Stamping steels, typically called "tool steels", are alloy steels that are used for the manufacture of equipment, molds and tools necessary for the transformation and cold or hot working of metallic and non-metallic materials. Those for cold working are steels which, during their use, do not undergo heating other than that due to friction phenomena, such as not to alter the initial hardness of the tool. These processes are, for example, blanking, (cold) extrusion, drawing, coining, drawing, bending, all typical operations below 200°C. These cold processes make it possible to achieve production economy since with them it is possible to obtain, with constant production, a significant quantity of components, with high production speed, eliminating the costs of waste disposal and saving on raw materials. The components produced are of high surface quality and dimensional precision, even if they have quite complex geometries. The purpose of this thesis arises from the internship period carried out at LBN Ricerca, which applies the science and technology of materials for the development of technologically advanced products and highly efficient industrial processes, promoting the introduction of new production strategies and materials innovative. After an initial introductory part on cold forming steels and coatings, the work focuses on their main properties, through an investigation into what the market can offer and what the producers themselves suggest. Thanks to the study of the different properties of steels using the Ansys Granta CES Edupack 2018 software, it is possible to obtain an estimate of what the direction of innovation could be. Based on what has been obtained, an evaluation is proposed on which steels best comply with these guidelines. There is then a part dedicated to multivariate analysis, which allows us to obtain, compared to simple Ashby plots, the relationship between the fundamental properties that characterize tool steels, and in particular those under study, with the aim of identifying an indication for indication of the choice of the best steel, depending on the desired characteristics. This work is finally dedicated to the study of two particular cases (two punches in K110 and K340), studied during the internship period at LBN Ricerca and the University of Turin. From the analyzes carried out it was possible to obtain a direct connection between the microstructural characteristics and the mechanical properties of this important category of steels.
Gli acciai per stampaggio, detti tipicamente “per utensili”, sono acciai legati che vengono utilizzati per la fabbricazione di attrezzature, stampi e utensili necessari alla trasformazione e alla lavorazione a freddo o a caldo di materiali metallici e non. Quelli per le lavorazioni a freddo sono acciai che, durante il loro impiego, non subiscono un riscaldamento se non quello dovuto a fenomeni di attrito, tali da non alterare la durezza iniziale dell’utensile. Tali lavorazioni sono, ad esempio, la tranciatura, l’estrusione (a freddo), la trafilatura, la coniatura, l’imbutitura, la piegatura, tutte operazioni tipicamente inferiori ai 200°C. Questi processi a freddo permettono di raggiungere una economicità produttiva poiché con essi si arriva ad ottenere, con una produzione costante, una notevole quantità di componenti, con alta velocità di produzione, eliminando i costi dello smaltimento dello sfrido e risparmiando sulla materia prima. I componenti prodotti risultano di elevata qualità superficiale e precisione dimensionale, anche se di geometrie abbastanza complesse. Lo scopo di questa tesi nasce dal periodo di tirocinio effettuato presso LBN Ricerca, che applica la scienza e la tecnologia dei materiali per lo sviluppo di prodotti tecnologicamente avanzati e di processi industriali ad elevata efficienza, promuovendo l’introduzione di nuove strategie produttive e di materiali innovativi. Dopo una prima parte introduttiva sugli acciai per stampaggio a freddo e sui rivestimenti, il lavoro si concentra sulle loro proprietà principali, tramite un’indagine su cosa il mercato possa offrire e su cosa suggeriscano gli stessi produttori. Grazie allo studio delle differenti proprietà degli acciai tramite il software Ansys Granta CES Edupack 2018, si può ottenere una stima di quella che possa essere la direzione volta all’innovazione. Sulla base di quanto ottenuto, si propone una valutazione su quali possano essere gli acciai che più rispettano queste linee guida. Vi è poi una parte dedicata all’analisi multivariata, che permette di ottenere, rispetto ai semplici plot Ashby, la relazione tra le proprietà fondamentali che caratterizzano gli acciai per utensili, e in particolare quelli oggetto di studio, col fine di individuare una indicazione per la scelta dell’acciaio migliore, a seconda delle caratteristiche desiderate. Questo lavoro si dedica infine allo studio di due particolari casi (due punzoni in acciaio K110 e K340), studiati durante il periodo di tirocinio presso LBN Ricerca e l’Università di Torino. Dalle analisi realizzate è stato possibile ottenere un collegamento diretto fra le caratteristiche microstrutturali e le proprietà meccaniche di questa importante categoria di acciai.
CARATTERIZZAZIONE DELLA MICROSTRUTTURA DI ACCIAI PER STAMPAGGIO A FREDDO E RIVESTIMENTI
DIATRIBE, LUCA
2022/2023
Abstract
Gli acciai per stampaggio, detti tipicamente “per utensili”, sono acciai legati che vengono utilizzati per la fabbricazione di attrezzature, stampi e utensili necessari alla trasformazione e alla lavorazione a freddo o a caldo di materiali metallici e non. Quelli per le lavorazioni a freddo sono acciai che, durante il loro impiego, non subiscono un riscaldamento se non quello dovuto a fenomeni di attrito, tali da non alterare la durezza iniziale dell’utensile. Tali lavorazioni sono, ad esempio, la tranciatura, l’estrusione (a freddo), la trafilatura, la coniatura, l’imbutitura, la piegatura, tutte operazioni tipicamente inferiori ai 200°C. Questi processi a freddo permettono di raggiungere una economicità produttiva poiché con essi si arriva ad ottenere, con una produzione costante, una notevole quantità di componenti, con alta velocità di produzione, eliminando i costi dello smaltimento dello sfrido e risparmiando sulla materia prima. I componenti prodotti risultano di elevata qualità superficiale e precisione dimensionale, anche se di geometrie abbastanza complesse. Lo scopo di questa tesi nasce dal periodo di tirocinio effettuato presso LBN Ricerca, che applica la scienza e la tecnologia dei materiali per lo sviluppo di prodotti tecnologicamente avanzati e di processi industriali ad elevata efficienza, promuovendo l’introduzione di nuove strategie produttive e di materiali innovativi. Dopo una prima parte introduttiva sugli acciai per stampaggio a freddo e sui rivestimenti, il lavoro si concentra sulle loro proprietà principali, tramite un’indagine su cosa il mercato possa offrire e su cosa suggeriscano gli stessi produttori. Grazie allo studio delle differenti proprietà degli acciai tramite il software Ansys Granta CES Edupack 2018, si può ottenere una stima di quella che possa essere la direzione volta all’innovazione. Sulla base di quanto ottenuto, si propone una valutazione su quali possano essere gli acciai che più rispettano queste linee guida. Vi è poi una parte dedicata all’analisi multivariata, che permette di ottenere, rispetto ai semplici plot Ashby, la relazione tra le proprietà fondamentali che caratterizzano gli acciai per utensili, e in particolare quelli oggetto di studio, col fine di individuare una indicazione per la scelta dell’acciaio migliore, a seconda delle caratteristiche desiderate. Questo lavoro si dedica infine allo studio di due particolari casi (due punzoni in acciaio K110 e K340), studiati durante il periodo di tirocinio presso LBN Ricerca e l’Università di Torino. Dalle analisi realizzate è stato possibile ottenere un collegamento diretto fra le caratteristiche microstrutturali e le proprietà meccaniche di questa importante categoria di acciai.I documenti in UNITESI sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/20.500.14240/105780