MOLLE A TAZZA

CHRISTIAN BAUER

Molle a tazza Bauer:sommario

Materiali

Oltre ai materiali definiti dalla DIN 2093, utilizzati per le molle a tazza C:Bauer in conformità alle norme generali ed aziendali, attualmente sono a disposizione numerosi materiali per le diverse esigenze.
Un pericolo importante per le parti costruttive di materiali ad alta resistenza è la corrosione.

Si noti che il programma di produzione delle molle Bauer comprende anche molteplici molle a tazza speciali. Il nostro ufficio tecnico è sempre a Vostra disposizione per la progettazione di parti speciali.

Per le molle a tazza vengono utilizzati tutti i materiali indicati in tabella 12 (Composizione chimica dei materiali)

In base alla dimensione ed al numero di pezzi, il materiale di base utilizzato è costituito da nastri, lamiere o pezzi forgiati. Nastri e lamiere possono essere usati anche dopo l'incrudimento.

Per materiali adatti alle alte temperature e resistenti alla corrosione, su specifica del cliente, i tempi di consegna, in genere sono lunghi. Si consiglia quindi di verificare la disponibilità di una determinata molla già in fase di sviluppo o di progettazione.

La tabella 12 fornisce la composizione chimica con le tolleranze per ogni elemento nell'analisi di colata dei vari materiali. In caso di analisi delle singole molle occorre prendere in considerazione gli scostamenti ammissibili secondo la rispettiva norma DIN. Elementi secondari sono ammessi, purché non compromettano la funzionalità delle molle e non varino i valori obbligatori relativi alle caratteristiche meccaniche ed alla temprabilità.

In tabella 13 sono indicate le caratteristiche dei materiali allo stato bonificato – incrudito – e/o invecchiato. Secondo lo spessore e il processo di fabbricazione del materiale di base si possono ottenere valori di resistenza alla trazione diversamente entro i posizionati limiti indicati. Si tratta comunque di valori indicativi che in caso di costruzione di molle possono essere inferiori o superiori. In genere, nell'ambito di un lotto di produzione, il campo dei valori ammessi è sfruttato solo a metà. Con l'utilizzo ad alte temperature entro i valori ammessi va considerato un rilassamento in relazione alla temperatura ed alla massima tensione raggiunta. Inoltre, aumentando la temperatura, la resistenza del materiale nonché il modulo d'elasticità diminuiscono. I materiali per alte temperature e resistenti alla corrosione, utilizzati a temperatura ambiente, possono avere valori di resistenza inferiori rispetto all'acciaio per molle. Se fosse necessario ottenere lo stesso carico e freccia realizzabile con una determinata molla d'acciaio al carbonio, occorrerà ridimensionare la molla. In genere, si cerca di compensare la resistenza inferiore diminuendo l'altezza libera delle molle.

Acciai per molle
I tipi Ck 67 (1.1231), Ck 75 (1.1248), 50 CrV 4 (1.8159) e 51 CrMoV 4 (1.7701), secondo DIN 17222 e DIN 17221, sono acciai particolarmente adatti per la costruzione di molle di ogni genere, grazie alle loro caratteristiche elastiche allo stato bonificato. Secondo DIN 2093, i materiali Ck 67 (1.1231) e Ck 75 (1.1248) possono essere usati per la costruzione di molle a tazza solo con spessore t < 1.25 mm.
I materiali 50 CrV 4 (1.8159) e 51 CrMoV 4 (1.7701) sono ammessi per tutte le molle secondo DIN. Grazie agli elementi di lega, la micro-struttura dopo la bonifica, si presenta uniforme su tutta la sezione anche in caso di spessori elevati. Inoltre, gli elementi di lega, hanno anche un'influenza positiva sulla resistenza al rilassamento delle molle.
In genere, le molle realizzate con questi materiali, vengono sottoposte ad una bonifica bainitica isotermica che presenta notevoli vantaggi rispetto alla tempra ed al rinvenimento. Con la bonifica bainitica, le molle, dopo l'austenitizzazione, vengono spente in bagno caldo di sali e durante la loro permanenza a quella temperatura, si verifica la trasformazione della micro-struttura allo stadio bainitico. Ne risulta una deformazione inferiore ed una riduzione del cambiamento volumetrico. La struttura bainitica è caratterizzata da un'ottima tenacità.

Acciai per molle adatti alle alte temperature
48 CrMoV 67 (1.2323), X 30 WCrV 53 (1.2567), X 35 CrMo 17 (1.4122) e X 22 CrMoV 12 1 (1.4923).
Le molle costruite con questi tipi di materiale sono previste per l'utilizzo ad alte temperature (vedi tabella 13). Grazie alla loro composizione chimica, presentano una resistenza sufficiente a temperature elevate.
I materiali 48 CrMoV 67 (1.2323) e X 30 WCrV 53 (1.2567) non sono resistenti alla corrosione. I materiali X 35 CrMo 17 (1.4122) e
X 22 CrMoV 12 1 (1.4923) sono mediamente resistenti alla corrosione, nonostante il loro contenuto di cromo e molibdeno: questo fenomeno è causato dal fatto che durante le fasi di tempra e rinvenimento, avviene la separazione di carburo di cromo. Nelle zone povere di cromo, la passivizzazione, necessaria per una buona resistenza alla corrosione, risulta incompleta.

Acciai inossidabili per molle
I tipi X 12 CrNi 17 7 (1.4310), X 5 CrNiMo 17 12 2 (1.4401) e X 7 CrNiAl 17 7 (1.4568) secondo DIN 17224, sono acciai inossidabili per molle particolarmente resistenti a sostanze corrosive. Acquistano le proprie caratteristiche elastiche tramite incrudimento del materiale grezzo e/o trattamento termico dei pezzi finiti.
I due tipi X 12 CrNi 17 7 (1.4310), X 5 CrNiMo 17 12 2 (1.4401) sono sottoposti al solo incrudimento e in genere sono usati solo fino a spessori di 2 mm. Secondo il grado di incrudimento, a partire da una temperatura di circa 100ºC con sollecitazione a trazione, la resistenza diminuisce notevolmente e di conseguenza, questi materiali non dovrebbero essere utilizzati con temperature d'esercizio elevate.
Le molle a tazza sono realizzate in X 7 CrNiAl 17 7 (1.4568), fino ad uno spessore di 2.5mm (con grandi quantità anche fino a 3.0mm), i pezzi, oltre all'incrudimento vengono sottoposti all'invecchiamento (invecchiamento artificiale a 480ºC). Questo trattamento permette di raggiungere buone caratteristiche meccaniche fino a 350ºC. Il miglioramento della resistenza in seguito all'invecchiamento artificiale ha il vantaggio che, a parità di resistenza finale, l'incrudimento necessario è inferiore rispetto a quello per X 12 CrNi 17 7 (1.4310),
X 5 CrNiMo 17 12 2 (1.4401) e quindi vantaggioso per quanto riguarda le caratteristiche anticorrosive.
La lavorazione del materiale X 7 CrNiAl 17 7 (1.4568) con spessori > 2.5mm avviene allo stato ricotto, solubilizzato. Le caratteristiche meccaniche richieste dalle molle sono ottenute tramite duplice invecchiamento artificiale (bonifica strutturale). Essendo necessaria una temperatura di 760ºC per il primo processo d'invecchiamento, si manifesta la separazione di carburo di cromo, soprattutto negli intergrani, riducendo sensibilmente la resistenza alla corrosione del materiale. Le molle con struttura bonificata dovrebbero essere previste solo per un utilizzo a temperatura alta. Queste molle non devono mai essere sottoposte alla sgrassatura con acidi!
Nello stato ricotto, i tipi X 12 CrNi 17 7 (1.4310) e X 5 CrNiMo 17 12 2 (1.4401) non sono praticamente magnetici. Dopo l'incrudimento, il tipo X 12 CrNi 17 7 (1.4310) diventa più o meno fortemente magnetizzato, mentre il tipo X 5 CrNiMo 17 12 2 (1.4401) resta comunque praticamente non magnetico. L'acciaio X 7 CrNiAl 17 7 (1.4568) è chiaramente magnetizzato già allo stato morbido e l'incrudimento ne aumenta ulteriormente la magnetizzabilità.

Materiali per alte temperature con elevata resistenza alla corrosione
I materiali NiCr 19 NbMo (2.4668), NiCr 15 Fe 7 TiAl (2.4669) e NiCr 20 Co 18 Ti (2.4969) sono leghe a base di Nichel. Il Duratherm 600 è una lega a base di cobalto.
Si tratta di leghe invecchiabili che acquistano la propria resistenza per tempra a cristallo misto, grazie ad additivi composti da elementi che impediscono la diffusione ed a precipitati stabili. Tramite incrudimento prima dell'invecchiamento è possibile ottenere valori di resistenza superiori a quelli indicati in tabella 13.
Oltre alla resistenza in alte temperature e all'ossidazione, questi materiali sono caratterizzati da un'ottima resistenza alla corrosione. Grazie all'alto contenuto di cromo e nichel, sono assolutamente inossidabili e resistenti a molte sostanze aggressive. Il comportamento anticorrosivo però, non dipende solo dal tipo dell'agente aggressivo, ma anche dalle condizioni, quali la temperatura, la sollecitazione, l'aerazione ecc. Consigliamo quindi di rivolgersi a noi in caso di pericolo di corrosione.
Come da tabella 13 questi materiali possono essere usati quasi fino allo zero assoluto. Non sono magnetizzabili prima del raggiungimento della temperatura Curie. Al di sotto della temperatura Curie, il materiale diventa ferromagnetico.

Materiali non magnetici e resistenti alla corrosione
I materiali CuBe 1.7 (2.1245) e CuBe 2 (2.1247) secondo DIN 17670, sono leghe bassolegate e invecchiabili di rame per lavorazione plastica. Le molle a tazza di questo materiali, in genere vengono realizzate da nastro o lamiera semidura ed ottengono la resistenza finale tramite una trattamento termico successivo (invecchiamento artificiale). In particolare, la lega rame-berillio è caratterizzata da un notevole effetto d'invecchiamento, raggiungendo ottime caratteristiche di resistenza ed elasticità. Questi materiali possono essere utilizzati fino quasi allo zero assoluto, sono completamente antimagnetici in tutto il campo di temperatura indicato e possiedono una buona conduttività termica ed elettrica. Hanno una buona resistenza a diverse sostanze chimiche aggressive. Durante il dimensionamento della molla occorre prendere in considerazione il modulo d'elasticità inferiore rispetto a quello dell'acciaio per molle.

Materiale leggero non magnetico con ottima resistenza alla corrosione
Il materiale TiAl 6 V 4 (3.7165) è una lega di titanio per la lavorazione plastica, utilizzata soprattutto per l'industria aerospaziale. Grazie alla densità di soli 4.45 kg/dm 3 il peso di questo materiale è la metà di quello dell'acciaio per molle (7.85 kg/dm 3 ). L'utilizzo di questo materiale per la costruzione di molle a tazza non è limitato solo al settore aerospaziale, perché il materiale è antimagnetico ed è resistente a numerose sostanze chimiche.
Per la costruzione di molle a tazza possono essere usate lamiere, nastri o pezzi forgiati. Già dopo la ricottura, il materiale possiede una resistenza alla trazione R m di almeno 890 N/mm 2 ed un limite 0.2% di almeno 820 N/mm 2 . Dopo l'invecchiamento si ottengono i valori di resistenza riportati in tabella 13. Durante il dimensionamento della molla occorre prendere in considerazione il modulo d'elasticità inferiore rispetto a quello dell'acciaio per molle. Lo spessore della molla dovrà essere maggiorato del 22% circa, per ottenere lo stesso carico/freccia della molla d'acciaio, a parità di diametro esterno ed interno.

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