Tecniche di fabricazione di leghe metalliche per strutture di custruzzione
In u mondu mudernu di a custruzzione, u bisognu di materiali forti, durevuli è efficienti cuntinueghja à cresce. Una di e risposte principali à questu bisognu hè e leghe - metalli fatti mischjendu dui o più elementi, di solitu per ottene migliori proprietà meccaniche è resistenza ambientale cà i metalli puri. In e strutture di custruzzione, e leghe sò aduprate in telai d'acciaiu, giunti, piastre, colonne, travi, cavi è ancu elementi di fissaggio. Questu articulu discute e tecniche di fabricazione di leghe pertinenti à l'applicazioni strutturali di custruzzione, da a selezzione di a cumpusizione à i prucessi di furmazione è i testi di qualità.
1. Principii basi di e leghe metalliche in a custruzzione
I metalli puri cum'è u ferru o l'aluminiu anu limitazioni: ponu esse troppu morbidi, si corrodenu facilmente, o esse instabili à certe temperature. Cù e leghe, i pruduttori ponu cuntrullà e proprietà di u materiale, per esempiu:
– Resistenza à a trazione è resistenza à u snervamentu (impurtante per a resistenza à u caricu).
– Duttilità per ùn rompe si facilmente.
– Durezza per a resistenza à l'usura.
– Resistenza à a corrosione per ambienti umidi, custieri o industriali.
– Capacità di saldatura è di fabricazione per un assemblaggio faciule in situ.
In e strutture di custruzzione, e leghe più cumuni sò:
– Acciaiu à u carbone è acciaiu à bassa lega per travi è colonne.
– Acciaiu inox per ambienti corrosivi o disinni architettonichi.
– Leghe d'aluminiu per facciate, telai leggeri è certi elementi non strutturali.
2. Cuncepimentu di a cumpusizione di a lega
E tecniche di fabricazione di leghe cumincianu sempre cù u disignu di a cumpusizione. L'ingegneri metallurgichi determinanu quali elementi aghjunghje secondu l'ubbiettivi di prestazione è di costu. Esempi di roli di l'elementi:
– U carbone (C) in l'acciaiu aumenta a resistenza è a durezza, ma l'eccessu pò riduce a saldabilità.
– U manganese (Mn) aiuta à aumentà a resistenza è lega u zolfu riducendu cusì a fragilità.
– U cromu (Cr) aumenta a resistenza à a currusione è à l'ossidazione.
– U nichel (Ni) aumenta a tenacità, soprattuttu à basse temperature.
– U molibdenu (Mo) aumenta a resistenza à u creep è à certe corrosioni.
– U siliciu (Si) aiuta u prucessu di disossidazione è pò aumentà a forza.
In e leghe d'aluminiu, elementi cum'è Mg, Si, Zn, Cu sò selezziunati per aumentà a resistenza o a corrosione, tenendu sempre contu di a facilità di estrusione è di saldatura.
3. Tecniche di fusione è di raffinazione
A pruduzzione di leghe à scala industriale hè generalmente realizata per mezu di un prucessu di fusione in un fornu, seguitu da una purificazione per eliminà l'impurità.
a) Altofornu è Fornu à Ossigenu Basicu (BOF)
Per l'acciaiu di custruzzione in massa, a via classica implica:
1. L'altu fornu (altu fornu) produce ferru fusu (metallu caldu) da u minerale di ferru.
2. BOF (fornu à ossigenu basicu) cunverte u ferru fusu in acciaio soffiendu ossigenu per riduce u cuntenutu di carbone è eliminà l'impurità.
Questa strada hè adatta per a grande pruduzzione cum'è i profili d'acciaiu strutturale.
b) Fornu à arcu elettricu (EAF)
I fusori di scaldabagno elettrici (EAF) sò largamente usati per u riciclaggio di rottami è a pruduzzione di diversi gradi d'acciaio. I so vantaghji includenu:
– Più flessibilità per u cuntrollu di a cumpusizione.
– Adattu per a pruduzzione di certi acciai legati.
– Più faciule d'adattà a qualità à i bisogni di u prugettu.
c) Raffinazione secundaria (metallurgia secundaria)
Per chì l'acciaiu rispetti i standard di a struttura di l'edifiziu, si effettuanu ulteriori trattamenti cum'è:
– Disossidazione (riduzione di l'ossigenu dissoltu) per impedisce a porosità.
– Desulfurazione (riduzione di u zolfu) per aumentà a tenacità.
– Degassazione à u vuotu (eliminazione di gasi cum'è l'idrogenu) per impedisce a cracking di l'idrogenu è i difetti interni.
– Aggiunta precisa di elementi di lega per assicurà proprietà di materiale consistenti.
A tappa di raffinazione secundaria hè particularmente impurtante per l'acciai à alta resistenza o l'acciai chì saranu saldati in situ.
4. Tecniche di fusione è furmazione iniziale
Una volta chì a cumpusizione hè adatta, u metallu fusu hè furmatu in una forma semi-finita.
a) Colata cuntinua
Oghje, a fusione cuntinua hè u metudu duminante. L'acciaiu fusu hè versatu in lastre, blumi o billette cuntinuamente, poi tagliatu à lunghezza. I so vantaghji:
– Alta efficienza.
– Microstruttura più uniforme.
– Riduce i difetti paragunatu à a fusione tradiziunale di lingotti.
b) Fusione di lingotti (menu cumuna)
Adupratu per certe applicazioni specializate, ma hè più propensu à a segregazione di l'elementi di lega è richiede un trattamentu supplementu.
5. Furmatura termomeccanica: laminazione, forgiatura è estrusione
E forme strutturali cum'è e travi à I, e travi à H, i canali à C, e piastre o e barre di rinforzu richiedenu un prucessu di furmazione.
a) Laminazione à caldu
A lastra o u fiore hè riscaldatu è poi laminatu in:
– Piastre per cunnessione è piastre di basa.
– Profili strutturali (H, I, U, L) per travi è colonne.
– Barre è vergelle metalliche per u fissaggio di elementi.
A laminazione à caldu aiuta ancu à affinà a struttura di u granu è à migliurà e proprietà meccaniche.
b) Laminazione cuntrullata / TMCP (Trasfurmazione cuntrullata termomeccanica)
Questa hè una tecnica impurtante per l'acciai à alta resistenza è bassa lega. Cuntrullendu a temperatura è a riduzione durante a laminazione, i pruduttori ottenenu:
– Grani più fini (affinamentu di i grani).
– Alta resistenza senza aumentà troppu u cuntenutu di carbone.
– Saldabilità migliorata, adatta per a custruzzione di ponti è edifici alti.
c) Forgiatura
Adupratu per cumpunenti chì necessitanu una alta tenacità, cum'è flange speciali, ancoraggi o cumpunenti di cunnessione per impieghi gravosi. A forgiatura migliora l'orientazione di i grani di u metallu è riduce i pori interni.
d) Estrusione (solu aluminiu)
I profili in alluminio per facciate è telai leggeri sò fabbricati per estrusione: i billette sò riscaldati è poi spinti à traversu una matrice per pruduce profili cumplessi è leggeri.
6. Trattamentu termicu (trattamentu termicu) per regulà e proprietà
U trattamentu termicu hà per scopu di cambià a microstruttura in modu chì e proprietà finali currispondenu à i requisiti di cuncepimentu.
In acciaio di custruzzione:
– A nurmalizazione migliora l'uniformità strutturale è a tenacità.
– A tempra è u rinvenimentu (Q&T) produce una resistenza elevata, spessu aduprata nantu à certi cumpunenti chì necessitanu una resistenza più grande.
– L'alleviamentu di e tensioni riduce e tensioni residue risultanti da a saldatura o a formatura.
In certe leghe d'aluminiu:
– U trattamentu termicu in suluzione è l'invecchiamentu (per esempiu, a serie 6xxx o 7xxx) aumentanu a resistenza per via di a precipitazione.
A scelta di u trattamentu termicu deve tene contu di a resistenza à e crepe, di a saldabilità è di e prestazioni à longu andà.
7. Tecniche di miglioramentu di a resistenza à a corrosione per l'ambienti di l'edifizii
E strutture di l'edifizii sò spessu esposte à a pioggia, à l'umidità, à u sale (custieru) o à l'inquinanti industriali. Dunque, in più di sceglie a lega adatta, si applicanu tecniche di prutezzione:
– A galvanizazione (rivestimentu di zincu) hè assai cumuna per l'acciaiu strutturale per rende lu resistente à a ruggine.
– L'acciaiu resistente à l'intemperie (vale à dì, certe leghe chì formanu una patina protettiva) hè adattatu per certe cundizioni atmosferiche.
– Acciaiu inox per e zone chì necessitanu alta resistenza à a corrosione è poca manutenzione.
– Sistemi di rivestimentu (epossidu, poliuretanu, ecc.) cum'è prutezzione supplementaria.
A resistenza à a corrosione ùn hè micca solu una questione di estetica, ma ancu di sicurezza perchè a corrosione pò riduce a sezione trasversale effettiva è pruvucà un guastu strutturale.
8. Cuntrollu di qualità è prova di materiali
E leghe metalliche per e strutture di custruzzione devenu risponde à certe norme tecniche (per esempiu, norme di cumpusizione, resistenza è tenacità). E procedure di qualità includenu generalmente:
- Prova di trazione per determinà a resistenza à a trazione, a resistenza à a snervazione è l'allungamentu.
– Prova d'impattu (Charpy) per valutà a tenacità, in particulare nantu à l'acciai chì travaglianu à basse temperature.
– Prova di durezza cum'è indicatore di e proprietà meccaniche.
– Analisi chimica per assicurà chì a cumpusizione di a lega sia curretta.
– NDT (testi non distruttivi) cum'è i testi à ultrasoni, a radiografia, i testi di particelle magnetiche, o i testi di penetrazione di coloranti per rilevà difetti interni/superficiali.
– Verifiche di dimensioni è tolleranze per assicurà chì i profili rispettanu i requisiti di fabricazione.
Un bon cuntrollu di qualità assicura chì u materiale sia sicuru d'utilizà, faciule da saldà è abbia prestazioni consistenti da lottu à lottu.
9. Sfide è direzzioni di sviluppu
L'industria di e leghe di custruzzione cuntinueghja à evoluzione. I principali sfidi includenu:
– Equilibriu trà resistenza è saldabilità (una resistenza elevata porta spessu u risicu di esse più sensibile à a criccatura di a saldatura se ùn hè micca cuncipita currettamente).
– Efficienza di i costi perchè certi elementi di lega sò cari.
– Sustenibilità per via di una maggiore riciclazione, di l'efficienza energetica è di a riduzione di l'emissioni.
L'indicazioni di sviluppu includenu l'usu di l'acciaiu HSLA (High Strength Low Alloy) più ligeru ma più forte, l'applicazione di un TMCP più precisu è u miglioramentu di i prucessi EAF basati nantu à i rottami per riduce l'impronta di carbonu.
Cunclusioni
L'ingegneria di e leghe metalliche per e strutture di l'edifizii implica una seria di prucessi interrelati: da a cuncepzione di a cumpusizione, a fusione è l'affinazione, a fusione, a furmazione termomeccanica, u trattamentu termicu, à a prutezzione da a currusione è u cuntrollu di qualità. E leghe cuncepite è trasfurmate currettamente producenu materiali forti, durevuli è sicuri capaci di suppurtà carichi è cundizioni ambientali per decennii. Cù l'avanzamentu di a tecnulugia metallurgica è e richieste sempre più cumplesse di l'edifizii, a cunniscenza di l'ingegneria di e leghe metalliche hè una basa cruciale per a qualità è a sustenibilità di a custruzzione futura.
