Perché usare l’alto limite elastico R

Gli acciai ad alto limite elastico R (S690/900/1100)

L'acciaio è una lega incredibilmente resistente e versatile. Caratterizzato prevalentemente dalla presenza di ferro e carbonio all'interno della sua composizione chimica, l'acciaio è in grado di resistere in maniera eccezionale anche a fronte di carichi particolarmente elevati.
E non solo: la lega resiste perfettamente anche alla fatica e agli urti, essendo dotata di un ottimo compresso tra la tenacità (ossia la capacità di un materiale di assorbire l'energia per poi deformarsi plasticamente prima che avvenga la rottura) e la resistenza meccanica (vale a dire lo sforzo massimo che un materiale può sopportare, prima di giungere alla rottura).

Da queste caratteristiche si evince per quale motivo l'acciaio risulti uno dei materiali più impiegati, ad esempio, nel settore edilizio e nell'industria, dove la lega trova spazio per essere impiegata per gli usi più disparati. Tuttavia, vale la pena specificare che le proprietà sinora elencate variano a seconda delle lavorazioni della lega: in base alla presenza o meno di altri elementi chimici, i quali possono essere aggiunti appositamente per conferire all'acciaio nuove caratteristiche fisiche, la lega potrà presentare notevoli differenze dal punto di vista della tenacità, dell'elasticità, della resistenza all'usura, alla corrosione, alla fatica e via dicendo.

Tra le caratteristiche fisiche dell'acciaio in grado di mutare in base alla composizione chimica troviamo la tensione di snervamento, a cui si ricollega il discorso dell'elasticità e della deformazione plastica. La tensione di snervamento non è altro che il valore della tensione del materiale preso in esame (in questo caso l'acciaio) in cui il materiale stesso inizia a subire deformazioni plastiche. In questa fase il materiale passa dal mantenimento di un comportamento elastico pressoché reversibile ad un comportamento plastico specifico, quest'ultimo caratterizzato dal manifestarsi di deformazioni irreversibili.

Ciò significa che una volta superato il valore massimo della tensione di snervamento il materiale risulterà deformato in maniera definitiva, non potendo ritornare alla propria forma originaria. Il discorso, ovviamente, vale anche per l'acciaio, il quale possiede generalmente un limite elastico (espresso in kgf/m2) pari a 2,09 × 107÷8,36 × 107 (o 205÷820 megapascal).

In base a quanto descritto, si evince che in edilizia o nell'industria, a seconda dell'impiego, l'acciaio dovrà necessariamente risultare resistente agli sforzi, e dunque possedere un alto limite elastico R. Un acciaio caratterizzato da un'elevata resistenza alla tensione di snervamento è fondamentale, ad esempio, quando si tratta di dover realizzare costruzioni in cui vi è alta ripetitività dei cicli di sforzo, i quali insisteranno sulla struttura stessa. A questo punto entriamo più nel dettaglio e vediamo quali sono le caratteristiche specifiche dell'alto limite elastico R, per poi analizzare eventuali utilizzi e vantaggi dell'acciaio di tale tipologia.

Focus sull'alto limite elastico R

Iniziamo col descrivere le caratteristiche degli acciai dotati di alto limite elastico R, partendo dalla composizione chimica. Gli acciai di tale tipologia sono caratterizzati dal basso contenuto di zolfo e carbonio, con il primo tollerato sino ad un massimo di 0,05% dell'intera composizione della lega e il secondo mai superiore al 2,06%.

Lo zolfo presente negli acciai ad alto limite elastico R, per quanto riduca la tenacità dell'acciaio, è in grado di garantire un miglioramento decisivo della lavorabilità della lega, poiché i singoli trucioli risulteranno più friabili e facilmente asportabili durante la lavorazione.

Il carbonio, invece, è l'elemento chimico che influisce maggiormente dal punto di vista della durezza della lega: in base alla sua presenza nella composizione chimica dell'acciaio, infatti, la lega potrà presentarsi extra dolce (valori di carbonio tra lo 0,05% e lo 0,15%) o extra dura (carbonio tra lo 0,80% e lo 0,85%), con tutti i valori intermedi corrispondenti ai diversi gradi di durezza (dolci, duri, semidolci, semiduri, ecc...).

L'alto limite elastico è anche legato alla purezza dell'acciaio: leghe di questo tipo, infatti, risulteranno più pure dal punto di vista chimico, con una microstruttura a grano fine. Per quanto riguarda il processo di produzione, gli acciai di tale tipologia possono subire un particolare processo di laminazione (lavorazione che permette di ottenere una deformazione plastica di materiali vari, tra cui l'acciaio, per produrre tubi, barre e così via) in grado di garantire all'acciaio stesso l'ottenimento di un elevato limite elastico di snervamento.

Oltre a ciò, l'acciaio presentante un alto limite elastico godrà anche di una maggiore resistenza meccanica, oltre che presentare una buona resistenza alla fatica. Inoltre, va specificato che gli acciai ad alto limite elastico possono essere piegati a freddo anche a fronte di raggi di curvatura inferiori. Per calcolare il valore di limite elastico dell'acciaio è necessario fare affidamento su strumenti di misura particolarmente precisi e accurati, oltre che lasciare che sia uno specialista ad effettuare la misurazione del valore in questione.

Utilizzi e vantaggi degli acciai ad alto limite elastico

Dopo aver enunciato le varie caratteristiche tecniche dell'alto limite elastico, facendo riferimento alla composizione chimica e alle proprietà dell'acciaio, vediamo in che modo poter utilizzare il materiale in questione sfruttando i vantaggi ad esso correlati.

Abbiamo già chiarito come l'utilizzo di acciai ad alto limite elastico sia indispensabile per strutture caratterizzate da cicli di sforzo ripetitivi: in questi frangenti, infatti, il materiale deve dimostrarsi particolarmente resistente e in grado di raggiungere il punto di rottura, il che comporterebbe il crollo del corpo strutturale.

Tra i vantaggi degli acciai ad alto limite elastico si segnala la già citata resistenza meccanica e la tenacità, il tutto unito ad una deformabilità eccellente del materiale a freddo. Anche la saldabilità risulta particolarmente ottimale. Per quanto riguarda l'utilizzo della lega, l'acciaio trova spazio in tutte quelle strutture all'interno delle quali vi è la necessità non soltanto di godere di un livello elevato di resistenza, ma anche di poter fare affidamento su un peso contenuto.

Gli acciai ad alto limite elastico, infatti, pur presentando caratteristiche meccaniche vantaggiose, sono più leggeri rispetto alla media di molte altre leghe ferrose impiegate in edilizia o nell'industria. Ecco per quale motivo la lega in questione trova spazio nella realizzazione delle componenti per veicoli industriali e per macchine movimento terra, oltre che per la costruzione di scaffalature, elementi compositivi dei mezzi di sollevamento (es.: bracci meccanici) e via dicendo.

Infine, un vantaggio considerevole dell'acciaio ad alto limite elastico è dato dalla sua insensibilità al taglio termico; le caratteristiche meccaniche non cambiano nelle superfici/profili sottoposti a taglio ossitaglio/plasma/laser.