Difetti di lavorazione dei metalli — a cosa prestare attenzione.

01 Surriscaldamento e bruciatura

Quando il metallo viene riscaldato a una temperatura troppo elevata o mantenuto a temperatura per troppo tempo durante la lavorazione, la struttura granulare si ingrossa — questo è il surriscaldamento. Se ci si avvicina al punto di fusione o si supera davvero la temperatura, i costituenti a basso punto di fusione ai bordi di grano possono fondere e indebolire la struttura; questa è la bruciatura (cottura eccessiva).

Il surriscaldamento si manifesta con una superficie ruvida e bucherellata, texture a buccia d'arancia e grani grossolani. La resistenza della lega non diminuisce molto, ma la resilienza a temperatura ambiente e la duttilità subiscono un danno serio. Il materiale diventa fragile e le fratture mostrano facce cristalline grossolane. Ad alto ingrandimento si osservano grani equiassici grossolani, eventualmente una seconda fase grossolana o una struttura di Widmanstätten. Il surriscaldamento non è necessariamente una condizione di scarto — a volte si può recuperare con una nuova deformazione o rilavorazione, oppure declassarlo per usi meno impegnativi.

La bruciatura è peggiore: la superficie diventa ruvida, i bordi di grano si ingrossano, si raddrizzano e appaiono pelosi, e si possono vedere cricche oltre a una pellicola ossidata soggetta a fusione. La resistenza di legame cala bruscamente. Microstrutturalmente, si trovano bordi di grano grossolani, cavità fuse o sferule eutettiche, una rete di fase liquida e vuoti irregolari dove si incontrano più grani. Dopo laminazione o estrusione, ci si aspettano cricche ai bordi di grano, cricche ai bordi della piastra, fioriture o cricche aperte sulle estremità delle barre, o pezzi che si spaccano — le zone incrinate mostrano dendriti grossolani e tracce di fusione.

Le cause abituali: temperatura di riscaldamento troppo alta, tempo di mantenimento troppo lungo, o permanenza eccessiva vicino a una fonte ad alta temperatura. Anche la finitura della lavorazione a caldo a temperatura troppo elevata o la sosta prolungata nella zona calda. E se la lega contiene elementi a basso punto di fusione o inclusioni a basso punto di fusione in eccesso, si va incontro a problemi.

02 Cricche e fessurazione

(1) Cricche da lavorazione: derivano da parametri di processo impropri o difetti degli utensili. Si dividono in cricche a caldo e cricche a freddo — la differenza sta nella microstruttura circostante: le cricche a caldo non mostrano cambiamenti evidenti, le cricche a freddo mostrano una forte deformazione. Morfologicamente, si osservano cricche longitudinali, trasversali, ai bordi, a bocca aperta, a spirale, trasversali periodiche, da frattura, diagonali a 45° e irregolari. Per posizione: locali, di testa, superficiali, centrali e intergranulari.

Per diagnosticare le cricche da lavorazione, bisogna esaminare sia il metallo stesso sia le condizioni di processo.

Fattori lato metallo: composizione della lega e livello di impurità; difetti del lingotto come saldature fredde, cicatrici e essudazioni sulla superficie, oltre a ritiro, porosità, inclusioni e segregazioni interne — questi rendono probabile la criccatura durante la lavorazione. Una struttura colonnare ben sviluppata con superficie debole è soggetta a cricche lungo i bordi di grano o il piano debole. Inoltre, se la lega ha subito cricche, bruciature, surriscaldamento o una cattiva distribuzione della seconda fase nelle fasi precedenti — o presenta struttura disomogenea o microcricche da trasformazione di fase — si è predisposti al cedimento.

(2) Cricche da trattamento termico

① Se la lega ha elevate tensioni residue e la tensione termica del riscaldamento si allinea con esse, il carico combinato può superare la resistenza del metallo e causare cricche.

② Durante il riscaldamento, se una seconda fase precipita lungo i bordi di grano, crea tensione aggiuntiva — oppure la trasformazione di fase stessa può causare evidenti

03 Inclusioni

Le inclusioni sono materiali estranei metallici o non metallici incorporati nella superficie o nella matrice del prodotto, con un'interfaccia netta e proprietà diverse dal metallo base.

Nei prodotti lavorati, le inclusioni derivano tipicamente da particelle metalliche non fuse nel lingotto, grossi cristalli primari, o metallo estraneo mescolato — oppure da composti metallici, silicati e agenti di copertura.

La classificazione e le caratteristiche sono sostanzialmente le stesse dei prodotti fusi. Nei prodotti deformati, le inclusioni sono di solito granulari, allungate lungo la direzione di lavorazione, con forma e colore distinti e un'interfaccia netta. Si possono individuare al microscopio metallografico senza attacco.

04 Impronte da materiale estraneo

Quando particelle metalliche o non metalliche vengono pressate nella superficie del prodotto, si parla di impronte da materiale estraneo.

Le impronte metalliche hanno un'interfaccia netta con il substrato, contorni netti e una lucentezza metallica diversa. Appaiono come punti o blocchi e, quando si staccano, lasciano cavità. Le impronte non metalliche variano per forma e colore, sono più fragili, prive di lucentezza metallica e si distribuiscono come punti, fogli o strisce lungo la direzione di lavorazione — sono difficili da staccare.

Da dove viene il materiale estraneo? Calamina da riscaldamento, lubrificante attaccato a stampi e pezzi, frammenti di stampo e materiale aderito, trucioli metallici, bave e frange da bordi incrinati, detriti e olio dal forno, contaminanti nell'emulsione refrigerante e materiale estraneo nella passata di laminazione o sulle guide.

05 Soffiatura (bolla)

Dopo la lavorazione o la ricottura, la superficie mostra rigonfiamenti a striscia o a bolla lungo la direzione di lavorazione. Quando vengono tagliati, questi rigonfiamenti rivelano una cavità, che viene definita soffiatura.

Le soffiature appaiono tipicamente come strisce lisce e allungate lungo la direzione di lavorazione. In sezione, le pareti interne mostrano un colore metallico brillante, a volte con ossidi o altre inclusioni. Sono spesso distribuite simmetricamente su entrambi i lati e sono più pronunciate in lamiere sottili, nastri o tubi a parete sottile. Le cause principali includono porosità del lingotto, vuoti da ritiro, controllo inadeguato dell'atmosfera del forno durante la ricottura della billetta, temperatura del forno eccessiva, scarso accoppiamento tra billetta di estrusione e contenitore o pastiglia, lubrificazione eccessiva dell'ago di foratura, pulizia inadeguata del contenitore o aghi di foratura incrinati.

06 Laminazione (sfaldamento)

Appare un'interruzione nella direzione dello spessore del prodotto, che si separa in strati lungo la direzione di lavorazione.

Il legame tra gli strati è incompleto, con aree più grandi che a volte contengono ossidi o impurità centrali. Questo si osserva spesso in nastri sottili o dopo saldatura di nastri sottili. L'ispezione della frattura di tubi o barre può anche rivelare delaminazione nella superficie di frattura.

Le cause principali della delaminazione sono: bolle d'aria intrappolate, ritiro o impurità centrali nel lingotto che persistono attraverso la lavorazione e formano strati; distribuzione inadeguata della riduzione nella laminazione a caldo di piastre e nastri, con riduzione eccessiva per passata; riscaldamento non uniforme della billetta, con temperature troppo alte o troppo basse; lubrificazione eccessiva sulla billetta di estrusione o sull'ago di foratura, aghi di foratura incrinati o rimozione incompleta della coda di ritiro di estrusione, che porta a delaminazione durante successive operazioni di trafilatura o laminazione.

07 Corrosione

La corrosione è il processo in cui la superficie del prodotto reagisce chimicamente o elettrochimicamente con il mezzo circostante, formando una pellicola sulla superficie.

Dopo la corrosione, la superficie perde la sua lucentezza metallica e sviluppa macchie di corrosione di vari colori.

La corrosione si forma quando la superficie del prodotto non è pulita, lasciando acqua residua, emulsione o altri liquidi, oppure quando le condizioni di stoccaggio sono inadeguate, come climi umidi o gocce d'acqua a contatto con la superficie. Inoltre, un'atmosfera corrosiva nell'ambiente può innescare la corrosione.

08 Ossidazione

La rottura localizzata e il sollevamento della superficie del prodotto è chiamata super skin. La comparsa di filamenti metallici aghiformi che si deformano sulla superficie è nota come starting system.

La super skin o lo starting system si distribuiscono tipicamente in modo continuo o intermittente lungo la direzione di laminazione. Le aree interessate contengono spesso scaglie di ossido o altre impurità centrali. In tubi e barre, la super skin appare come deformazioni a forma di lingua o squame di pesce lungo la direzione di lavorazione, che possono diventare gravi su tutto il prodotto, formando nodi e piaghe. I difetti spinosi sono più comuni nei prodotti post-laminati.

Le cause principali della super skin includono: difetti superficiali come crepe o irregolarità sulla billetta; temperature di lavorazione troppo elevate, che causano ossidazione superficiale, o fasi di processo precedenti che lasciano trappole prestazionali; contaminazione da emulsione, acqua o olio sul contenitore di estrusione o sull'ago di perforazione; e difetti degli utensili o danni meccanici durante la lavorazione.

Le cause principali dello starting system sono: crepe nei rulli e bordi della billetta irregolari con depressioni non uniformi.

09 Pieghe

Le pieghe sono leggere depressioni ondulate e aree sollevate sulla superficie del prodotto, che la rendono irregolare.

Le pieghe generalmente si allineano con la direzione di laminazione o appaiono in diagonale, come rigonfiamenti singoli o multipli che risultano arrotondati e coprono un'area più ampia. Le cause principali includono laminazione non uniforme, rettilineità di piegatura unidirezionale, tensione non uniforme da rulli o manicotti, scarsa plasticità o eccentricità significativa nelle billette per tubi, deformazione non uniforme in tubi a parete spessa, deformazione eccessiva e scarsa regolazione dei rulli.

10 Superficie Bucata

Una superficie bucata mostra minuscole depressioni puntiformi che creano una texture irregolare e ruvida. La bucherellatura può essere localizzata o continua; i singoli buchi sono chiamati vaiolature, e i casi gravi sono definiti vaiolati. La bucherellatura indotta da grana grossolana è comunemente nota come buccia d'arancia. Cause principali: temperatura di ricottura troppo alta o durata troppo lunga, che portano a grana grossolana; sovra-decapaggio; tasso di lavorazione insufficiente che lascia la superficie ruvida; durezza superficiale non uniforme dei rulli, usura eccessiva, corrosione o ossidazione degli utensili di laminazione, o contaminazione da metalli estranei.

11 Danno Meccanico

Forze esterne causano disallineamento tra gli strati del prodotto o della lamiera e del foglio, risultando in cicatrici come strisce, fasci, crateri o scanalature affilate sulla superficie. I tipi comuni includono abrasioni, graffi, ammaccature e ferite da pressione.

13 Composizione Non Uniforme, Organizzazione Non Uniforme

Dopo laminazione o ricottura, differenze significative nella composizione chimica tra diverse parti del prodotto sono chiamate composizione non uniforme. Questo può causare variazioni nel colore o nelle caratteristiche di deformazione, segregazione visibile o zone di segregazione nell'esame macroscopico, differenze nella microstruttura e nelle prestazioni, e persino cricche.