Selezione dell'acciaio per molle: 65Mn, gradi al silicio e al cromo-vanadio

Che cosa deve fare un acciaio per molle

Una molla immagazzina energia elasticamente, milioni di volte. Le proprietà determinanti sono elevato limite elastico (di snervamento) rispetto alla resistenza a trazione, resistenza a fatica e resistenza all'assestamento (cedimento permanente) — tutte fortemente influenzate dalla qualità superficiale e dalla decarburazione, non solo dalla chimica.

La scala dei gradi

Acciaio	Famiglia	Ruoli tipici
65Mn	Carbonio-manganese	Molle piane economiche e molle elicoidali leggere, rondelle, clip
55Si7 / SUP7	Silicio-manganese	Molle a balestra, molle elicoidali più pesanti
SUP9	Manganese-cromo	Molle elicoidali e a balestra che richiedono migliore temprabilità
51CrV4 / 6150	Cromo-vanadio	Molle elicoidali, a torsione e per valvole altamente sollecitate

Perché silicio e vanadio aiutano

Il silicio aumenta il limite elastico e, cosa importante, la resistenza al rinvenimento — una molla al silicio mantiene il suo carico a una data temperatura di rinvenimento meglio di una al semplice carbonio, ed è per questo che gli acciai Si-Mn dominano le molle a balestra. Il cromo aggiunge temprabilità per sezioni più spesse; il vanadio affina il grano e aggiunge resistenza a fatica, rendendo il 51CrV4/6150 adatto a molle per valvole motore e impieghi premium nelle sospensioni.

Il 65Mn è temprabile solo in sezioni sottili ed è il primo a perdere carico con il calore; resta imbattibile sul costo per clip, molle piane e parti agricole.

Durezza e temperatura

Le molle a balestra ed elicoidali temprate e rinvenute lavorano tipicamente nella fascia ~42–50 HRC — più tenere sacrificano la capacità di carico, più dure sacrificano la durata a fatica e favoriscono il cedimento fragile. I limiti di temperatura di esercizio seguono la lega, approssimativamente: i gradi semplici al carbonio/manganese sono generalmente limitati a circa 100–120 °C, i gradi al silicio a circa 200 °C e il cromo-vanadio a circa 200–250 °C; oltre, governa il rilassamento (perdita di carico a temperatura) e subentrano leghe speciali.

La fatica è un gioco di superficie

La pallinatura, i limiti controllati di decarburazione e le transizioni morbide contano regolarmente più di un miglioramento del grado: la maggior parte delle cricche di fatica delle molle parte da difetti superficiali. Specificare la condizione superficiale e la pallinatura insieme all'acciaio.

Le forme di fornitura cambiano il quadro dei gradi

Le molle arrivano in fabbrica come lamiera, barra o — molto comunemente — filo, e il filo ha le proprie designazioni di acciaio sovrapposte alle stesse famiglie chimiche. Le piccole molle di precisione usano filo di carbonio trafilato duro o patentato (il filo armonico è l'estremità di alta qualità); i fili Si-Mn e Cr-V/Si-Cr temprati in olio servono per molle per valvole e frizioni, dove il filo è consegnato già temprato e rinvenuto, cosicché l'avvolgitore deve solo formare e distendere. Le grandi molle sono avvolte a caldo da barra, quindi temprate e rinvenute come spirali finite. Confrontare gli "acciai per molle" tra queste forme senza notare il percorso induce in errore: le prestazioni di una molla per valvole devono tanto alla pulizia del filo e all'ispezione superficiale (controllo a correnti parassite per le cuciture) quanto alla sua chimica al cromo-vanadio.

Assestamento, precarico e rilassamento

Le molle finite sono spesso preassestate (scragged) — compresse una volta oltre lo snervamento, deliberatamente — per stabilizzare la lunghezza libera e aumentare la sollecitazione utilizzabile. La perdita di carico nel tempo a temperatura, chiamata rilassamento, è la specifica silenziosa: è misurata e limitata per applicazioni motoristiche e ad alta temperatura ed è essa, piuttosto che la resistenza statica, che di solito ritira dal servizio una molla altrimenti intatta.