorazioni che fanno di un materiale già tanto versatile come la lamiera un elemento onnipresente nell’edilizia, nel design e nell’arredo, permettendo di ottenerne ora strutture solide, robuste e resistenti, ora elementi lucidi e di forma elegante.