39NiCrMo3: Specifiche Tecniche Acciaio

1. Acciaio 39NiCrMo3: caratteristiche generali

L’acciaio 39NiCrMo3 (numero materiale 1.6510, EN 10083-3) è un acciaio legato da bonifica al nichel-cromo-molibdeno, impiegato allo stato bonificato (+QT) per organi meccanici sollecitati a fatica e a torsione: alberi di trasmissione, alberi motore, ingranaggi, perni e bielle. 

La lega – C 0,35-0,43%, Ni 0,70-1,00%, Cr 0,60-1,00%, Mo 0,15-0,25% – offre buona temprabilità e una combinazione equilibrata di resistenza e tenacità: dopo bonifica raggiunge Rm 980-1180 MPa per sezioni fino a 16 mm, con valori decrescenti all’aumentare del diametro. Rispetto a un acciaio da bonifica non legato come il C45, mantiene proprietà più uniformi su sezioni medio-grandi. Presenta però saldabilità limitata e sensibilità alla fragilità da rinvenimento, da gestire nei cicli termici. È normato da EN 10083-3 (laminati a caldo) ed EN 10277-5 (prodotti finiti a freddo).

Il bilancio tra carbonio ed elementi di lega rende il 39NiCrMo3 la scelta tipica quando un C45 non garantisce temprabilità sufficiente sulla sezione, ma non servono i tenori di lega di un 42CrMo4. Appartiene alla famiglia degli acciai da bonifica ed è fornibile negli stati +N, +A e +QT. Per gamma dimensionale, lavorazioni e preventivo: 39NiCrMo3 – prodotti e richiesta preventivo.

2. Composizione chimica del 39NiCrMo3

La composizione chimica del 39NiCrMo3 è definita da EN 10083-3 per il numero materiale 1.6510. È un acciaio legato Ni-Cr-Mo a medio tenore di carbonio: il carbonio fornisce la capacità di tempra e la durezza dopo rinvenimento, mentre nichel, cromo e molibdeno ne governano temprabilità e tenacità.

2.1. Tabella di composizione chimica

I tenori prescritti da EN 10083-3 (analisi di colata) sono riportati nella tabella seguente.

2.2. Ruolo degli elementi di lega

Il nichel aumenta la tenacità e abbassa la temperatura di transizione duttile-fragile. Il cromo incrementa temprabilità e resistenza all’usura. Il molibdeno migliora la stabilità al rinvenimento e contrasta – pur senza eliminarla del tutto – la fragilità da rinvenimento, tipica di questa famiglia di acciai. Il manganese, oltre alla funzione disossidante, lega lo zolfo come solfuro di manganese (MnS) contenendo la fragilità a caldo, mentre il silicio agisce da disossidante e contribuisce alla resistenza. Su richiesta il grado è fornibile con trattamento al calcio (Ca) per migliorare le proprietà trasversali, oppure nelle varianti a lavorabilità migliorata con piombo (Pb 0,15-0,35%) o zolfo controllato (S 0,020-0,040%).

2.3. Controllo degli elementi residui

EN 10083-3 limita gli elementi nocivi per preservare la tenacità: il fosforo non supera lo 0,025% (prevenzione della fragilità a freddo e delle segregazioni), lo zolfo lo 0,035% (controllo delle inclusioni che riducono la tenacità trasversale). Nelle varianti a lavorabilità migliorata lo zolfo è invece volutamente innalzato in finestra controllata (0,020-0,040%) per favorire la truciolabilità. La scelta tra variante “pulita” e variante a zolfo controllato dipende dal compromesso richiesto tra tenacità trasversale e lavorabilità alle macchine utensili.

2.4. Scostamenti ammessi sull’analisi di prodotto

EN 10083-3 ammette scostamenti dell’analisi di prodotto rispetto a quella di colata: indicativamente C ±0,02%, Mn ±0,04%, Cr ±0,05%, Ni ±0,05%, Mo ±0,03%. Non si tratta di tolleranze di processo dell’acciaieria, ma dei limiti normativi entro cui l’analisi sul prodotto finito può differire da quella di colata. È un parametro rilevante per la conformità del mill test certificate (MTC) emesso secondo EN 10204 (certificato 2.1 o 3.1).

3. Proprietà meccaniche del 39NiCrMo3 allo stato bonificato (+QT)

Le proprietà meccaniche del 39NiCrMo3 dipendono dalla classe dimensionale: i valori prescritti da EN 10083-3 valgono per la sezione di riferimento indicata e decrescono all’aumentare di diametro o spessore, per effetto della minore severità di tempra al cuore. I valori si intendono su provino longitudinale, a 20 °C, allo stato +QT.

3.1. Proprietà meccaniche per classe dimensionale

Nota: i valori valgono per i prodotti laminati a caldo +QT secondo EN 10083-3, fino alla sezione di riferimento di 250 mm. Per sezioni maggiori (forgiati) i dati disponibili sono solo indicativi (rif. UNI 7874) e vanno concordati all’ordine. EN 10083-3 specifica per il +QT i valori di Rm, Rp0,2, A, Z e KV; la durezza Brinell non è un requisito del +QT (è invece prescritta come valore massimo per lo stato ricotto +A). I valori HB della tabella sono correlazioni indicative ricavate da Rm.

3.2. Durezza e moduli elastici

Allo stato ricotto (+A) la durezza è limitata a un valore massimo prescritto dalla norma (dell’ordine di circa 248 HB). Allo stato bonificato la durezza segue la classe dimensionale secondo la correlazione con Rm riportata nella tabella precedente. Il modulo di elasticità è E ≈ 210 GPa e il modulo di taglio G ≈ 80 GPa; la densità è ≈ 7,85 kg/dm³ (= 7,85 g/cm³), valore tipico degli acciai legati Ni-Cr-Mo. Questi parametri garantiscono rigidità e stabilità dimensionale adeguate ai componenti sollecitati.

3.3. Resistenza a fatica e tenacità

La combinazione di temprabilità profonda e tenacità rende il 39NiCrMo3 adatto a componenti soggetti a sollecitazioni cicliche. La resilienza KV prescritta è ≥ 35-40 J (provino longitudinale, a 20 °C) per le sezioni oltre 16 mm. Il comportamento effettivo a fatica non dipende però dal solo materiale: finitura superficiale, tensioni residue e temperatura di rinvenimento adottata incidono in modo determinante e vanno riferiti al singolo componente. Un rinvenimento alto (≥ 550 °C) privilegia la tenacità, uno più basso la resistenza.

4. Caratteristiche fisiche del 39NiCrMo3

I dati fisici sono parametri progettuali per il calcolo di dilatazioni, rigidezze e cicli termici. Salvo diversa indicazione, sono valori tipici per acciai legati Ni-Cr-Mo, da confermare sul datasheet dell’acciaieria fornitrice in caso di calcoli critici.

4.1. Densità e moduli elastici

La combinazione di densità tipica e moduli elevati offre buona rigidità a parità di sezione, utile nella progettazione di alberi e organi sollecitati a flessione e torsione.

4.2. Proprietà termiche e dilatazione

Il coefficiente di dilatazione termica lineare (≈ 11,2 × 10⁻⁶ K⁻¹) è il parametro chiave per il calcolo delle tolleranze su componenti soggetti a cicli termici. La conducibilità termica degli acciai legati Ni-Cr-Mo è generalmente inferiore a quella degli acciai al carbonio: ne conseguono tempi di equalizzazione più lunghi in riscaldo, aspetto da considerare nei cicli di trattamento di pezzi a forte spessore per evitare gradienti termici e tensioni. La stabilità dimensionale dopo bonifica favorisce la ripetibilità nei trattamenti di serie.

4.3. Proprietà elettriche e magnetiche

Il 39NiCrMo3 è un acciaio ferromagnetico; le proprietà elettriche e magnetiche non costituiscono criteri di selezione per i suoi impieghi meccanici tipici e non sono prescritte da EN 10083-3. La presenza di nichel, cromo e molibdeno modifica la resistività rispetto agli acciai al carbonio base, ma per applicazioni elettromeccaniche specifiche occorre fare riferimento a dati certificati dal fornitore, non a valori di letteratura generici.

5. Trattamenti termici del 39NiCrMo3

5.1. Quadro dei trattamenti

I trattamenti termici del 39NiCrMo3 secondo EN 10083-3 comprendono normalizzazione, ricottura di lavorabilità e – come trattamento d’impiego – la bonifica (tempra seguita da rinvenimento). La corretta gestione dei cicli, in particolare della temperatura di rinvenimento, determina il compromesso finale tra resistenza e tenacità ed è essenziale per evitare la fragilità da rinvenimento a cui il grado è sensibile.

5.2. Temperature critiche e bonifica

Punti di trasformazione indicativi: Ac1 ≈ 740 °C, Ac3 ≈ 790 °C, Ms ≈ 330 °C, Mf ≈ 110 °C (valori sensibili alla composizione effettiva del lotto). La bonifica prevede:

• Austenitizzazione e tempra: ≈ 840-850 °C. Il mezzo standard per questo acciaio legato è olio o polimero; la tempra in acqua (≈ 840 °C), pur ammessa da alcune schede di acciaieria, aumenta il rischio di cricche e distorsioni – anche per la nota sensibilità del 39NiCrMo3 ai fiocchi (white points) – e va valutata caso per caso, non assunta come prassi per le sezioni sottili.
• Rinvenimento: 550-650 °C, con permanenza adeguata e raffreddamento controllato oltre la zona di fragilità da rinvenimento; la temperatura si seleziona in funzione della resistenza/tenacità target.

La tabella seguente riporta l’evoluzione tipica delle proprietà in funzione della temperatura di rinvenimento, su provino Ø10 mm temprato in olio a 850 °C. Sono valori indicativi da datasheet di acciaieria, non sostitutivi dei requisiti +QT della tabella al §3.1, che si riferiscono alla sezione reale del prodotto.

Il minimo di resilienza nell’intervallo ≈ 250-450 °C e la sua risalita oltre 500 °C riflettono la fragilità da rinvenimento: per ottenere tenacità elevata il rinvenimento si colloca a temperatura alta con raffreddamento rapido oltre la zona critica.

5.3. Normalizzazione e ricottura

La normalizzazione si esegue a ≈ 860 °C con raffreddamento in aria, per affinare il grano e omogeneizzare la struttura prima delle lavorazioni o come pre-trattamento alla bonifica. La ricottura di lavorabilità (soft annealing) prevede raffreddamento lento in forno per ridurre la durezza in vista delle lavorazioni alle macchine utensili, con durezza risultante limitata al massimo prescritto dalla norma (circa 248 HB). La scelta dello stato di partenza incide sui tempi e sulla qualità della lavorazione meccanica.

5.4. Temprabilità (Jominy) e saldatura

EN 10083-3 prescrive una banda di temprabilità Jominy per la variante +H (dimensione del grano ≥ 5). A 1,5 mm dall’estremità temprata la durezza è compresa tra 52 e 60 HRC; a 30 mm tra 34 e 51 HRC. Il mantenimento di durezze elevate a distanze considerevoli dall’estremità conferma la capacità di ottenere strutture prevalentemente martensitiche al cuore su sezioni medio-grandi, entro i limiti imposti dal tenore di lega.

La saldabilità è limitata (carbonio equivalente elevato). Quando la saldatura è inevitabile si adottano preriscaldo (dell’ordine di 300 °C) e distensione post-saldatura (circa 550 °C), da definire con apposita procedura (WPS) in funzione di spessore e apporto termico, per limitare il rischio di cricche a freddo da idrogeno. Trattandosi di acciaio d’impiego allo stato bonificato, la saldatura non è la condizione d’uso tipica e va affidata a personale qualificato.

6. Applicazioni del 39NiCrMo3

Il 39NiCrMo3 si impiega bonificato per componenti meccanici sollecitati a fatica e a torsione, dove serve resistenza unita a tenacità su sezioni medie con tempra in massa sufficientemente uniforme.

6.1. Automotive e trasmissione di potenza

Nel settore della trasmissione di potenza il 39NiCrMo3 è impiegato per alberi di trasmissione, alberi motore, semiassi, alberi a camme, ingranaggi e bielle: componenti soggetti a sollecitazioni dinamiche e cicli di fatica prolungati, dove la combinazione di resistenza e tenacità dopo bonifica è il requisito determinante. La temprabilità consente prestazioni uniformi anche su sezioni dell’ordine del centinaio di millimetri.

6.2. Meccanica industriale e macchine utensili

Nella meccanica generale e pesante il grado è utilizzato per mandrini, alberi per presse, perni, tiranti e organi sollecitati a flessione, torsione e trazione in condizioni gravose. Trova impiego anche nel movimento terra e nelle macchine per costruzioni, per assi e parti strutturali che devono sopportare carichi elevati mantenendo stabilità dimensionale. La lavorabilità è adeguata, ulteriormente migliorabile con le varianti a zolfo controllato o al piombo.

6.3. Oil & Gas ed energia

Nel comparto oil & gas il 39NiCrMo3 è impiegato per supporti, telai di attrezzature e componenti meccanici di apparecchiature di perforazione ed estrazione. Nel settore energetico è utilizzato per organi di trasmissione e parti meccaniche soggette a carico ciclico. In questi ambiti la selezione finale del grado va sempre verificata rispetto ai requisiti di servizio specifici (temperatura, ambiente, criticità), che possono richiedere gradi a più alto tenore di lega.

6.4. Limiti applicativi e gradi alternativi

Il 39NiCrMo3 ha temprabilità inferiore ai gradi Ni-Cr-Mo più legati: su sezioni molto grandi o per resistenze elevate al cuore può non essere sufficiente. È inoltre sensibile alla fragilità da rinvenimento e ai fiocchi, con saldabilità limitata. Per impieghi a più alta responsabilità – sezioni importanti, esigenze strutturali aerospaziali o per la difesa – si ricorre tipicamente a gradi come 42CrMo4, 34CrNiMo6 o 36NiCrMo16 (classe prossima all’AISI 4340/300M). Indicare il 39NiCrMo3 in tali ambiti senza una qualifica specifica del componente non è corretto.

7. Domande frequenti sul 39NiCrMo3

7.1. Quali sono le equivalenze del 39NiCrMo3?

Numero materiale 1.6510. Con la stessa designazione compare nelle norme storiche DIN 17200 e UNI 7845 (39NiCrMo3) e in NF A35-552 (Francia). Equivalenze indicative, non identità: BS 970 817M40 (UK) e AISI/SAE ~9840 (USA), entrambe approssimate per via degli scostamenti di composizione. Va evitata l’equivalenza con il JIS SNCM439, che ha tenore di nichel nettamente superiore (prossimo all’AISI 4340) e non corrisponde al 39NiCrMo3.

7.2. Come influiscono le dimensioni sulle proprietà meccaniche?

Le proprietà +QT decrescono al crescere della sezione: da Rm 980-1180 MPa con Rp0,2 ≥ 785 MPa per d ≤ 16 mm, fino a Rm 740-880 MPa con Rp0,2 ≥ 540 MPa per 160 < d ≤ 250 mm, mantenendo allungamento ≥ 11-13% (vedi tabella al §3.1). Le proprietà vanno sempre riferite alla classe dimensionale del semilavorato.

7.3. È possibile saldare l’acciaio 39NiCrMo3?

La saldabilità è limitata. Quando necessaria, la saldatura richiede preriscaldo e distensione post-saldatura definiti da procedura qualificata, per prevenire le cricche a freddo da idrogeno. Non è la condizione d’impiego tipica del grado, che lavora bonificato.

7.4. Quale trattamento termico si applica al 39NiCrMo3?

Il trattamento d’impiego è la bonifica: tempra a ≈ 840-850 °C in olio o polimero, seguita da rinvenimento a 550-650 °C, calibrato sul compromesso resistenza/tenacità richiesto. La tempra in acqua è ammessa ma più rischiosa per cricche e distorsioni.

7.5. 39NiCrMo3 o C45: quali differenze?

Il C45 è un acciaio da bonifica non legato (EN 10083-2), con temprabilità modesta: le proprietà decadono rapidamente sulle sezioni spesse. Il 39NiCrMo3, legato, mantiene resistenza e tenacità più uniformi al crescere del diametro, a fronte di un costo maggiore. Il confronto numerico va fatto a pari classe dimensionale e stato di fornitura.

7.6. 39NiCrMo3 o 42CrMo4: come scegliere?

Entrambi sono acciai da bonifica legati (EN 10083-3). Il 42CrMo4 (Cr-Mo, n. 1.7225) offre in genere temprabilità e resistenza al cuore superiori su sezioni importanti; il 39NiCrMo3 (Ni-Cr-Mo) privilegia la tenacità grazie al nichel. La scelta dipende da sezione, requisiti di resistenza/tenacità e disponibilità: per sezioni grandi e alte resistenze si tende al 42CrMo4, per componenti dove conta la tenacità al 39NiCrMo3.

7.7. Quali sono le tolleranze dimensionali?

Le dimensioni nominali e le tolleranze di forma sono da concordare all’ordine secondo EN 10083-3. Per i prodotti finiti a freddo (trafilati, pelati) valgono le tolleranze di EN 10277-5. Le tolleranze di lavorazione meccanica seguono tipicamente le classi generali ISO 2768-1 (fine “f” o medium “m”), mentre per i fucinati si fa riferimento a EN 10243-1. La classe va selezionata in funzione dei requisiti funzionali del componente e del compromesso costo-prestazioni.

8. Fornitura 39NiCrMo3: stati, certificazioni e norme

8.1. Stati di fornitura e certificazione

Siderticino fornisce il 39NiCrMo3 nello stato normalizzato (+N), ricotto (+A) e bonificato (+QT), in barre tonde, quadre, piatti e forgiati. Ogni fornitura è accompagnata da certificato di controllo 2.1 o, su richiesta, 3.1 secondo EN 10204, con tracciabilità di composizione chimica e caratteristiche meccaniche. La scelta dello stato di fornitura ottimizza i tempi di lavorazione del cliente: +A per la lavorabilità, +QT per le prestazioni meccaniche immediate, +N come condizione intermedia o pre-trattamento.

8.2. Norme di riferimento e supporto tecnico

Norme di riferimento: EN 10083-3 (acciai legati da bonifica, prodotti laminati a caldo) ed EN 10277-5 (prodotti finiti a freddo); certificazione secondo EN 10204. Oltre alla fornitura del materiale, Siderticino offre i servizi di lavorazione correlati: taglio dell’acciaio su misura sulle barre 39NiCrMo3 e supporto nella definizione dello stato di fornitura, dei parametri di bonifica e delle finiture. Per il dimensionamento preliminare dei semilavorati è disponibile lo strumento di calcolo del peso delle barre in acciaio.

→ Per gamma diametri, lavorazioni e preventivo, vedi la pagina prodotto: Richiedi 39NiCrMo3.