• acciaio C45
• albero
• caratterizzazione
• grezzo
• normalizzato

L’obiettivo di questa tesi è analizzare le caratteristiche chimico-fisiche e meccaniche di un albero con sede per chiavetta e di valutare un possibile utilizzo di una materia prima differente rispetto a quella attualmente in uso, visto il costo associato ai trattamenti termici e la difficoltà nel reperirla in questo periodo storico.
A tal fine, oltre al prodotto finito, è stata analizzata la materia prima di partenza di cui sono state consegnate due barre caratterizzate da un diverso stato di fornitura: uno costituito da acciaio allo stato grezzo e l’altro trattato termicamente con laminazione a caldo e normalizzazione.
Il materiale coinvolto è un acciaio C45, appartenente alla famiglia degli acciai non legati da bonifica.
Dell’albero viene resa nota solo la tipologia di acciaio coinvolta. Per questo, al fine di riscontrare la presenza di eventuali trattamenti termici, è necessario analizzare anche la materia prima.
Sui materiali ricevuti, nell’ordine, sono state eseguite le seguenti prove: analisi chimica, prova di durezza, analisi microstrutturale mediante microscopia ottica e prova di trazione.
L’analisi chimica è stata realizzata utilizzando la spettroscopia ad emissione ottica che ha potuto confermare la tipologia di acciaio utilizzato e dichiarato dal fornitore.
In seguito è stata analizzata la microstruttura del materiale per verificare la distribuzione delle fasi presenti (ferrite e perlite), la dimensione media dei grani e l’omogeneità della microstruttura, mentre le proprietà meccaniche sono state determinate tramite una prova di durezza Brinell e una prova di trazione.
La prova di durezza, insieme all’analisi al microscopio, permette di analizzare l’uniformità della microstruttura. Per questo, le impronte di durezza sono state eseguite in posizioni distinte sulla materia prima e sul prodotto finito. Per la tipologia di materia prima utilizzata, si prevedeva che i risultati fossero uniformi in ogni punto del materiale in quanto, nonostante la presenza del trattamento termico, non si ha la formazione di nuove fasi con caratteristiche meccaniche differenti. Tuttavia, i valori ottenuti sono risultati uniformi sul prodotto finito, mentre sulla materia prima sono più variabili. L’analisi della microstruttura ha permesso di indagare la causa delle anomalie: infatti, dalle micrografie, si nota la prevalenza di un grano perlitico rispetto a quello ferritico, le cui proprietà meccaniche sono migliori e per questo possono risultare in misure di durezza più elevate.
Con la prova di trazione sono state verificate le proprietà meccaniche sia della materia prima che del prodotto finito. In particolare, nella prima i campioni sono stati prelevati al bordo esterno e a centro sezione, mentre per il secondo è stato analizzato un unico provino. Dai valori ricavati si può conoscere la resistenza a snervamento del materiale per verificare, rispetto al carico applicato, l’inizio della deformazione plastica. Quest’ultimo parametro risulta essere fondamentale in quanto, in esercizio, non si vuole raggiungere la condizione di snervamento che provocherebbe malfunzionamento del componente e sua minor durata.
Dai risultati ottenuti sia sulla materia prima che sul prodotto finito, si è potuto appurare che, attualmente, l’albero con sede per chiavetta è laminato a caldo e normalizzato. Per la sua produzione, non si può ritenere possibile utilizzare acciaio grezzo in sostituzione a quello trattato in quanto le caratteristiche microstrutturali ma anche le proprietà meccaniche non sono idonee per l’applicazione considerata.

The aim of this paper is to analyze the chemical-physical and mechanical characteristics of a shaft with a keyway location and to evaluate a possible application of a different raw material than the one currently in use, due to the cost associated with heat treatments and the difficulty in getting it in this historical period. For this purpose, in addition to the finished product, the starting raw material was analyzed, investigating the relevant properties of two newly delivered bars characterized by a different state of supply: one consisting of steel in its raw state and the other heat-treated with hot rolling and normalization. The material is a C45 steel, belonging to the family of unalloyed quenched and tempered steels. Concerning the shaft, only the type of steel involved is disclosed. Therefore, in order to find the presence of any heat treatment, it is also necessary to analyze the raw material. The following tests were performed on the materials received, in order: chemical analysis, hardness test, microstructural investigation by optical microscopy and tensile test. Chemical analysis was realized using optical emission spectroscopy, which was able to confirm the type of steel used and declared by the supplier. Then, the microstructure of the material was analyzed to check the distribution of the characteristic phases (ferrite and pearlite), the average grain size and the homogeneity of the microstructure, whereas the mechanical properties were determined through a Brinell hardness test and a tensile test. The uniformity of the microstructure, together with microscopic analysis, can also be analyzed with the hardness test. Therefore, indentations were made at different positions on the raw material and on the final product. Due to the type of raw material used, it was expected that the results would be uniform at each location on the material because, despite the presence of heat treatment, there isn’t the formation of new phases with different mechanical properties. However, the values obtained were uniform on the finished product, while on the raw material they are more variable. Analysis of the microstructure permitted investigation of the reason behind the anomalies: in fact, micrographs show the prevalence of pearlitic grain over the ferritic one, whose mechanical properties are better and therefore may result in higher hardness values. With the tensile test, mechanical properties were checked both in the raw material and on the final product. In particular, in the first one, specimens were taken at the outer edge and center section, while for the second one, a single specimen was analyzed. From the values obtained, it is necessary to know the yield strength of the material in order to verify, in relation to the applied load, the beginning of plastic deformation. This parameter is very important because, when in operation, it would be better not to reach the yield condition, which would cause a malfunctioning of the part and a shorter service life. The results obtained on both the raw material and the finished product could establish that, at present, the keyway shaft is hot-rolled and normalized. For its production, it cannot be considered possible to use raw steel as a substitute of the treated steel because of the microstructural characteristics and also the mechanical properties are not suitable for the considered application.