Resistenza alla Fatica Termica: L’Analisi Tecnica del Thermodur® E40K Superclean
Nel settore della pressocolata, l’avaria degli stampi è un costo operativo e un’interruzione critica del processo. La causa principale è nota: l’80% dei cedimenti è dovuto alla fatica termica. Per rispondere a questa sfida, è stato sviluppato l’acciaio per utensili a caldo Thermodur E40K Superclean. Bonomi Acciai, attraverso i nostri tecnici E. Prati e A. Magistrelli, ha curato la pubblicazione dell’analisi tecnica di questo materiale sulla prestigiosa rivista “La Metallurgia Italiana”, organo ufficiale dell’Associazione Italiana di Metallurgia (AIM). Questo approfondimento analizza i dati emersi da quel paper, dimostrando perché questo acciaio rappresenta un’evoluzione fondamentale per la durata degli stampi.
Il Problema: Il Cedimento per Shock Termico
Gli stampi per pressocolata subiscono uno stress ciclico estremo: la superficie della cavità viene riscaldata rapidamente dall’iniezione della lega liquida e poi raffreddata. Questa continua espansione e contrazione genera una rete di micro-cricche, note come heat checking o fatica termica, che inevitabilmente crescono fino a causare il cedimento. Mentre altri fattori come lo stress cracking (9%) o la corrosione (7%) hanno un impatto , la resistenza alla fatica termica resta il parametro critico per la vita utile di uno stampo.
La Soluzione: Thermodur E40K Superclean
Il Thermodur E40K Superclean è stato sviluppato da Deutsche Edelstahlwerke (parte di Swiss Steel Group) proprio per massimizzare la resistenza alla fatica termica, unita a un’elevata tenacità e resistenza all’usura alle alte temperature. Si tratta di un acciaio rifuso sotto elettro-scoria (ESR), con una microstruttura omogenea e un basso contenuto di Silicio per migliorare la tenacità. È inoltre conforme ai rigorosi standard della specifica NADCA #207.
Per validare le sue prestazioni, il materiale è stato messo a confronto con gli acciai standard del settore: H11 e H13.
Analisi dei Dati: La Prova della Superiorità Tecnica
I test di laboratorio, presentati nell’articolo, si sono concentrati non solo sulla durezza, ma sulle proprietà che determinano realmente la vita di uno stampo.
1. Il Test Critico: La Prova di Fatica Termica
Per simulare le condizioni operative, i campioni dei diversi acciai (bonificati a 45±1 HRC) sono stati sottoposti a migliaia di cicli termici: riscaldati a induzione a 650 °C e immediatamente raffreddati in acqua a 60 °C.
I risultati sono inequivocabili:
- Visivamente: Già dopo 4.000 cicli, le micrografie mostrano come il Thermodur E40K Superclean sia molto meno suscettibile alla formazione di cricche rispetto a H11 e H13.
- Quantitativamente: Analizzando la profondità massima e la lunghezza totale delle cricche, il Thermodur E40K Superclean mostra i valori più bassi a ogni step (2.000, 4.000, 6.000 e 8.000 cicli). Il suo vantaggio diventa ancora più marcato superati i 6.000 cicli, dimostrando una resilienza superiore nel tempo.
2. Il "Perché" del Successo: La Prova a Impatto Strumentata
La sola prova Charpy-V non basta per spiegare questo comportamento. È stata quindi utilizzata la prova a impatto strumentata, che permette di distinguere l’energia usata per innescare la cricca da quella necessaria per propagarla.
Qui è emersa la vera differenza:
- Il Thermodur E40K Superclean ha mostrato la massima energia di impatto assorbita (152 J).
- È seguito dall’H11 (136 J) e, molto più in basso, dall’H13 (92 J).
Questo non significa che l’H13 sia fragile, ma che il Thermodur E40K e l’H11 possiedono una resistenza alla propagazione della cricca nettamente superiore. Una volta che la micro-cricca si è formata (un evento inevitabile), l’E40K è l’acciaio che meglio ne contrasta l’avanzamento.
3. La Prestazione a Caldo: Tenacità
Un’ulteriore conferma viene dai test di tenacità (Charpy-V) a temperature elevate. Mentre molti acciai perdono tenacità, il Thermodur E40K Superclean mostra un comportamento eccezionale: la sua tenacità aumenta con l’aumentare della temperatura, raggiungendo un picco massimo di circa 82J a 500 °C. Mantiene quindi le sue performance ottimali proprio alle temperature operative della pressocolata.
L’analisi pubblicata su “La Metallurgia Italiana” è chiara: la superiore resistenza alla fatica termica del Thermodur E40K Superclean non è una semplice dichiarazione, ma un fatto tecnico dimostrato.
Non si tratta solo di durezza. La sua superiorità deriva da una combinazione ottimizzata di stabilità a caldo e tenacità, ottenuta grazie a un’attenta progettazione chimica (basso Si) e metallurgica (processo ESR). Questa tenacità superiore è ciò che rallenta la propagazione delle cricche, portando a un aumento misurabile della vita utile dello stampo e a una riduzione dei fermi macchina.
Come Bonomi Acciai, partner italiano di Swiss Steel Group, siamo orgogliosi di aver curato la diffusione di questa ricerca fondamentale per il mercato italiano, confermando il nostro ruolo di partner tecnico per le fonderie e gli stampisti che ricercano l’eccellenza.
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