Quali fattori influenzano la durezza dell'acciaio al carbonio?
La durezza dell'acciaio al carbonio può essere influenzata da una serie di diversi fattori, tra cui il contatto con il carbonio, la quantità e il tipo di altri elementi nella lega e i processi specifici utilizzati per creare l'acciaio. L'acciaio a basso tenore di carbonio, che contiene tra lo 0,05 e lo 0,25% di carbonio, è in genere la varietà più morbida, sebbene possa essere indurito attraverso un processo noto come carburazione. L'acciaio al carbonio ultra alto, che può contenere fino al 2% di carbonio, è in genere il tipo più duro, sebbene la durezza finale di ciascun prodotto sia determinata anche da vari processi di trattamento termico. I processi di tempra possono aumentare la durezza dell'acciaio al carbonio di un fattore di circa quattro, sebbene il successivo rinvenimento in genere riduce la durezza.
L'acciaio al carbonio è una lega costituita principalmente da ferro e carbonio. Possono essere presenti anche altri elementi, in genere in quantità molto piccole. Esistono alcune definizioni diverse di ciò che costituisce esattamente l'acciaio al carbonio, sebbene elementi come il silicio e il rame rappresentino in genere meno dello 0,6% di varie leghe. Alcune leghe di acciaio al carbonio possono contenere fino all'1,6% di elementi come il manganese. Poiché esistono diverse leghe che vengono comunemente chiamate acciaio al carbonio, ogni tipo tende ad avere una durezza diversa.
Il fattore principale che influenza la durezza dell'acciaio al carbonio è la quantità di carbonio presente nella lega. Gli acciai a basso tenore di carbonio tendono ad essere i più morbidi, mentre gli acciai a carbonio ultra elevato possono essere piuttosto duri e fragili. È anche possibile modificare le caratteristiche fisiche dell'acciaio al carbonio attraverso vari trattamenti, sia per aumentare o ridurre la durezza.
Anche se l'acciaio a basso tenore di carbonio è relativamente morbido, un processo noto come carburazione può renderlo più duro. Questo processo di trattamento termico fa sì che la lega assorba carbonio aggiuntivo da fonti solide, liquide e gassose come carbone e monossido di carbonio. Il carbonio viene in genere assorbito solo nella superficie del metallo, il che si traduce in uno strato esterno indurito e un nucleo più morbido e duttile.
Gli acciai al carbonio ad alto contenuto tendono ad essere molto difficili all'inizio, ma i processi di tempra possono renderli ancora più difficili. Se una lega di acciaio al carbonio è troppo dura, in genere sarà anche piuttosto fragile. Alcune leghe eccezionalmente dure sono in realtà soggette a processi di tempra e tempra che possono ridurre la durezza dell'acciaio al carbonio e aumentare la duttilità. Altri processi, come la ricottura, possono anche aumentare efficacemente la duttilità e ridurre la durezza complessiva dell'acciaio al carbonio.