Materiali di produzione viti e bulloni: guida completa

L'Acciaio nella Bulloneria e Viteria

La viteria in acciaio inox è tra le più diffuse e versatili presenti in commercio poiché, date le caratteristiche meccaniche e chimiche dell’acciaio, questo risulta essere tra i materiali più richiesti ed utilizzati. 

L’acciaio è una lega composta da due elementi principali: il ferro ed il carbonio. Il ferro (Fe) è un elemento metallico mentre il carbonio (C) è l’elemento legante principale all’interno delle leghe. 

La percentuale di carbonio presente nell’acciaio è variabile ma, in genere, oscilla tra lo 0,002% ed il 2,1% (in presenza di una percentuale superiore a tale massima, si parla di ghisa). Insieme a questi due elementi è possibile trovarne altri come, ad esempio, manganese, fosforo, zolfo, silicio, rame ecc. In base alla percentuale con cui possono essere presenti questi elementi, le caratteristiche dell’acciaio cambiano e, di conseguenza, si riscontreranno differenti durezze, resistenze alla corrosione, al calore ed alla trazione. 

L’acciaio è classificato in 4 categorie principali:

• Acciaio al carbonio;
  
  
• Acciaio legato;
  
  
• Acciaio per utensili;
  
  
• Acciaio inox.
  
  

Quest’ultima tipologia di metallo, nota anche come acciaio inossidabile, è un materiale altamente resistente all’ossidazione grazie alla presenza di cromo, che si aggira tra il 10% ed il 20%. La maggior parte dei prodotti di viteria e bulloneria sono prodotti in acciaio inox A2 ed A4, materiali utilizzati in molti settori grazie alla loro resistenza alla corrosione, alla buona lucidatura e ad un alto coefficiente di igiene. La differenza tra acciaio inox A2 ed A4 non è percettibile ad occhio nudo ma, tuttavia, alcune specifiche li rendono differenti.

Esempio di bulloneria in acciaio inox

Tra le caratteristiche che fanno la differenza nella classificazione dell’acciaio vi è la resistenza, cioè la capacità di resistere ad una forza impressa senza subire deformazioni. Gli acciai possono essere ad alta resistenza o a bassa resistenza, quindi presentare una plasticità diversa. In relazione a ciò, è importante sapere che esiste una normativa di riferimento, ovvero la UNI EN ISO 898-1 che definisce i criteri delle classi di resistenza di viti e bulloni. 
 

Conoscere tutte le caratteristiche dell’acciaio e le varie declinazioni di questo materiale significa scegliere correttamente in base all’applicazione finale. Ad esempio, mentre l’acciaio inox è da utilizzare in condizioni in cui è richiesta un’elevata capacità anticorrosiva, l’acciaio al carbonio si adatta più facilmente alla produzione di coltelli, fili ad alta tensione e carrozzeria, perché si lavora con maggiore facilità.

L'Ottone: Versatilità e Applicazioni

L’ottone è tra i materiali più utilizzati nella produzione di viteria e bulloneria. Infatti, tale lega di rame trova molteplici applicazioni grazie alle sue buone caratteristiche meccaniche, all’elevata resistenza all’ossidazione ed anche per motivi prettamente estetici. 

In linea generale, l’ottone è un composto di rame e zinco con percentuali variabili di zinco in base alle esigenze di utilizzo. Questo materiale viene classificato in:

 

• Ottoni ternari, costituiti solo da rame e zinco;
  
  
• Ottoni binari, in cui sono presenti anche altri elementi chimici;
  
  
• Ottoni quaternari, composti dalla presenza in lega di un quarto elemento chimico. 
  
  

Un’ulteriore classificazione dell’ottone è legata alle temperature ed alle composizioni delle leghe.

Nel dettaglio, queste possono cristallizzate in tre diverse soluzioni solide:

• Leghe in ottone con percentuali di zinco maggiori al 45%. Si tratta di elementi con valori di fragilità molto elevati e, per tale ragione, non trovano applicazioni pratiche;
  
  
• Leghe in ottone con percentuali di zinco comprese tra il 36% ed il 45%. Sono leghe facilmente lavorabili a caldo;
  
  
• Leghe in ottone con percentuali di zinco inferiori al 30-35%. Sono elementi dotati di elevata plasticità a freddo e fragilità a caldo. 
  
  

Tra gli elementi di viteria e bulloneria in ottone maggiormente utilizzati si ritrovano le rondelle, elementi che possono essere applicati per piccoli o grandi spessori. Nel primo caso sono ottenute per tranciatura mentre nel secondo tramite lavorazione meccanica.

Bulloneria in ottone

Ghisa: Quando e Perché Utilizzarla

La ghisa è una lega Ferro-Carbonio in cui il contenuto di Carbonio (C) supera il 2,06%.
Il carbonio presente all’interno della ghisa solidifica in forma di grafite che, a sua volta, può presentarsi in forma lamellare o in forma sferoidale.  Queste due forme di solidificazione del Carbonio determinano le due principali famiglie della ghisa:

• la Ghisa Lamellare
  
  
• la Ghisa Sferoidale
  
  

A partire da queste due famiglie, è possibile classificare la lega in ulteriori sottogruppi, in funzione della matrice ferrosa della lega stessa. Si parla quindi di: 

• Ghisa Ferritica
  
  
• Ghisa Perlitica
  
  

Produzione della ghisa

In generale, la ghisa è un materiale molto duro ma che, al tempo stesso, presenta una bassa resistenza alla trazione ed alla flessione. Per tale motivo non può essere sottoposto a lavorazioni plastiche in quanto non risulta malleabile né a caldo né a freddo. Ciò nonostante, si tratta di un materiale spesso preso in considerazione per la sua resistenza alla compressione ed alla corrosione, caratteristiche che lo rendono adatto a lavorazioni specifiche. 

Per quanto concerne la produzione di viteria, la ghisa non trova applicazione. Nel contempo però, grazie alla sua durezza ed alla resistenza ad elevate sollecitazioni e compressioni, viene impiegata per la produzione di altri elementi di bulloneria come, ad esempio, le piastrine di appoggio e i distanziali.

Il Rame: Conduttività e Resistenza

Tra i materiali più apprezzati nella produzione di viteria e bulloneria, vi è il rame, sostanza in grado di garantire un’elevata resistenza alla corrosione. Le viti in rame difficilmente presentano ruggine o si corrodono e possono pertanto essere applicate anche in ambienti molto umidi. Inoltre, data l’ottima conducibilità elettrica, il rame viene usato per la produzione di viti o rondelle speciali. 

Proprio come accade per i prodotti in ottone, anche le viti e ribattini in rame di piccolo diametro sono prodotti per stampaggio, mentre le rondelle piane per tranciatura. 

Tra i settori in cui questo materiale trova maggiore impiego vi sono l’elettromeccanica e la lattoneria. In questi due ambiti, salvo leghe speciali, il rame adoperato presenta una purezza minima superiore al 99,90% e può appartenere a due tipologie diverse che si differenziano per la presenza di altri elementi:

• Cu-ETP, è un rame caratterizzato dalla presenza di Ossigeno e dall’assenza di Fosforo, combinazione che gli conferisce un’elevata conducibilità elettrica;
   
  
  
• Cu-DHP, è un rame totalmente privo di Ossigeno ma presenta un valore di Fosforo, tra lo 0,015% e lo 0,04%, che riduce la conducibilità del materiale ma ne migliora la deformabilità a freddo.
  
  
  

Esempio di bulloneria in rame

Alluminio: Leggerezza e Resistenza

Quando si parla di bulloneria in alluminio, ci si riferisce ad elementi caratterizzati da una bassa resistenza meccanica e da una notevole capacità di resistere alla corrosione. Inoltre, sono componenti che presentano un’ottima malleabilità e dunque possono essere sottoposti a sollecitazioni più o meno forti senza subire danni strutturali.

In generale, questo materiale viene utilizzato per la produzione di rondelle e rivetti, scelti per rivestimenti ma anche per impieghi strutturali. Al contrario, è difficile che l’alluminio venga utilizzato per la produzione di viti. Infatti, le viti in alluminio si utilizzano raramente e solo in alcune situazioni specifiche dove è necessario evitare la corrosione galvanica (corrosione che si innesca dal contatto con materiali più elettropositivi come, ad esempio, l’acciaio). 

L’alluminio non è un metallo presente in natura ma viene ricavato dalla Bauxite e, generalmente, è impiegato sotto forma di lega con altri elementi che ne condizionano le caratteristiche meccaniche. 

Bulloneria in alluminio

Titanio: Elevata Resistenza e Leggerezza

Analogamente all’alluminio, il titanio non è un materiale che si trova in natura allo stato puro ma è contenuto in minerali come il Rutilio e l’Ilmenite. Questo metallo leggero, è di colore bianco, lucido e caratterizzato da una buona resistenza alla corrosione. 

Le viti in titanio vengono utilizzate in settori specifici proprio per le caratteristiche particolari di questo elemento. Infatti, poiché il titanio è una lega resistente come l’acciaio ma il 40% più leggera ed è più pesante dell’alluminio (circa il 60% in più) ma resistente il doppio, viene impiegato in settori come quello automobilistico, la nautica, il settore chimico e petrolchimico, ambiti che richiedono l’utilizzo di elementi di viteria e bulloneria ad hoc.

In generale, il titanio viene utilizzato in lega con l’alluminio per produrre componenti leggeri e resistenti. A tal riguardo, si possono distinguere tre tipologie di leghe di titanio:

• Leghe alfa, con una più alta resistenza meccanica e all’ossidazione;
  
  
• Leghe alfa-beta, con una minore deformabilità rispetto alle prime ma un’elevata resistenza meccanica e malleabilità tecnica. Per tale ragione sono le leghe di titanio più utilizzate nell’industria (circa il 70%);
  
  
• Leghe beta, meno dense ma più malleabili, sono resistenti e leggere e vengono utilizzate principalmente nell’industria aerospaziale e meccanica.
  
  

Plastica: Innovazione nella Viteria

La bulloneria in plastica è un insieme di prodotti che presentano diversi vantaggi nel loro utilizzo. Gli elementi di viteria in plastica sono infatti componenti che garantiscono:

• Un alto grado di resistenza alle vibrazioni;
  
  
• Assenza di conducibilità elettrica;
  
  
• Protezione delle superfici in metallo dal rischio corrosione;
  
  
• Affidabilità anche a seguito di frequenti svitamenti.
  
  

Sono numerosi i campi in cui tale bulloneria trova applicazione come, ad esempio, il settore meccanico. Proprio perché le viti in plastica sono prodotti con un peso minore rispetto agli altri materiali ma con un’elevata duttilità e resistenza, trovano ampio ed innovativo campo d’impiego. Al tempo stesso, va sottolineato che tale bulloneria è caratterizzata da una scarsa resistenza alle alte temperature e, pertanto, non può essere applicata in situazioni dove è alto il rischio di surriscaldamento. 

In generale, le caratteristiche finali di tali elementi, possono essere diverse tra loro e dipendono dalla pressione, dal tempo di lavorazione e dalla temperatura alla quale sono sottoposti i poliammidi usati per la creazione della bulloneria in plastica. 

Viti e dadi in plastica

Nomenclatura e Tipologie di Viti e Bulloni

Il materiale in cui una vite è fatta è sicuramente una caratteristica attraverso la quale è possibile classificare l’elemento di bulloneria, ma non basta. Al fine di compiere scelte idonee è importante sapere, in linea generale, quanti tipi di viti esistono e i vari gradi di resistenza che possono avere. 

Il punto di partenza è conoscere le due parti principali che compongono la vite:

• La testa, che può essere cilindrica o TC, tonda, piana, esagonale, a brugola, ecc...;
  
  
• La filettatura, ovvero la spirale che si estende per la lunghezza della vite e ne consente l’inserimento nel materiale scelto.
  
  

In base a queste due specifiche, la vite potrà essere scelta per materiale e tipo di intervento così da garantire un risultato che duri nel tempo ed un fissaggio stabile. 

Ulteriore fattore decisivo nella scelta del prodotto giusto è la dimensione di viti e bulloni. Generalmente, a lunghezza e diametro delle viti maggiore corrisponde un maggiore potere di ancoraggio; dunque, ogni prodotto deve essere attentamente selezionato a seconda dell’utilizzo finale.

 

Resistenza e Durabilità: Quali Scegliere?

Oltre alla sostanza in cui sono prodotte le viti, è fondamentale effettuare un’attenta valutazione del materiale in cui gli elementi saranno inseriti, al fine di selezionare la resistenza e la durabilità necessaria del prodotto. Si possono quindi suddividere i componenti in:

• Viti per legno, elementi filettati in maniera parziale o totale e dall'estremità appuntita che possono essere avvitate senza il rischio di rovinare il materiale; generalmente si trovano in acciaio zincato, bronzato e inox;
  
  

• Viti per cartongesso, solitamente di colore nero e filettate in maniera totale;
  
  

• Viti per metallo, note anche come viti meccaniche, si trovano in mercato in diverse forme, lunghezze, passi e teste; la scelta di una vite meccanica piuttosto che un’altra dipende da dove andranno applicate e dal materiale in cui sono composte: proprio da quest’ultimo dipenderà la resistenza alla temperatura e alla torsione.
  
  

Oltre a queste categorie principali, possiamo citare altre tipologie di viti specifiche in base all’utilizzo, come:

• Viti per lamiera;
  
  
• Viti per infissi;
  
  
• Viti per cemento;
  
  
• Viti autoperforanti per metalli sottili;
  
  
• Viti autoperforanti per legno, ferro o lamiera.
  
  

La scelta del prodotto quindi dipenderà dalla valutazione dei singoli elementi e delle specifiche applicazioni. Sono quindi da considerare:

• Materiale di cui è composta la vite;
  
  
• Peso da sostenere;
  
  
• Resistenza della vite.
  
  

Viti e bulloni diversi per applicazioni diverse

Processi di Produzione e Realizzazione

Per avere un quadro completo sul mondo della bulloneria, è funzionale conoscere anche i trattamenti tecnologici di base a cui essa è sottoposta, ossia come viti e bulloni sono prodotti. I tre principali procedimenti si distinguono in:

• Asportazione di truciolo, meccanismo che parte dall’utilizzo di un utensile duro e tagliente, che esporta un pezzo pieno di materiale per ottenere la forma desiderata. Questo processo è utilizzato con materiali in grado di sfogliarsi facilmente, quindi sono da evitare quelli duri e porosi, che potrebbero rendere difficile la lavorazione;
   

• Deformazione plastica a freddo, è un processo che avviene ad alta velocità, perché segue passaggi ormai standardizzati. Si parte da una barra, o vergella, che viene trafilata con precisione per permettere il riempimento ottimale della matrice. È una tecnica che, mediante l’utilizzo di un telaio fisso molto massiccio, consente la lavorazione di materiali duri come l’acciaio;
   

• Deformazione plastica a caldo, tecnica simile a quella a freddo ma usata per la realizzazione di prodotti di dimensioni e diametri maggiori. Per tale motivo, la macchina è alimentata da una barra, la cui estremità viene riscaldata al calore a induzione prima di essere tagliata. Questo tipo di lavorazione è applicabile a materiali come acciaio, alluminio, rame e ottone.
   

Ognuno di questi processi è quindi dedicato alla produzione specifica di prodotti, ma non sempre può essere seguita tale suddivisione schematica. Infatti, per alcune produzioni sono necessari dei trattamenti misti, che danno come risultato specifici criteri di robustezza e resistenza alla corrosione.

Consigli per la Scelta del Materiale Giusto

Una vite o un bullone devono risultare idonei principalmente in relazione alle esigenze finali. Ecco perché, al fine di scegliere il materiale giusto e quindi il prodotto adatto, bisogna prendere in considerazione:

• Tipo di testa della vite, così da ottenere un serraggio maggiore;
  
  
• Ambiente/campo di applicazione, in modo da calcolare una più o meno forte resistenza alla corrosione;
  
  
• Trattamento a cui è sottoposta la vite, poiché anche questo fattore è incisivo per evitare la corrosione e quindi assicurarsi una maggiore durabilità nel tempo;
  
  
• Resistenza, dato che viti e bulloni garantiranno un risultato migliore se avranno la stessa resistenza e lo stesso passo;
  
  
• Materiale in cui è prodotto il componente e quello in cui lo stesso dovrà essere inserito.
  
  

Solo mediante un’attenta valutazione della bulloneria sarà possibile scegliere il giusto elemento per le proprie lavorazioni.

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