Metallurgia
Frabousan Ki Taiou
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TECNICHE COLTELLINAIE

La fucinazione:

Col nome di fucinazione si indicano tutte i passaggi utili a dar forma ad una massa metallica, approfittando della sua malleabilità.

La malleabilità:
La malleabilità è una importante proprietà posseduta da molti metalli; certi si lavorano alla temperatura ordinaria (Rame, Piombo, Stagno, Argento, Oro) altri a caldo (Ferro, Acciaio, alcuni tipi di Ottone).
La malleabilità è influenzata da 3 fattori: 
a) composizione del metallo;
b) Trattamenti termici e Incrudimento;
c) Temperatura.

a) Composizione e struttura del metallo: 
Il Carbonio allegato al Ferro ne ostacola la malleabilità. Perciò l'Acciaio (C = 0,37 - 1,7 %) è assai meno malleabile del Ferro (C < 0,34 %). 
La ghisa (C = 2,2 - 6,7 %) non è affatto malleabile. L'Ottone si comporta in modo particolare col crescere dello Zn: fino al 46 % la malleabilità cresce, da 46 a 50 %, il metallo diviene vetrino e la malleabilità sparisce di colpo.

b) Trattamenti termici - Incrudimento:
I trattamenti termici possono far variare la  malleabilità. L'Acciaio temprato non è più affatto malleabile al contrario del ferro ricotto, che diviene molto dolce e malleabile.
L'incrudimento è prodotto dal lavoro del martello o dall'azione meccanica. I metalli acquistano una specie di crosta superficiale, aumentando di durezza, di resistenza ma perdono in duttilità e la loro malleabilità diminuisce rapidamente.

c) Temperatura:
generalmente la temperatura favorisce la malleabilità, facendola aumentare, come pure la duttilità, il che fa diminuire la resistenza ed il carico al limite elastico.
Il Ferro a una temperatura di 900° (centigradi) offre una resistenza di circa R = 8 -10 Kg/mm², mentre alla temperatura ordinaria è intorno a 45 kg/mm². Se ne deduce che forgiare il Ferro a caldo richiede uno sforzo minore che non a freddo. Alcuni metalli però non tollerano il lavoro a caldo e certi ad alta temperatura assumono una struttura fragile, non indicata per la lavorazione.

Fragilità al calor nero:
Si ricorda che i materiali di Ferro riscaldati perdono le caratteristiche di malleabilità e duttilità e diventano fragili. Questo fenomeno è comune a molti metalli perciò il coltellinaio non deve mai battere o fucinare tali metalli, quando diventano neri (t = 300° - 500°). Il mio maestro fabbro, Carlo "Pressacher", ahimé ormai defunto, mi disse una volta: "...è meglio lavorarli a freddo".

Temperatura di fucinazione:
le temperature migliori per fucinare i vari metalli sono le seguenti:
Il Ferro si fucina a 900° -1000°, si stampa a 1200°, si salda a 1400° circa.
L'Acciaio
 si scalda un 200° in meno del Ferro.
Altri metalli: Nichel 900° -1000°, Alluminio verso i 500°, Zinco 120° - 150°.

Luminosità dell'Acciaio a caldo:
L'Acciaio riscaldandosi di conserva scuro fin verso i 500° - 600°. Dopo tale temperatura sino a fusione, si ha calore luminoso, sempre vivo e chiaro.
Si possono riconoscere quattro gruppi di tinte:
Rosso cupo nascente..t = 500°;
     "       "     scuro.......t = 600°;
     "       "     deciso.....t = 700°;
Rosso vivo incipiente..t = 800°;
     "    chiaro...............t = 900°;
     "    molto chiaro... .t = 1000°;
Giallo
...................... t = 1100°;
     
"     chiaro.............t = 1200°;
Bianco
......................t = 1300°
     "     saldante...........t = 1400°;
     
"     fondente..........t = 1500°;

Le fucine:
Per riscaldare le lame e i pezzi di piccole dimensioni si usano le fucine (anche dette forge). Il metallo si trova a mutuo contatto col combustibile. Per pezzi di maggiori dimensioni si ricorre ai forni di riscaldo e per lavori speciali l'elettricità. 
Per fucinare le lame durante le dimostrazioni usiamo attualmente una fucina portatile a soffio verticale. Nell'antico laboratorio dei maestri coltellinai frabosani la forgia era fissa e a soffio orizzontale ottenuto da mantice a doppio effetto. Il maestro fabbro Carlo "Pressacher" utilizzava una fucina in muratura a ridosso del muro con bacino rivestito di terra grassa refrattaria, per resistere bene al calore.
Nella nostra forgia portatile l'aria è soffiata per mezzo di un ventilatore a manovella. Il mantice usato anticamente dai maestri coltellinai frabosani termina con un bocchettone  di ghisa. 
Il maestro Carlo "Pressacher" usava una ventola azionata da elettricità, ma non ricordiamo se il soffio fosse orizzontale o verticale.
Il soffio verticale è più indicato rispetto a quello orizzontale perché si ottiene una combustione più regolare che avvolge meglio il pezzo che si sta riscaldando.

Condotta del fuoco di fucina:
I maestri coltellinai Frabosani per fucinare le lame utilizzavano carbone di legna. Ritrovammo un sacco intero di carbone di legna che ogni tanto utilizziamo. D'altronde un tempo molte erano le persone che per lavoro facevano i "Carbonai" ricavando carbone di legna già nei boschi montani per mezzo delle carbonaie, Ancora adesso se ne trovano i segni nelle faggete della Val Corsaglia.

Il carbone di legna è preferibile  perché è più puro, non contiene quasi per nulla zolfo, lascia poche ceneri e non altera i metalli. Carlo "Pressacher" lo utilizzava per la tempera. Disse una volta "...il suo fuoco è più dolce".

Il carbone fossile grasso e minuto, viene detto "nocciolino", ha la proprietà che scaldandosi, si agglutina e forma una specie di volta che copre e protegge il metallo che si riscalda più intensamente. Volendo si può usare carbone di legna coprendo il cumulo con uno strato di carbone fossile.
Il maestro Carlo "Pressacher" conduceva il fuoco senza produrre fiamma viva. Una volta lo vidi spruzzare dell'acqua sullo strato esterno del carbone, mi disse: "... serve a tenerlo fresco".


TEMPRA E RINVENIMENTO
DEGLI ACCIAI AL CARBONIO

La tempra:
consiste nel riscaldare il metallo seguito da un raffreddamento rapido in modo da fissare sul metallo la struttura che gli è propria a temperature elevate. In particolare la tempra dell'acciaio va condotta diversamente a seconda del tipo di acciaio.  Negli acciai al carbonio i cambiamenti strutturali si effettuano con notevole facilità a temperature abbastanza bassa e in breve tempo. Solo gli acciai con contenuto di carbonio compreso tra 0,34 e 1,7 % assumono tempra di durezza

Temperatura di tempra:
bisogna portare il metallo nel campo dove il ferro scioglie il carburo di ferro e forma con esso una vera soluzione solida, detta austenite, che raffreddata convenientemente, si trasforma il martensite. In genere l'acciaio duro da utensileria 0,85 < C < 1,2 % si dovrà scaldare a più di 750°. Occorrerà anche non eccedere oltre tale valore, perché in luogo di martensite pura si formerebbe austenite, meno dura e più fragile. Inoltre non si deve rimanere al disotto del valore poiché il carburo non si scioglierebbe in modo completo e si formerebbe una soluzione incompleta (troostite).
Il nostro maestro Carlo, detto "Pressacher", pur non avendo studiato metallurgia, queste cose le sapeva per via della grande esperienza; già suo padre fucinava arnesi da taglio, vanghe, picconi, accette, etc.. Mi disse una volta "...devi trovare la temperatura giusta provando l'acciaio." Intendeva di lavorare un saggio e trovare la giusta tempra per il suo uso. Straordinariamente semplice e efficace!
Effetti della tempra sull'acciaio:
Con la tempra variano notevolmente le proprietà tecnologiche dell'acciaio:
Aumento della durezza in base al grado di carburazione dell'acciaio. 
Aumento della resistenza a trazione 
di circa il 50 %.
Aumento del limite elastico di circa il 100 %.
la grana si affina, si fa uniforme e compatta.
Diminuzione dell'allungamento, la malleabilità, 
la tenacità. Il metallo diviene duro ma vetrino.

Alterazioni di forma e dimensioni tanto più maggiori quanto l'acciaio è carburato. 
Le dimensioni maggiori diminuiscono l
e minori aumentano.
Screpolature e cricche sono finissime e superficiali o interne. Possono anche provocare il caratteristico sfaldamento 
concentrico del pezzo.

Il rinvenimento:
non conviene superare i 300 ° perché la struttura diventerebbe troppo tenera per gli usi  cui il pezzo è destinato.
E' difficile capire con esattezza le differenze di pochi gradi di temperatura di un pezzo d'acciaio, non ancora luminoso. Come buona guida ci sono le tinte di rinvenimento.

Il maestro Carlo lo sapeva bene 
e ci insegnò  che:
" prima arriva il giallo chiaro e poi l'oro. Dopo c'è il porpora e infine l'azzurro".
E' un piacere vedere uscire questi colori 
durante il rinvenimento. 
A seconda dei risultati del saggio si può tranquillamente rinvenire la lama  del coltello.

"...attento però, che le tinte arrivano una dietro l'altra"; un consiglio da tenere ben presente perché appena si presenta una tinta essa svanisce e segue l'altra. 
Allora può essere conveniente spegnere il pezzo nell'acqua. ciò non produce tempra ma arresta al punto voluto l'azione negativa dell'addolcimento.

Una tabella ci aiuta a capire 
il rapporto tra tinte e temperatura:
Giallo chiaro........ t = 210°;
     "      oro............t = 240°;
Rosso porpora......t = 280°;
Azzurro............... t = 300°.
Al giallo corrisponde la massima durezza, all'azzurro la massima dolcezza. 

Gli arnesi da taglio si fanno rinvenire generalmente al giallo oro. 
La durezza però dipende specialmente dalla quantità di carbonio; un acciaio con C= 1 %, rinvenuto all'azzurro, può riuscire più duro di un acciaio dolce, contenente solo C = 0,4 % rinvenuto al giallo. Durante il rinvenimento si avrà cura di rigirare la lama in modo che si scaldi allo stesso grado.

I maestri coltellinai frabosani tempravano col carbone di castagno o faggio "..danno un calore più dolce", diceva il maestro Carlo. 
Per raffreddare il pezzo da temprare Carlo ci consigliò l'olio dei motori di automobili. 
Pare comunque che si temprasse anche con urina di vacca o con acqua. Noi abbiamo provato, ma alla fine l'olio bruciato da i migliori risultati.

 

TRATTAMENTI TERMICI

Il trattamento termico consiste in due fasi:
a) nel scaldare la lama entro determinati limiti di temperatura e tempo, per impartirle determinate e particolari caratteristiche e proprietà.
b) nel raffreddare la lama  con determinate modalità: raffreddamento istantaneo, lento, lentissimo, facendo uno o più salti di temperatura. Nel fare questo non si compie nessun lavoro meccanico sulla lama.

La struttura del metallo:
cambia con variare della temperatura; può cambiare il modo di aggregazione dei vari elementi che lo compongono, o un composto chimico si scompone nei suoi elementi, o vari copi semplici che erano aggregati si sciolgono uno nell'altro o ancora uno o più costituenti si trasformano per dar vita a un costituente nuovo.
Tutti questi cambiamenti non vengono percepiti a occhio nudo e non si rivelano nemmeno con l'analisi chimica, tuttavia essi esercitano una influenza grandissima sulle proprietà tecnologiche e meccaniche dei metalli.

Trasformazioni:
possono essere reversibili o non reversibili.
reversibili: le trasformazioni che avvengono nel riscaldamento si susseguono con un certo ordine e nel seguente raffreddamento lento avvengono le medesime trasformazioni ma in ordine inverso. Alla fine il metallo freddo riprende la stessa struttura che
aveva prima del riscaldamento.
Non reversibili: le trasformazioni nel raffreddamento avvengono a temperatura più basse che non durante il riscaldamento e i metalli sono così forti che le trasformazioni inverse praticamente non avvengono più.

Trattamento dei metalli:
l'alta velocità di raffreddamento nel trattamento di tempra abbassa o sopprime i punti critici dando origine a strutture austenitiche o martensitiche, a seconda della lega metallica e delle modalità di trattamento.
Queste strutture possono ancora essere variate  con rinvenimento dando origine ad altre  che godono di altre caratteristiche.

La ricottura:
consiste nel riscaldare il metallo fino alla temperatura in cui essa assuma struttura austenitica seguita da raffreddamento lentissimo o naturale, ottenuto lasciando fino a bassa temperatura il metallo sul forno in cui è stato riscaldato.

La normalizzazione: 
è un trattamento come quello della ricottura 
ma il raffreddamento è ottenuto lasciando il materiale fuori dal forno e in aria tranquilla (più rapido di quello di ricottura).

La tempra:
consiste nel riscaldare il metallo fino alla struttura in cui si ottiene la struttura austenitica, seguito da un raffreddamento rapido, in modo da fissare sul metallo la struttura che gli è propria a temperature elevate.

Il rinvenimento:
consiste nel riscaldare un metallo che
ha già subito una tempra a una temperatura inferiore a quella di trasformazione susseguito da un raffreddamento a velocità varia a seconda  delle finalità volute.
Questa operazione serve  a moderare l'eccessiva durezza e fragilità che la tempra rapidissima conferisce agli acciai.
A tal scopo si riscalda il metallo a una temperatura moderata e si raffredda nuovamente  e repentinamente.

La distensione:
consiste in un rinvenimento a temperatura al di sotto dei 300° che può essere effettuato in acqua a 90° o in olio a 180°-200°. Purtroppo il tempo di distensione è lunghissimo, anche oltre le 10 ore e ha lo scopo di attenuare le tensioni che esistono nell'acciaio temprato, senza sensibilmente diminuirne la durezza.

 

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