Tiratona finale e poi ci scateniamo con i commentiUff, questa è stata tosta!
Ci si focalizza su cosa succede nel metallo quando lo si lavora a freddo. Per la terminologia, un esperto di metallurgia qui, avrebbe fatto abbastanza comodo, comunque ho verificato che il termine “dislocation” rimane tale anche in italiano, cioè “dislocazione”. Il termine “edge dislocation” viene tradotto con “dislocazione a spigolo”.
Tutto il discorso mi ha fatto ricordare due cose: che per spezzare un filo di ferro con le mani lo pieghiamo più volte su e giù finché si rompe, e adesso sapremo perché. Ed il motivo per cui nei data sheet si consiglia una distensione dopo lavorazioni meccaniche particolarmente complesse. Mi ero riproposto di riprendere in mano la traduzione e di integrarla con alcune considerazioni che ho fatto tra me e me in sede di traduzione e annesse ricerche, ma stava passando troppo tempo. Per cui scusate se la qualità e migliorabile (scrivetemi! cosi la sistemo prima di produrre il pdf) e per il tempo intercorso tra un capitolo e l'altro, non sono riuscito a fare di meglio.
6- Dal reticolo atomico alla superficie dell’incudine.Mettiamo assieme quanto detto e cominciamo ad osservare il metallo quando si muove. In primo luogo esaminiamo come l’acciaio si muova anche quando è freddo. Quando gli scienziati cominciarono ad analizzare questo processo, esaminarono la natura della disposizione in cristalli degli atomi, affrontarono matematicamente il fenomeno, e si scontrarono con dei problemi. Se i metalli erano effettivamente costituiti da quella perfetta ripetizione di righe di atomi, sarebbe stata necessaria una forza migliaia di volte più intensa per far iniziare il processo di slittamento rispetto a quella riscontrata in pratica. Qualcosa non andava. Affrontarono il problema più nel dettaglio e trovarono la causa della discrepanza tra teoria e pratica. Il cristalli del metallo non sono perfetti ma hanno, al loro interno, molte piccole anomalie sotto forma di “lacune” e “dislocazioni”. Le lacune sono esattamente quello che il termine indica, uno spazio nel reticolo che è vuoto anziché essere occupato da un atomo. Per la nostra discussione però, la dislocazione è un fenomeno più interessante, in particolare la “dislocazione a spigolo” . Le dislocazioni a spigolo sono delle deviazioni della disposizione atomica in cui una riga di atomi incompleta causa una anomala distorsione del reticolo.
Ma perché queste dislocazioni a spigolo sono per noi così interessanti? Perché sono loro che permettono all’umile braccio dell’uomo di modellare l’acciaio. Immaginate un enorme tappeto così pesante che una persona non riesce a trascinarlo sul pavimento, ma che tuttavia è necessario spostare leggermente. Come si può fare? Fate una piega o un’onda ad una estremità e quindi, come farebbe un bruco, fate scorrere l’onda fino all’altra estremità del tappeto!
Con le stesse modalità le dislocazioni di spigolo permettono lo scorrimento nell’acciaio. Tuttavia, le dislocazioni a spigolo rendono più facile la deformazione fino a che non si moltiplicano o si accumulano contro ostacoli come i bordi dei grani, atomi sproporzionati di elementi leganti o altre anomalie del reticolo. Mano a mano che si accumulano, trasferiscono l’energia cinetica della deformazione in energia potenziale nota come tensione. In un altro caso di estrema ironia, in opposizione alle affermazioni assolutamente false dei piegatori di bordi (
ndt: ritengo si riferisca a chi lavora il metallo con le presse ovviamente a freddo), amanti del lavoro a basse temperature, la realtà ci dimostra che l’acciaio lavorato a freddo è attualmente meno denso, su scala atomica, a causa dell’aumento delle lacune e delle dislocazioni. Tutto questo è alla base dell’incrudimento
(ndt: una forma di incrudimento è la pallinatura che permette di indurire la superficie di un metallo) ed è una informazione molto importante per la nostra discussione. Per aiutare a capire l’incrudimento dei metalli, mi piace visualizzare il cristallo di metallo come un grosso cubo formato da blocchi a loro volta formati da centinaia di piccoli blocchi tutti accatastati in file e colonne ordinate. Scegliete un punto a caso nella struttura e spingete una riga finché non esce dall’allineamento. Ora scegliete un'altra faccia del cubo e fate la stessa cosa. Se continuate così, le righe disallineate cominciano ad aggrovigliarsi le une con le altre e diventa più difficile trovare una riga che possa muoversi facilmente. Alla fine si verranno a creare talmente tanti inceppamenti dovuti al disallineamento che la struttura, perduta ormai la sagoma originale, diventerà abbastanza rigida nella sua nuova forma. Se però continuate a spingere anche senza che ci sia uno spostamento, potreste arrivare a far cader una intera porzione della struttura, e io penso che tutti possiate intuire a cosa questo possa equivalere per il nostro acciaio (
ndt: il nostro filo che si spezza a furia de piegà)!
L’incrudimento porta ad uno stato di anisotropia che, dal punto di vista del rafforzamento, è vantaggioso nella direzione parallela a quella della lavorazione a freddo. Il contrario vale per le proprietà del metallo nella direzione perpendicolare a quella della lavorazione. Se l’obbiettivo è ottenere la stessa proprietà in tutte le direzioni (cioè l’isotropia), molto probabilmente sarà necessaria una operazione di distensione per riottenere quella uniformità. Quando si parla della natura dell’incrudimento, vale la pena ricordare anche che, mentre il punto di snervamento e la durezza sono aumentati, la durezza alla graffiatura o la difficoltà al taglio o alla lavorazione non sono variati.
Ma se vogliamo lavorare di più il nostro metallo, quando applicando ulteriore forza, l’unico risultato è che vada in pezzi, come possiamo procedere? Chi lavorava il ferro a freddo è inciampato sulla risposta migliaia di anni fa è l’hanno utilizzata fin da allora; se i fabbri sono stati un po’ lenti a capirlo, è perché gran parte del nostro lavoro racchiude quella risposta alle temperature che noi preferiamo.
Il trattamento termico, il “convitato di pietra” al banchetto del forgiatore…7 - RicotturaLa ricottura, è il processo che consiste nel riscaldare i metalli lavorati a freddo o sottoposti a pesanti lavorazioni, fino ad una temperatura alla quale succedono un certo numero di cose importanti. Il primo è noto come recupero, questo è il punto nel processo di riscaldamento in cui l’energia dovuta alla tensione verrà alleggerita e le dislocazioni verranno ridotte dato che il reticolo si riaggiusterà. Il passo successivo, quando l’assetto atomico comincia a cambiare è noto come ricristallizazione, fa sì che si formino per intero nuovi cristalli che vanno a sostituire i vecchi cristalli deformati. Questo processo si svolgerà un passo alla volta cominciando con la nucleazione di nuovi grani nei punti di massima energia di tensione, che tipicamente sono i vecchi limiti (
ndt: del grano) è le altre alterazioni della struttura.
Infatti, molti metalli semplici, che non hanno al loro interno sorgenti di alta energia di tensione, attualmente richiedono una deformazione per ricristallizzare a fronte di un successivo riscaldamento. Una interpretazione sbagliata di questo concetto può diventare facilmente la causa di false nozioni per cui l’acciaio migliora forgiandolo. Vedete, l’acciaio non è un metallo semplice; è molto complesso con tutti i tipi di anomalie insite proprio nel reticolo atomico. L’acciaio può ricristallizzare ogni volta che venga riscaldato alla giusta temperatura senza che serva assolutamente l’aiuto del martello, anche se l’azione di quest’ultimo può aumentare le turbolenze.
Tenendo questo a mente, si devono rivedere le affermazioni relative all’affinamento delle condizioni per via meccanica a qualsiasi temperatura ricordando che qualsiasi effetto dovuto alla deformazione plastica verrà rimesso in ordine non appena il metallo verrà riscaldato fino ad una qualsiasi condizione vicina alla ricristallizzazione da l’unico processo che permette la rimozione dello stress da lavorazione e la ricottura. Perché abbia completamente successo, il trattamento termico di tempra necessita di questi stessi processi. Molti dei proclami relativi ad un miglioramento per mezzo della deformazione possono andare contro ad un adeguato trattamento termico.
Come abbiamo già visto, l’acciaio produrrà nuovi cristalli non appena verrà riscaldato ad una temperatura superiore a quella di cristallizzazione, l’azione del martello può aggiungere punti in cui tale processo possa aver luogo, ma cosa accade se forgiamo ad una temperatura superiore al punto di cristallizzazione?
Ciascuno colpo di martello introdurrà energia in un sistema che sta cercando di equalizzarsi; questa energia nuova inizierà quindi a produrre nuovi punti di nucleazione e ulteriori nuovi grani. La giuste temperature per forgiare sono un bilanciamento tra la necessità di spostare il metallo e lo stare al passo con il tasso di crescita del grano. Ma, tra tutte le frustrazioni che l’acciaio ci può dare, esso racchiude in sé qualcosa di simile ad una magnifico meccanismo di sicurezza che può salvare il lavoro anche del più incompetente dei forgiatori.
Dato che l’acciaio ha la capacità di ricristallizzare bene per conto suo, un processo chiamato “normalizzazione” diventa molto significativo per il forgiatore. Un veloce riscaldamento fino alla temperatura di ricristallizzazione, mentre lascerà il nostro povero metallo libero di fare le sue cose, farà tabula rasa, anche dei problemi cui il nostro incoerente martellare può portare e affinerà il grano meglio di tutti i nostri magici colpi di martello.
Ma riguardo la possibilità di affinare il grano tramite forgiatura? Non è quello che fanno i forgiatori? Si, ma un forgiatore saggio con la conoscenza di quello che l’acciaio sarà in grado di ottenere per conto proprio lascerà l’acciaio ripararsi in modo molto più efficiente. Se un grano più fine è migliore per i nostri scopi (e nella maggioranza dei casi lo è), allora perché avere un grano più fine solo nei punti in cui vanno a finire i colpi irregolari del nostro martello? Perché non ci rilassiamo e non lasciamo che sia l’acciaio riscaldato a fare il lavoro e rendere il grano dell’intera lama uniforme?
Ogni volta che ho utilizzato da soli vari trattamenti termici per affinare il grano, ed ho quindi confrontato l’aspetto dl grano dei campioni spezzati con quelli che avevo martellato a morte, i primi avevano sempre un aspetto più fine ed uniforme. Questo non dovrebbe costituire una sorpresa se si pensa a quanto possa essere uniforme un colpo di martello se confrontato all’azione dell’intera struttura dell’acciaio al lavoro. E’ inoltre degno di menzione un interessante fenomeno che hanno osservato gli esperti di metallurgia, e che i forgiatori devono considerare. Se l’acciaio viene solo debolmente deformato, si formeranno abbastanza punti irregolari di nucleazione creati da molti piccoli grani piccoli disposti attorno a grani più grandi. Dato che i grani grossi crescono a spese dei grani più piccoli, quello che avremo fatto in questa circostanza sarà l’aver creato un mostro ed averlo circondato di tutto quello che può mangiare. Alla fine, questo porterà ad un irregolare ingrossamento del grano, che non ci sarebbe stato se si fosse l’asciato l’acciaio fare le proprie cose, o almeno aver mosso l’acciaio in modo da rilavorarlo completamente. Questo dovrebbe render l’idea che “impaccare” l’acciaio con pochi deboli colpi di martello alla fine è completamente controproducente.
8 - Cosa significa tutto questo?In conclusione, dopo aver esaminato tutti questi aspetti di un processo complesso, ci sono sicuramente degli effetti che la forgiatura può avere sul metallo, tuttavia, molti di essi difficilmente rientrano nel regno delle fantastiche affermazioni con cui troppi forgiatori si mettono sul piedistallo, la maggior parte di tali affermazioni si demoliscono facilmente con una conoscenza elementare degli effettivi meccanismi in gioco. Quasi sempre i forgiatori ragionevoli hanno bisogno di ulteriori sistemi per affinare l’acciaio, questo per porre rimedio a tutti gli abusi che hanno perpetrato su di esso forgiandolo, un altro tra i tanti circoli viziosi in questa attività (
ndt. qui si è dovuto andare sul senso, se interessa il perchè della citazione vedere: http://it.wikipedia.org/wiki/Paradosso_del_Comma_22, in sostanza si vuole ribadire che senza gli opportuni trattamenti termici le opzioni che si hanno portano deterministicamente al fallimento)
Il fatto è che, a meno che non si debba lavorare a freddo e dire che va bene così, tutto si basa sul raggiungimento di quelle temperature necessarie per portare a compimento ciascuno di essi (
ndt: fattori in apparente contrasto tra loro: effetti negativi della lavorazione e miglioramento del grano). Quindi se lasciamo perdere il concetto che un raddoppio a martello sia una sorta di bacchetta magica, che con un tocco permette cambiamenti miracolosi nell’acciaio, e invece approcciamo la forgiatura come un passaggio nel trattamento termico probabilmente riusciremo ad ottenere una buona lama.
