Storia: Inox PH – Indurenti per Precipitazione

La sfida della maggior parte dei metallurgisti e degli ingegneri dei materiali specializzati in metalli è trovare una lega abbastanza deformabile da poter essere lavorata e modellata nella forma richiesta, ma allo stesso tempo capace di elevate resistenze meccaniche una volta in opera, oltre che – preferibilmente – resistente a corrosione, come nel caso degli acciai inossidabili (vedi passivazione)

Come spesso accade nella storia, il processo d’indurimento per precipitazione fu scoperto casualmente nel 1906 durante le sperimentazioni sulla lega Alluminio-Rame “Duralumin” , dal metallurgista tedesco A. Wilm. Da quel giorno, furono necessari ben 15 anni di studi per comprendere e sfruttare il meccanismo di indurimento per precipitazione, senza il quale lo sviluppo di leghe leggere ma abbastanza resistenti da sopportare alti sforzi meccanici non sarebbe stato possibile.

Oltre alle leghe di alluminio, il processo di precipitazione per indurimento si può applicare alle leghe di cobalto, nickel, rame, titanio.

Anche l’acciaio inossidabile può essere indurito e temprato, oltre che con i tradizionali sistemi quali laminazione a freddo e tempra, anche con un ulteriore processo chiamato “Precipitation Hardening” (indurimento per precipitazione, da cui la sigla PH)

In generale, il processo di indurimento per precipitazione segue 3 step:

• Solubilizzazione –  Questa fase consiste in un trattamento a temperature relativamente alte che permette ai precipitati ed agli alliganti di dissolversi in una soluzione sovra-satura in maniera omogenea.  Temperature tipiche per gli acciai inossidabili sono tra i 950°C ed i 1065 °C;
• Tempra – consiste in un rapido raffreddamento del materiale ad una temperatura che può essere quella ambiente o, nel caso di tempra criogenica, alla temperatura dell’azoto liquido.
• Invecchiamento (aging) –  La soluzione solida sovra-satura si trasforma col tempo e la temperatura mentre gli alliganti formano piccoli precipitati. La formazione di questi cluster porta al rinforzo del materiale. In alcune leghe la formazione di questi precipitati avviene a temperatura ambiente con il trascorrere del tempo, in questo caso si parla di invecchiamento naturale. Sia la temperatura di invecchiamento che la durata del trattamento influenzano pesantemente la microstruttura che si ottiene e di conseguenza le proprietà meccaniche. Sono questi quindi dei parametri sui quali è possibile lavorare.

Senza addentrarci in nei concetti e nelle cinetiche della scienza dei materiali, cerchiamo di dare una breve e chiara spiegazione di come mai questi processi rendano l’acciaio inossidabile (ed in generale tutte le leghe) più dure e resistenti: la deformabilità di un metallo, in questo caso dell’acciaio inossidabile, è data dalla mobilità di entità definite “dislocazioni” all’interno del reticolo cristallino del materiale.

I precipitati che si formano con il processo di indurimento sono degli ostacoli alla propagazione ed al movimento di tali dislocazioni, rendendo di fatto la deformazione più difficoltosa.