Come posso confrontare l'acciaio 4140 e 4150?

Superman potrebbe essere "l'uomo d'acciaio", ma uno scienziato perspicace potrebbe chiedersi: quale tipo?

Mentre l'acciaio è uno dei materiali più resistenti e importanti sulla Terra, con usi comuni articoli per la casa come graffette alle travi dei grattacieli e scocche di automobili, non tutto l'acciaio lo è pari. Due dei più comuni leghe di acciaio, 4140 e 4150, si differenziano per robustezza e condizioni di utilizzo.

L'acciaio è una lega o una miscela di più di un elemento. È principalmente ferro, con circa l'1% di carbonio e talvolta piccole quantità di altri materiali.

Gli acciai 4140 e 4150 sono due leghe di acciaio extra resistenti e dure. Oltre al carbonio, contengono ciascuno dallo 0,80 all'1,10 percento di cromo e dallo 0,15 allo 0,25 percento di molibdeno.

La Society of Automotive Engineers, o SAE, e l'American Iron and Steel Institute, o AISI, usano a sistema a quattro cifre designare la composizione chimica dell'acciaio. Per le leghe di acciaio, le prime due cifre indicano i principali elementi di lega presenti e le ultime due cifre danno il contenuto di carbonio in centesimi di percento. Ciò significa che gli acciai 4140 e 4150 hanno gli stessi elementi di lega, cromo e molibdeno, ma l'acciaio 4150 ha più carbonio.

In termini di proprietà, le differenze tra l'acciaio 4140 e 4150 includono:

• Resistenza alla trazione, che descrive la massima sollecitazione da trazione che un materiale può sopportare prima che inizi a rompersi. Un materiale 4150 ha una resistenza alla trazione maggiore di un materiale 4140.
• Duttilità e lavorabilità, che si riferiscono alla facilità di utilizzo degli acciai. Sebbene sia l'acciaio 4140 che l'acciaio 4150 possono essere saldati facilmente, il materiale 4140 è più noto per la sua duttilità o capacità di piegarsi e per il fatto che può essere utilizzato in condizioni di lavoro a freddo. Il materiale 4150, invece, deve essere trattato termicamente prima dell'uso.

Un'altra lega di ferro comune che si trova negli strumenti è nota come D2. È l'86 percento uguale all'acciaio 4140, ma contiene in particolare una percentuale maggiore di carbonio e cromo. L'acciaio D2 può avere la più alta duttilità tra gli utensili in acciaio.

I produttori possono impostare le proprietà dei materiali di diversi acciai, inclusi gli acciai D2, 1440 e 1450, mediante un processo noto come trattamento termico. Un attento controllo del modo in cui il calore viene applicato a un acciaio legato al carbonio modifica la disposizione molecolare all'interno dell'acciaio, il che porta alle sue diverse proprietà.

Ad esempio, le leghe di acciaio che sono ricotto vengono portate ad alta temperatura in una fornace, quindi lasciate raffreddare lentamente. Questa opzione si traduce in un acciaio con più duttilità e meno fragilità, il che significa che non si romperà facilmente dalle sollecitazioni interne come un'altra opzione.

Nel frattempo rinvenimento è un trattamento termico che avviene a temperature più basse e aumenta la tenacità e la duttilità di un materiale, sebbene ne riduca anche leggermente la resistenza. Maggiore è la duttilità acquisita, maggiore è la resistenza persa, ma di solito non così tanto da cambiare il caso d'uso dell'acciaio. Altri materiali, compreso l'alluminio, sono temprati allo stesso modo.

Oltre al carbonio, al cromo e al molibdeno, molti altri elementi sono comunemente usati per formare leghe di acciaio con proprietà specifiche. Questi includono cobalto, manganese, tungsteno e vanadio.

Oltre all'acciaio 1440 e 1450, le leghe più comuni sono la 4340 (acciaio nichel-cromo-molibdeno), la 6150 (acciaio cromo-vanadio) e la 8620 (acciaio HSLA).

HSLA sta per "bassolegato ad alta resistenza," il che significa che l'acciaio è progettato per soddisfare specifiche meccanico requisiti piuttosto che chimico composizioni. Pertanto, un dato tipo di lega di acciaio HSLA potrebbe infatti avere quantità variabili di elementi aggiunti ad esso. In ordine di percentuale decrescente, l'acciaio 8620 è composto da: ferro, carbonio, silicio, molibdeno, manganese, nichel, cromo, zolfo e fosforo.