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Leghe resistenti all'usura per vagli industriali | Ad alto contenuto di cromo e manganese

Data: 1 agosto 2026

La scelta tra ghisa bianca ad alto tenore di cromo e acciaio al manganese per un vaglio industriale si riduce a un’unica domanda: l’usura da combattere è prevalentemente da impatto o da abrasione? La ghisa ad alto contenuto di cromo, tipicamente dal 25 al 28% di cromo con una matrice di carburo duro, è la scelta vincente in caso di pura abrasione per scorrimento causata da particelle fini e dure come la sabbia silicea o le polveri di calcare frantumato. L'acciaio al manganese, la classica lega Hadfield con una percentuale di manganese compresa tra il 12 e il 14%, è la scelta migliore nei casi in cui i carichi d'urto ripetuti induriscono la superficie più rapidamente di quanto questa si usuri; questo è il motivo per cui i rivestimenti delle ganasce dei frantoi e i piani dei vagli sottoposti a forti impatti continuano a essere realizzati in manganese, anche dopo oltre un secolo di utilizzo nell'industria mineraria. Se si confonde questa distinzione, si rischia di rompere una piastra fragile ad alto contenuto di cromo sotto i colpi di martello oppure di vedere un vaglio in manganese consumarsi in pochi mesi perché non ha mai subito impatti sufficienti a innescare la propria risposta di indurimento. Dimensioniamo le piastre antiusura e gli elementi vaglianti in base a questo preciso compromesso per i clienti che gestiscono impianti di ogni tipo, dagli impianti di lavaggio del carbone ai frantoi per inerti, e questo articolo illustra la metallurgia, la logica di selezione e i dati pratici che ne stanno alla base.

Abbiamo sostituito un numero sufficiente di pannelli dello schermo usurati prematuramente per sapere che la documentazione commerciale su questo argomento tende a semplificare eccessivamente la questione, presentando la lega ad alto contenuto di cromo come l’aggiornamento universale rispetto a quella al manganese, senza spiegare in quali casi quest’ultima continui a offrirne prestazioni effettivamente superiori. La verità sta nel meccanismo di usura, non nel fatto che una lega abbia un valore di durezza più elevato riportato nella scheda tecnica.

Quali sono le cause effettive dell'usura di un vaglio industriale?

L’usura del vaglio avviene attraverso una combinazione di tre meccanismi distinti, e la maggior parte dei guasti ai vagli nel mondo reale coinvolge più di uno di essi che agiscono simultaneamente. L’abrasione da scorrimento si verifica quando particelle fini scivolano sulla superficie del vaglio sotto il proprio peso e il movimento vibrante del piano, graffiando e asportando gradualmente il materiale superficiale attraverso un processo chiamato microtaglio. L’usura da impatto si verifica quando rocce o grumi più grandi colpiscono la superficie del vaglio con energia cinetica sufficiente a deformare o scheggiare localmente la superficie; è un fenomeno comune all’estremità di alimentazione di un vaglio, dove il materiale atterra per la prima volta. L’abrasione da scalfittura, una combinazione più grave delle due precedenti, si verifica quando materiale di grandi dimensioni e dai bordi taglienti non solo urta ma striscia anche sulla superficie, strappando via materiale in un modo che né la semplice abrasione da scorrimento né il semplice impatto da soli sono in grado di produrre.

Leghe resistenti all'usura per vagli industriali
Leghe resistenti all'usura per vagli industriali

La durezza minerale del materiale da vagliare è di fondamentale importanza in questo contesto. Il quarzo e la sabbia silicea, comuni nella lavorazione degli inerti e della sabbia, registrano un valore di circa 7 sulla scala di durezza di Mohs, sufficientemente duro da abrasare in tempi relativamente brevi anche una lamiera di acciaio bonificato. Il carbone e i minerali più teneri registrano valori notevolmente inferiori, il che spiega in parte perché nelle operazioni di vagliatura del carbone sia talvolta possibile utilizzare materiali antiusura meno resistenti rispetto a una cava di roccia dura che lavora lo stesso tonnellaggio.

Meccanismo di usura Causa principale Posizione tipica sullo schermo Risposta della lega più adatta
Abrasione da scorrimento Particelle fini e dure che scivolano sulla superficie Da metà fino all'estremità di scarico del piano vagliante Carburi duri a grana fine e ad elevata durezza (ferro ad alto tenore di cromo)
Usura da impatto Superficie con grossi grumi in evidenza Estremità di alimentazione, punti di trasferimento Resistenza alla deformazione, tenacità (acciaio al manganese)
Abrasione da scriccatura Particelle grandi e affilate sotto carico Vagli di scarico dei frantoi, vagliatura primaria Approccio combinato, piastre antiusura composite
Erosione Particelle fini ad alta velocità, spesso accompagnate da liquido Vagliatura a umido, applicazioni con impasti liquidi Rivestimenti resistenti alla corrosione, compositi ceramici

Prima di consigliare un materiale, illustriamo ai clienti quale meccanismo prevale nella loro specifica zona di vagliatura, poiché un singolo gruppo di vagli richiede spesso soluzioni di resistenza all’usura diverse tra l’estremità di alimentazione e quella di scarico, un aspetto che un preventivo “universale” trascura completamente.

Che cos’è il ferro bianco ad alto contenuto di cromo e perché resiste così bene all’abrasione?

La ghisa bianca ad alto tenore di cromo, talvolta denominata ghisa ad alto tenore di cromo o ghisa bianca resistente all’abrasione, deve la propria resistenza all’usura a una microstruttura costituita da carburi di cromo duri incorporati in una matrice più tenace, simile all’acciaio. Il contenuto di cromo, che varia tipicamente dal 15 al 28 per cento a seconda della specifica qualità, si combina con il carbonio durante la solidificazione per formare questi carburi, che registrano valori compresi tra 1500 e 1800 sulla scala di durezza Vickers, risultando notevolmente più duri delle particelle di quarzo alle quali sono destinati a resistere.

Il concetto fondamentale che spieghiamo agli acquirenti che non hanno familiarità con questa famiglia di leghe è che sono proprio i carburi a garantire la resistenza all’usura, mentre la matrice circostante fornisce una tenacità sufficiente a mantenere tali carburi in posizione sotto carico. Se la frazione volumetrica dei carburi è troppo elevata rispetto alla matrice, il materiale diventa talmente fragile da rompersi sotto carico d’urto: questo è proprio il motivo per cui il ferro ad alto tenore di cromo offre prestazioni insufficienti nelle applicazioni in cui prevale l’urto, nonostante i suoi valori di resistenza all’abrasione superiori.

Grado ad alto contenuto di cromo Contenuto di cromo Contenuto di carbonio Durezza tipica (HRC) Migliore applicazione
15% Ghisa bianca al cromo 14-18% 2.0-3.0% 50-56 Abrasione moderata, discreta resistenza agli urti
20% Ghisa bianca al cromo 18-23% 2.3-3.0% 55-60 Abrasione/urto bilanciati, vagliatura generale
27% Ghisa bianca al cromo 25-28% 2.3-3.0% 58-64 Grave abrasione da scorrimento, impatto minimo
Martensitico ad alto tenore di cromo (trattato termicamente) 12-20% 2.0-3.3% 58-65 Durezza massima per l'abrasione con particelle fini

Per le estremità di scarico dei vagli per inerti destinati alla lavorazione di pietrisco fine, specifichiamo acciai martensitici ad alto tenore di cromo sottoposti a trattamento termico, poiché in questi casi la modalità di usura è costituita quasi esclusivamente da abrasione per scorrimento causata da particelle piccole e dure, mentre il carico d’urto è minimo. Il trattamento termico è fondamentale in questo caso proprio perché la ghisa ad alto tenore di cromo, allo stato grezzo, conserva una certa quantità di austenite residua nella sua matrice; un adeguato ciclo di destabilizzazione e tempra converte tale austenite in martensite più dura, aumentando la durezza di diversi punti, il che si traduce direttamente in una maggiore durata operativa.

Che cos’è l’acciaio al manganese e come funziona effettivamente l’incrudimento?

L'acciaio al manganese, comunemente denominato "acciaio Hadfield" in onore del suo inventore Sir Robert Hadfield (1882), contiene circa il 12-14% di manganese e circa l'1-1,4% di carbonio; la sua caratteristica distintiva è una risposta all'incrudimento da lavorazione che nessun'altra lega tecnica comune è in grado di eguagliare. Allo stato di fusione, temprato in acqua, l’acciaio al manganese è in realtà relativamente morbido, tipicamente 200 Brinell, abbastanza morbido da poter essere lavorato con utensili convenzionali prima di entrare in servizio. I carichi d’urto subiti in servizio trasformano poi quella superficie morbida in uno strato duro e resistente all’usura attraverso un meccanismo chiamato trasformazione martensitica indotta dalla deformazione, combinata con una forte deformazione dei grani e gemellamento.

È proprio questa proprietà a rendere l’acciaio al manganese praticamente insostituibile nelle applicazioni soggette a forti urti, nonostante la sua durezza iniziale relativamente modesta. Ogni colpo di martello, ogni impatto con una roccia, aumenta la durezza superficiale, che a volte raggiunge valori compresi tra 500 e 550 Brinell sulla superficie immediatamente soggetta all’usura dopo un periodo di servizio sufficiente, mentre il materiale appena al di sotto di quella superficie rimane tenace e duttile, assorbendo l’energia d’urto senza rompersi. Un rivestimento della ganascia di un frantoio sottoposto a servizio gravoso essenzialmente forma il proprio strato superficiale cementato nel corso della sua vita operativa, cosa che un componente in ferro ad alto tenore di cromo non può fare strutturalmente, poiché la sua durezza deriva dalla struttura in carburo fuso piuttosto che da una trasformazione indotta dalla deformazione.

La conseguenza pratica per le applicazioni nei vagli: l’acciaio al manganese offre le migliori prestazioni laddove subisce urti violenti e sufficientemente frequenti da innescare questa reazione di indurimento. Un pannello di vaglio in acciaio al manganese in una zona di abrasione a basso impatto e pura abrasione da scorrimento non sviluppa mai quella superficie indurita e si usura semplicemente alla sua durezza di base di 200 Brinell; ciò spiega perché il manganese a volte offra prestazioni inferiori al ferro ad alto contenuto di cromo in applicazioni che si riteneva lo favorissero, semplicemente perché l’energia d’impatto presente non era sufficiente ad attivare la reale resistenza della lega.

Grado di acciaio al manganese Contenuto di manganese Durezza allo stato grezzo (Brinell) Superficie indurita per deformazione (Brinell) Riferimento standard
Standard 12% Mn (Grado A) 11-14% 170-230 450-550 ASTM A128 Grado A
Acciaio al manganese legato con molibdeno 11-14% Mn + 0,9-1,2% Mo 200-230 500-550 ASTM A128 Grado B/C
Acciaio al manganese legato al cromo 11-14% Mn + 1,5-2,5% Cr 210-240 500-560 ASTM A128 Grado D

Indichiamo le varianti legate con molibdeno e cromo per le applicazioni soggette a urti più violenti, poiché gli elementi di lega aggiuntivi migliorano il limite di snervamento e la resistenza alla fessurazione in caso di colpi ripetuti e violenti rispetto al tipo standard non legato; si tratta di un upgrade che comporta un costo maggiore per tonnellata, ma che spesso si ripaga grazie alla riduzione delle sostituzioni d’emergenza del rivestimento su un vaglio primario sottoposto a carichi elevati.

Leghe resistenti all'usura per vagli industriali: tipi di lega, livelli di durezza, caratteristiche di resistenza all'usura e applicazioni nei vagli minerari.
Leghe resistenti all'usura per vagli industriali: tipi di lega, livelli di durezza, caratteristiche di resistenza all'usura e applicazioni nei vagli minerari.

Alto contenuto di cromo o manganese: quale è davvero più adatto al tuo schermo?

Abbiamo elaborato questo confronto perché è l’unica domanda su cui, alla fine, ogni discussione sugli appalti torna sempre a concentrarsi, e la risposta sincera è che nessuna delle due leghe è universalmente superiore.

Fattore Ferro bianco ad alto contenuto di cromo Acciaio al manganese
Miglior meccanismo di usura Abrasione da scorrimento/particelle fini Abrasione da impatto e da scalfittura
Durezza iniziale Molto elevata (50-65 HRC) Moderato (170-230 BHN)
Rafforzamento durante l'esercizio Nessuna; la durezza è fissata in fase di produzione È degno di nota il fatto che la superficie si indurisca in seguito all’impatto
Resistenza agli urti Da scarsa a discreta; può presentare crepe o scheggiature Eccellente, progettato per resistere a urti ripetuti
Saldabilità Cattiva, richiede procedure specializzate Sono disponibili elettrodi per saldatura al manganese di buona qualità e standard
Costo tipico per kg Più alto Da basso a moderato
Zona di visualizzazione ideale Estremità di scarico, piani di vagliatura fine Estremità di alimentazione, vagli del frantoio primario
Modalità di guasto in caso di uso improprio Fessurazioni, sfaldamento da urto Usura rapida senza il vantaggio dell'indurimento

Consigliamo ai clienti che gestiscono un’operazione di vagliatura a due stadi di prendere in considerazione un approccio misto su un unico piano: pannelli ad alto contenuto di cromo verso lo scarico, dove le particelle sono più fini e l’impatto è minimo, e rivestimenti in manganese all’estremità di alimentazione, dove i grumi di grandi dimensioni cadono con notevole forza. Questa configurazione ibrida comporta costi di progettazione iniziali più elevati, ma garantisce una durata costantemente superiore rispetto a un piano realizzato con un unico materiale, che comporta compromessi su entrambi gli estremi dello spettro di usura.

Quali altre leghe resistenti all'usura vengono utilizzate nelle applicazioni di vagliatura?

Il cromo ad alto tenore e il manganese sono al centro del dibattito, ma non sono gli unici materiali che vediamo specificati, soprattutto perché i clienti cercano soluzioni a problemi di usura specifici che queste due leghe classiche non riescono a risolvere in modo soddisfacente.

Lega/Materiale Proprietà chiave Utilizzo tipico dello schermo
Lamiera in acciaio resistente all'abrasione AR400/AR500 Acciaio martensitico cementato, durezza moderata Telai strutturali degli schermi, zone soggette a usura moderata
Piastra con rivestimento in carburo di cromo (CCO) Rivestimento di saldatura in carburo duro su base in acciaio dolce Rivestimenti dei canali di scarico, zone di transizione, aree soggette a usura con impatti economici significativi
Pannelli compositi in ceramica (piastrelle in allumina) Durezza estremamente elevata, bassa tenacità Vagliatura ultrafine, trattamento dei fanghi
Pannelli schermanti in poliuretano Elastico, ad alta resilienza, leggero Vagliatura a umido, riduzione del rumore, aggregati fini
Pannelli di gomma per vagli Elevata resilienza, eccellente attenuazione del rumore Applicazioni a umido, movimentazione di materiali appiccicosi
Ferro al nichel (Ni-Hard) Ghisa bianca legata con nichel e cromo Abrasione moderata con una certa resistenza agli urti

I pannelli in composito ceramico e poliuretano meritano una menzione perché risolvono un problema completamente diverso, ovvero il peso e il rumore piuttosto che la pura durata all’usura, e vediamo sempre più spesso clienti che specificano il poliuretano per applicazioni di vagliatura a umido in cui l’intasamento delle aperture del vaglio da parte di particelle fini appiccicose è più importante della semplice resistenza all’abrasione. La piastra con rivestimento in carburo di cromo si è ritagliata una solida nicchia nelle zone di scivolo e di transizione adiacenti ai vagli, poiché offre gran parte delle prestazioni antiusura del ferro solido ad alto tenore di cromo a una frazione del peso e del costo, essendo applicata come rivestimento saldato su una piastra di supporto standard in acciaio dolce anziché fusa come componente antiusura solido.

In che modo le norme di riferimento definiscono queste leghe antiusura?

Gli acquirenti che redigono i capitolati devono fare riferimento alla norma corretta, poiché un certificato di laminazione che indica semplicemente "acciaio al manganese" senza specificarne la qualità non fornisce praticamente alcuna informazione sulla composizione effettiva o sulle prestazioni previste.

Standard Organo direttivo Ambito di applicazione
ASTM A128 ASTM International Getti in acciaio austenitico al manganese, classi da A a E
ASTM A532 ASTM International Getti in ghisa bianca resistenti all'abrasione, classi I, II, III
ASTM A800 ASTM International Fusioni in acciaio, requisiti di qualità simili o standard
ISO 21988 Organizzazione internazionale per la standardizzazione Ghisa bianca legata per applicazioni che richiedono resistenza all'abrasione
AS 2074 Standards Australia Acciai fusi, compresi i tipi di acciaio al manganese utilizzati nel settore minerario

La norma ASTM A532, in particolare, suddivide la ghisa bianca ad alto tenore di cromo in classi distinte in base al contenuto di cromo e all’applicazione prevista: la Classe I comprende i gradi a basso tenore di cromo, più adatti a condizioni di abrasione moderata, mentre le Classi II e III comprendono i gradi a più alto tenore di cromo, utilizzati in condizioni di abrasione per scorrimento più estreme. Chiediamo sempre che sull’ordine di acquisto venga specificata la classe di riferimento, anziché una generica descrizione come "ghisa ad alto tenore di cromo", poiché un pezzo fuso di Classe I utilizzato in sostituzione di un componente specificato di Classe III presenterà prestazioni inferiori e potrebbe invalidare una richiesta di garanzia nei confronti del fornitore del componente soggetto a usura.

Come si dovrebbe scegliere, in realtà, una lega per la propria specifica applicazione di vagliatura?

Con ogni cliente esaminiamo una lista di controllo pratica, anziché optare automaticamente per la lega che in quel trimestre risulta più economica.

La durezza del materiale da vagliare è il fattore prioritario, poiché una durezza Mohs superiore a 6 — tipica dei minerali contenenti quarzo e della sabbia silicea — orienta la scelta verso il ferro ad alto tenore di cromo per le sezioni di scorrimento, indipendentemente dalle considerazioni relative all’impatto. La dimensione delle particelle e l’altezza di caduta in ciascuna zona del vaglio sono i fattori successivi da considerare, poiché i grossi grumi che cadono dall’alto sul piano di vagliatura generano un’energia d’impatto che favorisce il manganese, mentre il materiale fine, già frantumato, che scivola lungo una sezione di scarico favorisce il ferro ad alto contenuto di cromo. Anche il contenuto di umidità influisce sul calcolo, poiché il materiale umido e appiccicoso può intasare una superficie dura e liscia in ferro ad alto tenore di cromo più facilmente rispetto a una superficie leggermente più flessibile in manganese o poliuretano, e l’intasamento riduce l’efficienza di vagliatura anche quando il tasso di usura sembra di per sé accettabile. La temperatura di esercizio merita una menzione, poiché il ferro ad alto tenore di cromo può diventare fragile a basse temperature ambientali nelle operazioni in climi freddi, una considerazione che le attività minerarie alle latitudini settentrionali hanno imparato a proprie spese dopo incidenti di fessurazione invernali che le operazioni estive non avevano mai rivelato. Il tonnellaggio totale e la logistica di sostituzione incidono sul costo totale di proprietà, poiché un componente che costa di più per unità ma dura tre volte di più riduce sia la spesa per i materiali sia, spesso in modo ancora più significativo, i costi di manodopera e i tempi di fermo legati alla chiusura di un circuito di vagliatura per sostituire i pannelli usurati.

Fattore di selezione Preferisce le leghe ad alto contenuto di cromo Preferisce l'acciaio al manganese
Durezza del materiale (scala di Mohs) Superiore a 6 Al di sotto di 5, minerali più teneri
Energia d'impatto nella zona del vaglio Basso Alto
Temperatura ambiente Da moderato a caldo Comprende i climi freddi
Posizione dello schermo Scarico, trattamento delle multe Estremità di alimentazione, interfaccia di frantumazione primaria
Priorità di bilancio Maggiore durata, costo iniziale più elevato Costo iniziale inferiore, buona resistenza agli urti

Come si fa a saldare e lavorare queste leghe resistenti all’usura senza provocarne la rottura?

L'approccio alla lavorazione differisce notevolmente tra le due famiglie di leghe, e questo è un ambito in cui si riscontrano molti errori costosi da parte delle officine che trattano la saldatura delle lamiere antiusura come se fosse una normale saldatura di acciaio strutturale.

L'acciaio al manganese si salda con successo se si segue la procedura corretta, utilizzando elettrodi di apporto compatibili con il manganese e un rigoroso controllo della temperatura interpasso, mantenendola generalmente al di sotto dei 260 °C per evitare la precipitazione di carburi ai bordi dei grani, che renderebbe fragile la zona termicamente alterata. Non preriscaldiamo mai l’acciaio al manganese prima della saldatura, contrariamente all’istinto che molti saldatori traggono dall’esperienza con l’acciaio al carbonio, poiché il preriscaldamento dell’acciaio al manganese aumenta effettivamente il rischio di quella precipitazione di carburi che provoca infragilimento, anziché ridurre il rischio di fessurazione. La tempra in acqua o il raffreddamento con aria forzata immediatamente dopo ogni passata di saldatura, talvolta denominata tempra interpassata, impedisce alla zona termicamente alterata di permanere nell’intervallo di temperatura in cui si formano i carburi.

La ghisa bianca ad alto contenuto di cromo presenta una sfida di lavorazione molto più complessa, poiché la sua microstruttura a carburi duri è intrinsecamente fragile e soggetta a fessurazioni sotto lo stress termico della saldatura. In genere evitiamo del tutto la saldatura per fusione diretta sui componenti antiusura in ghisa ad alto contenuto di cromo, ricorrendo invece al fissaggio meccanico di pannelli antiusura fusi mediante sistemi di fissaggio bullonati o a morsetto progettati nel pannello fin dalla fase di fusione. Laddove la saldatura su materiale ad alto tenore di cromo sia inevitabile, in genere per riparazioni minori piuttosto che per la fabbricazione iniziale, essa richiede un preriscaldamento controllato, un metallo d'apporto a base di nichel per garantire la duttilità del giunto e un raffreddamento lento e controllato per evitare lo shock termico che altrimenti provocherebbe la frattura del materiale di base fragile circostante.

Considerazioni relative alla fabbricazione Acciaio al manganese Ferro bianco ad alto contenuto di cromo
Saldabilità Adatto alla procedura corrispondente Povero, da evitare quando possibile
Requisito di preriscaldamento Nessuno, evitare il preriscaldamento Obbligatorio se è necessario ricorrere alla saldatura
Metodo di fissaggio Sia la saldatura che il fissaggio con bulloni sono valide soluzioni Si preferisce il fissaggio con bulloni/meccanico
Approccio alla riparazione Accumulo standard sull'elettrodo di manganese Riempitivo al nichel specifico, ambito di applicazione limitato
Lavorazione meccanica Difficile da lavorare una volta indurito, da lavorare a macchina prima dell'utilizzo Estremamente difficile, solitamente lavorato al tornio piuttosto che con macchine utensili

Qual è, in realtà, il costo totale di proprietà di questi materiali?

Il prezzo di acquisto al chilogrammo offre un quadro incompleto della situazione, che noi contestiamo ogni volta che un cliente ci chiede semplicemente di indicargli la lamiera antiusura più economica disponibile.

Lega Costo relativo del materiale Durata di vita tipica (applicazione di vagliatura) Considerazioni relative alla manodopera sostitutiva
Acciaio al manganese (standard) Valore di riferimento (1,0x) Da 6 a 18 mesi, a seconda dell'impatto Moderato, saldabile per riparazioni in loco
Ghisa bianca ad alto tenore di cromo Da 1,3 a 1,8 volte il valore di riferimento Da 12 a 36 mesi, a seconda dell'abrasione In casi più gravi, spesso è necessaria la sostituzione del pannello anziché la riparazione
Piastra di rivestimento in carburo di cromo Da 1,5 a 2,0 volte il valore di riferimento Da 18 a 30 mesi Sono diffusi i sistemi a pannelli moderati, fissati con bulloni
Pannelli in poliuretano Da 0,8 a 1,2 volte il valore di riferimento Da 6 a 24 mesi, a seconda dell'applicazione Sistemi di sostituzione rapida dei pannelli, di serie

La durata utile varia enormemente a seconda delle effettive condizioni operative, e qualsiasi fornitore che indichi un unico valore fisso senza chiedere informazioni sul materiale, sul tonnellaggio e sulla posizione del vaglio sta semplicemente tirando a indovinare. Calcoliamo il costo per tonnellata di materiale trattato anziché il costo per chilogrammo di piastra antiusura ogni volta che un cliente ci fornisce dati operativi sufficienti per farlo, poiché tale cifra riflette effettivamente ciò che interessa al responsabile dell’impianto alla fine dell’anno fiscale.

Domande frequenti

Qual è il materiale più duro: il ferro bianco ad alto contenuto di cromo o l’acciaio al manganese?
La ghisa bianca ad alto contenuto di cromo presenta una durezza iniziale notevolmente superiore, tipicamente compresa tra 50 e 65 HRC allo stato grezzo, rispetto alla durezza iniziale dell’acciaio al manganese, che va da 170 a 230 Brinell. Tuttavia, l’acciaio al manganese si indurisce per deformazione sotto l’impatto fino a raggiungere valori compresi tra 450 e 550 Brinell sulla superficie soggetta a usura durante l’uso effettivo; ciò significa che il confronto dipende interamente dal fatto che l’applicazione generi o meno energia d’impatto sufficiente a innescare tale risposta di indurimento. In caso di pura abrasione per scorrimento senza impatti significativi, l’elevata durezza fissa della ghisa ad alto contenuto di cromo prevale senza riserve.

È possibile utilizzare ghisa bianca ad alto tenore di cromo in un frantoio a mascelle?
In generale no: i rivestimenti dei frantoi a mascelle sono sottoposti a forti urti e carichi di scalfittura che la struttura fragile a carburi della ghisa al cromo non è in grado di assorbire in modo affidabile senza incrinarsi o scheggiarsi. L'acciaio al manganese rimane lo standard del settore per i rivestimenti dei frantoi a mascelle proprio perché la sua capacità di incrudimento e la sua tenacità intrinseca gestiscono gli impatti ripetuti e violenti molto meglio di qualsiasi alternativa in ghisa. La ghisa ad alto contenuto di cromo offre le migliori prestazioni a valle della frantumazione, nelle applicazioni di vagliatura e scivoli con energia d'impatto inferiore.

Quanto tempo impiega l'acciaio al manganese a indurirsi completamente durante l'uso?
Il processo di indurimento da impatto ha inizio fin dai primissimi urti e prosegue progressivamente per tutta la durata di vita del componente, raggiungendo in genere una durezza superficiale quasi massima entro le prime settimane o i primi mesi di servizio attivo, a seconda della frequenza e dell’energia degli urti. Non esiste un arco di tempo universale prestabilito, poiché la velocità di indurimento dipende interamente dall’intensità e dalla frequenza con cui il materiale viene effettivamente colpito. I componenti sottoposti a impatti continui e violenti si induriscono più rapidamente rispetto a quelli sottoposti a impatti occasionali e più lievi.

Perché il mio pannello filtrante in acciaio al manganese si usura più rapidamente del previsto?
L'usura prematura dell'acciaio al manganese indica molto spesso che l'energia d'impatto in quel punto del vaglio è insufficiente per innescare la risposta di incrudimento della lega, lasciando il materiale alla sua durezza più morbida, tipica dello stato di fusione, per tutta la sua vita utile. Ciò significa in genere che il manganese è stato specificato per una zona che in realtà subisce principalmente abrasione da scorrimento piuttosto che da impatto, rendendo il ferro ad alto tenore di cromo o un rivestimento duro un’alternativa più appropriata per quella specifica posizione. L’analisi del meccanismo di usura effettivo in quella posizione del vaglio rivela solitamente questa discrepanza.

La piastra con rivestimento in carburo di cromo è un valido sostituto dei getti massicci ad alto tenore di cromo?
Sì, in molte applicazioni, la piastra con rivestimento in carburo di cromo offre una durezza superficiale e una resistenza all’usura paragonabili a quelle dei getti massicci ad alto tenore di cromo, pur avendo un peso notevolmente inferiore, poiché solo un sottile strato di rivestimento duro ricopre una piastra di supporto standard in acciaio dolce. Ciò la rende particolarmente interessante per i rivestimenti degli scivoli e le aree di transizione, dove la riduzione del peso semplifica l’installazione e i requisiti di supporto strutturale. I getti massicci rimangono preferibili per i componenti strutturali soggetti a forte sollecitazione e usura, dove la piastra di supporto stessa deve condividere il carico.

L'aggiunta di nichel o molibdeno migliora le prestazioni dell'acciaio al manganese?
Sì, le aggiunte di leghe di molibdeno e cromo all’acciaio al manganese standard, contemplate dalla norma ASTM A128 nei gradi da B a D, migliorano il limite di snervamento e la resistenza alla fessurazione in presenza dei carichi d’urto più intensi rispetto al grado base non legato. Queste varianti legate hanno un costo maggiore, ma riducono il rischio di fessurazione prematura nelle applicazioni più impegnative di frantumazione primaria e vagliatura a forte impatto, giustificando spesso il costo aggiuntivo grazie alla minore frequenza di sostituzioni non programmate.

La ghisa bianca ad alto contenuto di cromo può rompersi se utilizzata a basse temperature?
Sì, la fragilità intrinseca della ghisa bianca ad alto contenuto di cromo aumenta alle basse temperature, e nelle operazioni in climi freddi sono stati documentati casi di fessurazione durante i mesi invernali che non si sono verificati durante i periodi operativi più caldi a parità di condizioni di carico. Si tratta di una vera e propria considerazione ingegneristica per le attività minerarie e di estrazione di inerti alle latitudini settentrionali, e alcuni operatori specificano l’uso di un tipo di acciaio più resistente, con un tenore di cromo leggermente inferiore, oppure passano all’acciaio al manganese per i componenti esposti a temperature ambientali costantemente inferiori allo zero.

Qual è la differenza tra la lamiera AR e la ghisa bianca ad alto contenuto di cromo per le parti soggette a usura dei vagli?
La lamiera AR, come l’AR400 o l’AR500, è un acciaio martensitico temprato a cuore con durezza moderata e tenacità notevolmente superiore rispetto alla ghisa bianca ad alto tenore di cromo, il che la rende adatta ad applicazioni strutturali soggette a usura con abrasione moderata e una certa tolleranza agli urti. La ghisa bianca ad alto contenuto di cromo offre una durezza significativamente superiore per la resistenza all’abrasione da scorrimento puro, ma sacrifica la tenacità offerta dalla lamiera AR. I telai dei vagli e i componenti strutturali utilizzano generalmente la lamiera AR, mentre i mezzi di vagliatura esposti all’usura utilizzano più spesso ghisa ad alto contenuto di cromo o acciaio al manganese, a seconda del meccanismo di usura presente.

Come si fa a capire se il problema di usura dello schermo è dovuto principalmente agli urti o all’abrasione?
L’esame del modello di usura sui pannelli del vaglio attualmente usurati fornisce la maggior parte delle informazioni, poiché l’usura dominata dall’impatto mostra deformazioni localizzate, ammaccature e talvolta fessurazioni concentrate nei punti in cui si depositano i materiali di grandi dimensioni, mentre l’usura dominata dall’abrasione mostra un assottigliamento e una levigatura più uniformi e graduali su tutta la superficie. Individuare in quale punto del piano vagliante si verificano per primi i guasti, tra l’estremità di alimentazione e quella di scarico, rivela anch’esso il meccanismo dominante, poiché le zone di alimentazione sono tipicamente soggette a un maggiore impatto, mentre quelle di scarico subiscono un’abrasione per scorrimento più pura causata dal materiale più fine.

I pannelli antiusura in ceramica sono migliori delle leghe metalliche per i vagli industriali?
I pannelli in composito ceramico offrono durezza e resistenza all’usura superiori in applicazioni specifiche, in particolare nella vagliatura ultrafine e nella movimentazione di fanghi, ma la loro fragilità li rende inadatti a qualsiasi applicazione soggetta a carichi d’urto significativi, dove tendono a rompersi anziché deformarsi. Le leghe metalliche, in particolare l’acciaio al manganese e il ferro ad alto tenore di cromo, rimangono la scelta più versatile e resistente agli urti per la maggior parte delle applicazioni industriali di vagliatura, mentre la ceramica è riservata a specifici problemi di usura di nicchia che le leghe metalliche non riescono a gestire in modo altrettanto efficiente.

Fonti verificabili

ASTM A128, Specifiche standard per fusioni in acciaio, manganese austenitico, ASTM International.

ASTM A532, Specifiche standard per ghise resistenti all'abrasione, ASTM International.

ISO 21988, Ghise bianche legate per applicazioni resistenti all'abrasione, Organizzazione internazionale per la normazione.

ASM International, ASM Handbook, Volume 1, Proprietà e selezione: ghise, acciai e leghe ad alte prestazioni, sezioni dedicate all’acciaio austenitico al manganese e alle ghise bianche.

Hadfield, R.A., Articoli metallurgici originali sull’acciaio al manganese, citati nei registri storici dell’ASM relativi allo sviluppo delle leghe.

Società per l'estrazione mineraria, la metallurgia e l'esplorazione (SME), Manuale di ingegneria mineraria, capitolo dedicato alla scelta dei materiali antiusura per le attrezzature di frantumazione e vagliatura.

Norma australiana AS 2074, Acciai fusi, Standards Australia.

Sei pronto a scegliere la lega antiusura più adatta alla tua attività di vagliatura?

Se il vostro vassoio di vagliatura si sta usurando più rapidamente di quanto il vostro budget possa sostenere, oppure se state progettando un nuovo circuito di vagliatura e avete bisogno di abbinare la lega giusta a ciascuna zona di usura, scegliere a caso tra opzioni ad alto contenuto di cromo e manganese comporta costi reali in termini di tempi di fermo e sostituzioni premature. Il nostro team di MWalloys analizza le caratteristiche effettive del materiale, la granulometria e le condizioni di impatto prima di consigliare una soluzione antiusura su misura, non un componente standard da catalogo. Contatta oggi stesso il nostro team di ingegneri dei materiali per ottenere una valutazione dell’usura dei vagli basata sulle tue specifiche condizioni operative.

Dichiarazione: Questo articolo è stato pubblicato dopo essere stato revisionato dall'esperto tecnico di MWalloys Ethan Li.

Ingegnere MWalloys ETHAN LI

ETHAN LI

Direttore soluzioni globali | MWalloys

Ethan Li è l'ingegnere capo di MWalloys, posizione che ricopre dal 2009. Nato nel 1984, si è laureato in Ingegneria in Scienze dei Materiali presso l'Università Jiao Tong di Shanghai nel 2006 e ha poi conseguito un Master in Ingegneria dei Materiali presso la Purdue University, West Lafayette, nel 2008. Negli ultimi quindici anni alla MWalloys, Ethan ha guidato lo sviluppo di formulazioni di leghe avanzate, ha gestito team di ricerca e sviluppo interdisciplinari e ha implementato rigorosi miglioramenti della qualità e dei processi a sostegno della crescita globale dell'azienda. Al di fuori del laboratorio, mantiene uno stile di vita attivo come appassionato corridore e ciclista e ama esplorare nuove destinazioni con la sua famiglia.

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