Bulloni temprati in massa vs cementati: fasce di durezza, controlli di fragilizzazione e prove alla ricezione

Partire dalla fascia di durezza della classe di resistenza specificata

La durezza è l'indicatore a livello di ricevimento che dice se il trattamento termico specificato sia stato realmente eseguito. Le fasce riportate di seguito sono indicate in modo coerente da editori indipendenti, quindi una lettura fuori fascia è un elemento su cui agire prima che il lotto arrivi alla linea ^{16, 8, 27}. Un lotto di classe 12.9 che legge 36 HRC si colloca sotto la fascia 39-44 HRC e va rifiutato o messo in quarantena prima dell'uso ⁸. La stessa logica vale per il 10.9 e l'8.8: una lettura fuori fascia indica un trattamento termico errato o un prodotto contraffatto ¹⁶. Queste fasce sono riportate come guida di controllo sul campo; le fonti non riproducono le clausole di accettazione vincolanti della ISO 898-1 ^{16, 8}.

Stabilire se la durezza specificata colloca il bullone nella zona obbligatoria di rilascio della fragilizzazione

Una durezza superiore a 39 HRC (390 HV / 1200 MPa) è classificata come suscettibilità elevata, e a quel livello le misure di rilascio della fragilizzazione da idrogeno sono obbligatorie ²⁷. La classe 12.9 si colloca al limite superiore di quella zona, e la stessa ISO 898-1 mette in guardia dal rischio di corrosione sotto tensione per il 12.9 in ambienti corrosivi ^{8, 27}. I bulloni cementati sono valutati a suscettibilità molto alta sulla base della sola cementazione: una superficie oltre 45 HRC innesca quella valutazione indipendentemente dalla durezza del nucleo, per cui il controllo rigoroso della profondità di cementazione e la cottura obbligatoria diventano i controlli, non opzioni ³. Un bullone cementato con uno strato a 48 HRC si trova quindi nella fascia molto alta anche se il suo nucleo è tenero ³. Sotto 34 HRC (320 HV), le misure di rilascio generalmente non sono richieste: è lì che si collocano le classi 4.8, 5.8 e 8.8 ²⁷. La conseguenza pratica è che la durezza che si specifica decide se la cottura e i controlli del rivestimento sono obbligatori o precauzionali, e le fonti non fissano alcun valore di profondità di cementazione da abbinare a quella decisione ³.

Scegliere la classe di resistenza sul compromesso resistenza-duttilità, non sulla sola resistenza

Le classi superiori comprano resistenza al prezzo di una duttilità minore e di una suscettibilità maggiore alla fragilizzazione da idrogeno, quindi la scelta della classe è tanto una decisione di tenacità quanto di resistenza ^{22, 8}. La classe 12.9 offre 1220 MPa di resistenza minima a trazione contro 1040 MPa del 10.9, ma l'acquirente paga in duttilità e rischio di fragilizzazione ^{25, 8}. È inoltre riportato che la classe 12.9 costa sensibilmente di più, e la posizione delle fonti è che gli ingegneri non dovrebbero ricorrervi per default ²². Le fonti non forniscono valori di tenacità a urto per nessuna delle due classi, quindi il lato duttilità di questo compromesso è argomentato solo qualitativamente ²².

Definire la sequenza di processo e i controlli affinché le proprietà specificate siano riproducibili

La sequenza produttiva raccomandata colloca il trattamento termico — austenitizzazione, tempra e rinvenimento — dopo la rullatura delle filettature e prima della preparazione della superficie o del rivestimento, con la temperatura di rinvenimento registrata e il decapaggio acido evitato ²³. Registrare la temperatura di rinvenimento è ciò che rende la durezza e le proprietà meccaniche verificabili a posteriori; il decapaggio acido è evitato perché reintroduce idrogeno in un pezzo che può già trovarsi in una fascia di alta suscettibilità ²³. Per bulloni da 1000 MPa a trazione o 320 HV in su, la zincatura a lamelle di zinco è spesso l'unica opzione di rivestimento accettabile, e la cottura dopo il rivestimento non è richiesta, a differenza della galvanica ²⁴. La prova ISO 15330 è citata come il metodo che valida il processo di rivestimento a quel livello di resistenza ²⁴. Le fonti non indicano temperature di austenitizzazione, mezzi di tempra né metodi di controllo della profondità di cementazione, quindi quei parametri restano aperti per la richiesta di offerta ²³.

Esigere le prove alla ricezione che da sole un'etichetta di grado non può fornire

Un'etichetta di grado senza valore di carico di prova e senza fascia di durezza non può essere verificata alla ricezione, e questa è la falla attraverso cui passano i lotti trattati termicamente in modo errato o contraffatti ¹⁶. I controlli seguenti sono le prove che la chiudono.

• Lettura di durezza all'interno della fascia della classe di resistenza: 8.8 = 22-32 HRC, 10.9 = 32-39 HRC, 12.9 = 39-44 HRC ^{16, 8}
• Prova del carico di prova secondo ISO 898-1 con allungamento permanente nullo dopo il rilascio del carico ¹⁶
• Documentazione di rivestimento e cottura per ogni lotto da 1000 MPa a trazione o 320 HV in su ²⁴
• Risultato della prova di fragilizzazione da idrogeno ISO 15330 quando la zincatura a lamelle di zinco è il rivestimento specificato ²⁴

Verificare se il processo di rivestimento può rinvenire eccessivamente il bullone

Le temperature del bagno di zincatura a caldo di 820-860 °F possono superare la temperatura di rinvenimento di alcuni bulloni trattati termicamente, e un'esposizione prolungata allo zinco fuso può rinvenire eccessivamente il pezzo, riducendo la resistenza o alterando la tenacità ⁴. Il caso contro cui la fonte mette in guardia è un bullone rinvenuto sotto 850 °F esposto a un bagno di zinco a 860 °F, quindi il controllo è la prova meccanica dopo la zincatura a caldo anziché un divieto generalizzato ⁴. Quando la temperatura del bagno supera la temperatura di distensione o di rinvenimento del bullone, l'acquirente deve disporre la prova delle proprietà meccaniche dopo la zincatura e lo zincatore deve comunicare la temperatura del bagno ⁴. Registrare la temperatura del bagno per ogni lotto è la pratica documentata che rende possibile verificare tale correlazione se in seguito emerge un problema ⁴.

Applicare la stessa logica alle qualità dei bulloni strutturali

L'A325 è acciaio al carbonio a medio tenore di carbonio con 120 ksi a trazione e l'A490 è acciaio legato con 150 ksi, con l'A490 riportato circa il 25 % più resistente ^{17, 28}. Il guadagno di resistenza comporta un vincolo sul rivestimento: la zincatura a caldo tradizionale è generalmente sconsigliata per l'A490, mentre l'A325 viene comunemente zincato ^{17, 28}. La posizione delle fonti è che l'A490 è selezionato quando i requisiti di ingegneria esigono le massime prestazioni strutturali, e che al suo posto possono essere specificati rivestimenti anticorrosione alternativi ¹⁷. I bulloni di grado 8 non sono bulloni strutturali secondo le norme strutturali ASTM, quindi non sostituiscono l'A325 in una giunzione acciaio-acciaio ²⁸.

Dove le fonti sono in disaccordo, e cosa risolverebbe ciascun punto

Due disaccordi sono registrati. Una parte tratta la zincatura a caldo dei bulloni ad alta resistenza come un divieto, l'altra come un processo che richiede prove dopo la zincatura ^{17, 28, 4}. A parte ciò, nessuna fonte confronta la tempra in massa con la cementazione per costo o tempi di consegna ^{7, 22, 12}.

Domande frequenti

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