• elementi volutamente aggiunti durante il processo di fabbricazione per migliorarne la qualità (manganese, silicio);
• elementi sempre presenti come impurezze che non si riescono ad eliminare completamente (Zolfo, fosforo);
• inclusioni non metalliche o atomi di gas presenti come interstiziali (idrogeno, azoto);
• elementi volutamente aggiunti per migliorare alcune proprietà degli acciai (cromo, nichel, molibdeno, vanadio, ecc.).

Di seguito alcune delle proprietà che conferiscono gli elementi di lega al materiale. Poichè lo scopo di tali aggiunte varia a seconda delle classi di materiali, riportiamo di seguito alcune indicazioni di massima sui vari elementi.

Carbonio (C) Aumenta la ritenzione del filo, la resistenza alla trazione e la durezza, migliorando la resistenza all'usura e all'abrasione.

Cromo (Cr) Aumenta la durezza, la tenacia e la resistenza alla trazione. Aumenta la resistenza alla corrosione, all'usura ed abrasione (se con alto tenore di carbonio). Un acciaio che contiene oltre il 12% di Cr è definito acciaio inossidabile. Aumenta la temprabilità poichè riduce la velocità critica di tempra.

Cobalto (Co) Aumenta la resistenza meccanica e la durezza, consentendo la tempra a temperature più alte. Intensifica gli effetti individuali degli altri elementi presenti in lega.

Niobio o Columbio (NB) Migliora la resistenza meccanica e la tenacia. Conferisce resistenza alla corrosione e migliora la raffinatezza dei grani e l'indurimento per precipitazione.

Rame (Cu) Aumenta la resistenza alla corrosione

Manganese (Mn) Si oppone alla fragilità dovuta alla presenza di zolfo. Aumenta la temprabilità, la resistenza all'usura per urto ed alla trazione. Rimuove ossigeno e gas dal metallo fuso. In grandi quantità, aumenta la durezza ma anche la fragilità.

Molibdeno (Mo) Innalza la temperatura di ingrossamento del grano austenitico. Aumenta la resistenza, la durezza, la temprabilità e tenacia. Migliora la lavorabilità e la resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili. Bilancia la tendenza alla fragilità da rinvenimento.

Nichel (Ni) Aumenta resistenza e tenacia degli acciai ricotti o non trattati. Provoca un abbassamento dei punti critici di trasformazione ed una riduzione della velocità critica di tempra. Aumenta la resilienza, l'allungamento e la duttilità; in parte minore la resistenza a trazione e la durezza. Rende austenitiche le leghe Fe-Cr ad alto tenore di cromo.

Azoto (N) In alcuni acciai viene utilizzato al posto del carbonio, offrendo il vantaggio della resistenza alla corrosione.

Fosforo (P) Aumenta la resistenza meccanica degli acciai a basso tenore di carbonio, la lavorabilità e la durezza. Genera fragilità in alte concentrazioni.

Silicio (Si) Migliora la temprabilità, la resistenza meccanica, la durezza, la resistenza all'usura e la stabilità al rinvenimento. Provoca però effetti negativi quali eccessiva fibrosità, o ingrossamento del grano cristallino. Viene impiegato insieme al manganese per aumentare la flessibilità dell'acciaio. Rimuove ossigeno e gas dal metallo fuso.

Zolfo (S) Impurezza proveniente dai minerali usati nella produzione dell'acciaio e quindi sempre presente nel prodotto finale. Negli acciai commerciali viene tenuto sotto lo 0,05%, in quelli di qualità è usualmente inferiore allo 0,035%. La desolforazione dell'acciaio viene generalmente ottenuta mediante trattamento con manganese. In assenza di tale trattamento lo zolfo ha tendenza a segregare, causando un fenomeno di fragilità per decoesione intergranulare (hot-short). In taluni casi si effettua la risolforazione dell'acciaio per conferire ottime caratteristiche di lavorabilità alle macchine utensili automatiche.

Tungsteno (W) Conferisce resistenza meccanica, tenacia e migliora la temprabilità.

Vanadio (V) Eleva il limite di fatica e facilita la lavorabilità a caldo. Aumenta la resistenza meccanica, la resistenza all'usura e la tenacità. Contribuisce ad aumentare la resistenza all'usura ed sforzi impattivi. Limita la dimensione dei grani.

Bibliografia

Struttura e proprietà dei materiali metallici - Alberto Cigada - Città Studi Edizioni
Tecnologia meccanica - Carlo Gaccia Ed. Zanichelli
Zoom on mechanics - L.Chiara, C. Rizzardi Ed. Blugarini Firenze