L’acciaio è una lega di metalli costituita principalmente da ferro e contiene dallo 0.2 al 2.1% di carbonio. Tutto l’acciaio contiene carbonio, ma il termine “acciaio al carbonio” si applica specificamente all’acciaio che contiene carbonio come principale costituente della lega. L’acciaio al carbonio medio è un acciaio al carbonio che contiene tra lo 0.30 e lo 0.60 percento di carbonio. Ha anche un contenuto di manganese compreso tra 0.6 e 1.65%. Questo tipo di acciaio fornisce un buon equilibrio tra resistenza e duttilità ed è comune in molti tipi di parti in acciaio.
Il ferro è costituito da un reticolo cristallino di atomi di ferro che consente agli atomi di scorrere l’uno sull’altro, rendendo il ferro puro relativamente morbido. Il carbonio nell’acciaio riduce questa tendenza, rendendo l’acciaio al carbonio medio più duro del ferro. Elementi aggiuntivi come cromo, manganese, tungsteno e vanadio possono anche agire come agenti indurenti nell’acciaio. La proporzione precisa di questi elementi determina le proprietà specifiche dell’acciaio.
Il carbonio aggiuntivo rende l’acciaio più duro ma anche più fragile, quindi la produzione di acciaio al carbonio richiede un equilibrio tra durezza e duttilità. Gli usi più comuni dell’acciaio al carbonio medio sono in macchinari pesanti, come assali, alberi a gomiti, giunti e ingranaggi. L’acciaio con un contenuto di carbonio compreso tra lo 0.4 e lo 0.6 percento è comunemente usato nell’industria ferroviaria per realizzare assali, rotaie e ruote.
Il trattamento dell’acciaio al carbonio medio con il calore modifica in modo significativo le proprietà meccaniche, come duttilità, durezza e resistenza. Il trattamento termico dell’acciaio influisce leggermente su altre proprietà come la sua capacità di condurre calore ed elettricità. Esistono diversi metodi per trattare l’acciaio con il calore.
Il contenuto di carbonio e manganese negli acciai al carbonio medio rendono la tempra e il rinvenimento il metodo più comune di trattamento termico per questo tipo di acciaio. Questo processo generalmente comporta il riscaldamento ripetuto dell’acciaio a meno di 1,333 ° F (circa 723 ° C) e il raffreddamento rapido mediante tempra in un liquido come olio o acqua. La temperatura e il tempo di questo processo consentono al produttore di controllare con precisione le proprietà finali dell’acciaio.
La cementazione è un processo di tempra dell’acciaio che interessa solo l’esterno dell’acciaio. Questo produce un esterno duro e resistente all’acqua con un interno più duttile. L’acciaio al carbonio è spesso cementato perché è difficile indurire completamente una parte spessa in acciaio al carbonio. L’acciaio con più agenti di lega rispetto a quello degli acciai al carbonio medio ha una maggiore capacità di temprabilità e potrebbe non necessitare di cementazione.