Col termine inclusioni non metalliche si intende tutta una serie di composti estranei alla matrice della lega metallica, introdotti in fase di produzione della lega stessa.
Perché risulta importante la determinazione delle inclusioni non metalliche?
Le inclusioni hanno una origine chimica e quindi caratteristiche chimico/fisiche e meccaniche diverse rispetto alla matrice e pertanto determinano un diverso comportamento del materiale, soprattutto in termini di
durezza, lavorabilità, tenacità e
resistenza a corrosione. Essendo inoltre una discontinuità del materiale base, le inclusioni possono impattare negativamente sulle proprietà meccaniche del materiale,
pregiudicando poi il componente in esercizio sia in termini di durata che di prestazione. In linea generale: maggiori sono contenuto e concentrazione delle inclusioni, peggiori sono il comportamento e la qualità del materiale.
Solo in alcuni casi, come gli acciai per lavorazioni ad alta velocità, un determinato tipo di inclusione,
i solfuri, viene considerata benefica in quanto favoriscono la rottura del truciolo durante la lavorazione meccanica.
Quali sono le tipologie di inclusioni non metalliche?
Le inclusioni non metalliche sono costituite principalmente da ossidi e solfuri; in base alla loro origine chimica e morfologia, si possono classificare in 4 sottogruppi:
•i solfuri, di forma allungata e colore tendente al grigio chiaro (SS o A);
•ossidi frammentati allineati, tipo allumina (OA o B);
•ossidi di forma allungata, tipo silicato, con forma allungata e spigoli appuntiti (OS o C);
•ossidi di forma globulare omogeneamente dispersi nella matrice (OG o D).
Le inclusioni metalliche più deleterie per il comportamento del materiale sono quelle con spigoli vivi, come i silicati e certe allumine, a durezza maggiore, che rappresentano un fattore di concentrazione degli sforzi ed innesco di rottura preferenziale nella matrice metallica quando sottoposta a deformazione, trattamento termico, fatica del materiale e in esercizio.
In cosa consiste la determinazione delle inclusioni non metalliche?
Esistono diversi metodi per l’analisi e la
determinazione del contenuto di inclusioni nelle leghe metalliche basati sulla loro diversa origine chimica, forma e distribuzione. Le norme più usate per la determinazione dello stato inclusionale sono:
UNI 3244, DIN 50602, ISO 4967 e ASTM E45. I diversi metodi prevedono la preparazione di un campione metallografico, di circa 150mm2 lucidato a specchio, l’osservazione al microscopio ottico metallografico e il confronto visivo con immagini tipo fornite dalle norme di riferimento.
Seguendo le norme UNI 3244 e DIN 50602 la valutazione e il conteggio delle inclusioni non metalliche viene condotta secondo i seguenti metodi:
•il metodo M, nel quale viene tenuto in considerazione il grado massimo per ciascun tipo di inclusione osservata;
•il metodo K, nel quale la valutazione delle inclusioni si fa partendo da un grado minimo prestabilito (detto K), prefissato in base al metodo di produzione della lega e alle applicazioni previste. Ad esempio, per acciai speciali elaborati in aria il grado minimo sarà pari o superiore a K4, mentre per acciai speciali o leghe elaborati sottovuoto o rifusi il grado minimo sarà uguale o maggiore di K0.
Secondo la norma ASTM E45 i metodi applicati per la valutazione delle inclusioni non metalliche sono:
•il metodo A, detto del campo peggiore. Con questo metodo viene valutato l’indice massimo (peggiore) per ogni tipologia di inclusione non metallica rilevata. Le inclusioni vengono inoltre distinte tra fini (thin) e grosse (thick). I requisiti sul massimo contenuto di ciascun tipo di inclusione e relativa dimensione dipenderanno dal campo di applicazione ed esercizio del materiale oggetto di indagine;
•il metodo D, usato per le microinclusioni. Questo metodo prevede la conta di tutte le inclusioni presenti nella superficie del campione metallografico, in un’area di almeno 160 mm2, con la medesima classificazione per tipologia, dimensione e distribuzione descritta nel metodo A. Di solito questo metodo viene impiegato per leghe ad elevata purezza, cioè con basso contenuto di inclusioni, per applicazioni che richiedono alte prestazioni o condizioni particolari.
Secondo la norma ISO 4967 la determinazione delle inclusioni può essere effettuata con i seguenti metodi:
•il metodo A, del campo peggiore, analogo al metodo A della ASTM E45 tranne che per la modalità diversa di espressione dei risultati;
•il metodo B, analogo al metodo D della ASTM E45 tranne che per il numero di campi da valutare (solitamente 100 campi) e per la modalità di espressione dei risultati.