Acciaio al carbonio e acciaio inossidabile al confronto

Cosa si intende con acciaio al carbonio?

Il termine "acciaio al carbonio" ha due significati: una definizione tecnica e una classificazione più generale. La definizione tecnica è molto chiara: Secondo l'American Iron and Steel Institute (AISI), un acciaio deve soddisfare i seguenti standard per rientrare nella definizione tecnica di acciaio al carbonio:

• Non è specificato o richiesto un contenuto minimo di cromo, cobalto, columbio [niobio], molibdeno, nichel, titanio, tungsteno, vanadio o zirconio, o qualsiasi altro elemento da aggiungere per ottenere un effetto di lega desiderato
• Quando il minimo specificato per il rame non supera lo 0,40%
• Quando il contenuto massimo specificato per uno dei seguenti elementi non supera le percentuali indicate: manganese 1,65, silicio 0,60, rame 0,60.
  

La definizione tecnica, per quanto complessa, si riduce a un semplice vincolo: i veri acciai al carbonio devono essere quasi privi di elementi di lega, e quindi composti principalmente da due materiali: ferro e carbonio. La quantità di carbonio può variare e ci sono alcuni materiali di lega accettabili, ma questi acciai sono semplici.

Oltre alla definizione precisa, il termine "acciaio al carbonio" viene utilizzato anche per indicare l'ampio gruppo di acciai legati che non sono acciai inossidabili. A differenza degli acciai al carbonio, gli acciai a bassa lega possono contenere piccole quantità di un'ampia varietà di elementi di lega, rendendone possibile la personalizzazione per una maggiore varietà di applicazioni. Questi acciai, pur non soddisfacendo i requisiti tecnici dell'acciaio al carbonio, rappresentano il grande divario dell'acciaio: acciaio inossidabile contro tutto il resto.

Acciaio al carbonio e acciaio inossidabile (per definizione)

L'acciaio al carbonio, per definizione, è estremamente semplice. È ferro con un po' di carbonio ed elementi di lega limitati. Inoltre, tutti gli acciai che richiedono elementi di lega (come il 4140 e il 4340, ad esempio) non sono acciai al carbonio. Nell'ambito della definizione di acciaio al carbonio, i materiali possono essere definiti come acciaio a basso o ad alto tenore di carbonio. Gli acciai a basso tenore di carbonio sono estremamente comuni, mentre quelli ad alto tenore di carbonio sono utilizzati solo in ambienti ad alta resistenza e non corrosivi. L'acciaio 1020, un acciaio a basso tenore di carbonio, è uno degli acciai più popolari prodotti oggi.

L'acciaio al carbonio presenta proprietà meccaniche diverse in base al contenuto di carbonio. Gli acciai a basso tenore di carbonio sono più deboli e più morbidi, ma possono essere lavorati e saldati facilmente, mentre gli acciai ad alto tenore di carbonio sono più resistenti, ma molto più difficili da lavorare. Tutti gli acciai al carbonio sono suscettibili alla ruggine, il che li rende inadatti all'uso in un'ampia gamma di applicazioni finali. Nel complesso, l'acciaio al carbonio è eccellente se si cerca un metallo a basso costo, ma generalmente non è adatto a operazioni di produzione di alta qualità o di alta precisione.

Acciai a bassa lega (talvolta chiamati acciai al carbonio)

Gli acciai a bassa lega integrano uno o più elementi di lega (come cromo, cobalto, niobio, molibdeno, nichel, titanio, tungsteno, vanadio o zirconio) per migliorare le proprietà dei materiali degli acciai al carbonio tradizionali. Spesso sono più forti, più rigidi e leggermente più resistenti alla corrosione dei tradizionali acciai al carbonio.

Gli acciai legati sono definiti dai materiali di lega principali (oltre al carbonio). Il 4140, uno degli acciai legati più comuni, è un acciaio legato al cromo-molibdeno. Ciò significa che gli elementi di lega principali sono il cromo (che aumenta la resistenza alla corrosione) e il molibdeno (che aumenta la tenacità). Di conseguenza, il 4140 è utilizzato in applicazioni ad alta usura e a temperature elevate.

Oggi gli acciai legati sono uno degli acciai più utilizzati nell'industria. Sono lavorabili, economici, facilmente reperibili e possiedono buone proprietà meccaniche. Se un pezzo non deve essere resistente alla corrosione, gli acciai a bassa lega offrono il miglior rapporto qualità-prezzo.

Le proprietà che rendono l'acciaio legato vantaggioso da produrre con metodi convenzionali lo rendono meno valido per la stampa 3D. Poiché è facilmente lavorabile e acquistabile a basso costo, i costi intrinseci più elevati delle parti per la stampa 3D in metallo rendono questo processo economicamente insostenibile. Alcune aziende di stampa in metallo offrono acciai a bassa lega come il 4140, ma in genere sono rare.

Acciai inossidabili

Gli acciai inossidabili sono accomunati da una proprietà chiave del materiale: l'eccellente resistenza alla corrosione, attribuibile all'elevato contenuto di cromo (>10,5% in massa) e al basso contenuto di carbonio (<1,2% in massa). Oltre alla resistenza alla corrosione, le proprietà meccaniche di questi acciai possono variare notevolmente.

Gli acciai inossidabili austenitici sono il tipo più comune di acciaio inossidabile. Sono resistenti alla corrosione e possono essere facilmente lavorati e saldati, anche se non possono essere trattati termicamente. Il 303 e il 304 sono i tipi più comuni di acciai inossidabili austenitici, mentre il 316L è una variante che massimizza la resistenza alla corrosione. Questi acciai sono utilizzati in un'ampia gamma di operazioni e, grazie alla loro resistenza alle intemperie, si adattano praticamente a tutti i contesti. A causa dei costi più elevati, la stampa 3D in metallo può essere un metodo di produzione valido per queste parti.

Gli acciai inossidabili martensitici offrono migliori proprietà meccaniche rispetto agli acciai austenitici, a scapito della duttilità. Come gruppo, non hanno la versatilità generale degli acciai austenitici, ma la loro durezza ad alta resistenza abbinata alla resistenza ad una corrosione di gran lunga superiore a quella degli acciai basso-legati li rendono adatti a qualsiasi parte ad alta resistenza che si trovi in un ambiente ossidante. Inoltre, gli acciai martensitici possono essere trattati termicamente per aumentare ulteriormente la durezza, la resistenza e la rigidità.

Il 17-4 PH è un tipo particolarmente utile di acciaio inossidabile martensitico che può essere trattato termicamente per adattarsi a una vasta gamma di proprietà dei materiali. Grazie alla sua elevata durezza e alla sua bassissima lavorabilità, spesso è più conveniente stampare in 3D rispetto alla lavorazione a macchina. Per saperne di più sulla stampa 3D di parti in metallo, visitare Markforged Metal X.

Acciaio al carbonio e acciaio inossidabile al confronto: il verdetto finale

Il dibattito tra acciaio al carbonio e acciaio inossidabile è un po' più complicato di quanto si pensasse originariamente, poiché l'acciaio al carbonio può riferirsi a due diversi tipi di acciaio: l'acciaio al carbonio tradizionale e l'acciaio a bassa lega.

Rispetto all'acciaio a basso tenore di carbonio, l'acciaio inossidabile offre un enorme miglioramento in termini di resistenza, durezza e, soprattutto, resistenza alla corrosione. L'acciaio ad alto tenore di carbonio offre una resistenza che compete e talvolta supera quella dell'acciaio inossidabile, ma è in gran parte un materiale di nicchia nel mondo della produzione. A differenza dell'acciaio al carbonio, l'acciaio inossidabile può sopravvivere e prosperare, senza ossidazione, in ambienti corrosivi o umidi. Detto questo, l'acciaio al carbonio è molto più economico dell'acciaio inossidabile e più adatto a componenti strutturali di grandi dimensioni, come tubi, travi e lamiere laminate.

L'acciaio a bassa lega è superiore all'acciaio al carbonio nella maggior parte dei casi, ma non presenta tuttavia resistenza alla corrosione. È in grado di eguagliare efficacemente le proprietà dei materiali dell'acciaio inossidabile; di conseguenza, leghe come il 4140 e il 4340 sono spesso lavorate e utilizzate in molte applicazioni in cui una minima ossidazione non arreca danno. L'acciaio inossidabile è un materiale di qualità superiore, meglio utilizzato nelle operazioni industriali, dove non si può scendere a compromessi sulla qualità delle parti.