Conosci i metodi comuni di tempra dell'acciaio?

Nel processo di trattamento termico dell'acciaio, la tempra è un passaggio fondamentale per migliorare proprietà chiave come durezza e resistenza. Riscaldando l'acciaio a una temperatura specifica e quindi controllandone il raffreddamento, la sua struttura interna può essere modificata per soddisfare i requisiti prestazionali del pezzo in diverse condizioni di lavoro. Attualmente, i metodi di tempra comunemente utilizzati nella produzione industriale includono la tempra a liquido singolo-, la tempra a due liquidi-, la tempra a fasi e l'austempering. Di seguito discuteremo ciascuno di questi metodi di tempra e le loro caratteristiche.

 

 

1. Tempra liquida-singola

Il raffreddamento a liquido singolo- è il processo di raffreddamento più basilare e comunemente utilizzato e offre l'operazione più semplice. Nello specifico, la parte in acciaio viene prima riscaldata alla temperatura di tempra specificata. Una volta che la temperatura interna del pezzo è uniforme e ben-isolata, viene quindi inserita direttamente in un unico mezzo di raffreddamento e raffreddata continuamente a temperatura ambiente, completando il processo di raffreddamento. I comuni mezzi di tempra singoli includono soluzioni acquose, vari oli di tempra e aria. La capacità di raffreddamento di ciascun mezzo varia e la scelta dipende dalle caratteristiche del tipo di acciaio e dai requisiti del pezzo.

 

I vantaggi significativi di questo metodo risiedono nella sua semplicità e praticità, poiché non richiede complesse operazioni di commutazione di apparecchiature o controllo dei parametri, rendendolo adatto alla produzione industriale su larga-scala. In termini di applicabilità, il metodo di tempra a liquido singolo- presenta determinati requisiti per la forma del pezzo. È più adatto per pezzi semplici con forme semplici, senza spigoli vivi e senza bruschi cambiamenti-della sezione trasversale. Quando vengono raffreddati in un unico mezzo, la differenza di temperatura tra l'interno e l'esterno di questi pezzi è relativamente piccola, riducendo il rischio di deformazioni e crepe. È inoltre adattabile a un'ampia gamma di tipi di acciaio, soddisfacendo le esigenze di tempra di parti con scarsa temprabilità, come acciai a basso-carbonio e medio-carbonio, nonché di parti con buona temprabilità, come acciai legati e alto-legati. È un processo di tempra di base che viene spesso utilizzato nella produzione industriale.

 

2. Due-metodi di spegnimento liquidi

A differenza del metodo di "raffreddamento one-shot" del metodo di tempra a liquido singolo-, il metodo di tempra a due liquidi- utilizza un approccio di "raffreddamento a fasi", utilizzando due mezzi con diverse capacità di raffreddamento per ottenere un controllo del raffreddamento più preciso. Il processo prevede il riscaldamento della parte in acciaio fino allo stato austenitico. Dopo aver assicurato l'austenitizzazione completa, il pezzo viene prima raffreddato in un mezzo con un'elevata capacità di raffreddamento e raffreddato rapidamente a una temperatura superiore alla temperatura iniziale della martensite (punto Ms) (tipicamente circa 300 gradi). Questa fase ha lo scopo di ridurre rapidamente la temperatura superficiale del pezzo prima che avvenga la trasformazione microstrutturale, ponendo le basi per il successivo lento raffreddamento. Successivamente il pezzo viene immediatamente trasferito in un mezzo di raffreddamento con una capacità di raffreddamento inferiore per un ulteriore raffreddamento. Ciò consente all'austenite superraffreddata di trasformarsi gradualmente in martensite a una velocità di raffreddamento relativamente lenta, raggiungendo infine la microstruttura e le proprietà meccaniche desiderate.

 

Le comuni combinazioni di due-mezzi di tempra liquidi includono acqua-olio, acqua-aria, olio-aria, olio-bagno di sale e bagno di sale-aria. Diverse combinazioni di fluidi possono essere regolate in modo flessibile in base al materiale del pezzo e ai requisiti prestazionali. Il vantaggio principale del metodo di tempra a due-liquidi è che riduce significativamente la deformazione e le fessurazioni del pezzo. Questa combinazione di "raffreddamento rapido + raffreddamento lento" allevia efficacemente le sollecitazioni termiche e strutturali generate durante il processo di raffreddamento. In pratica, la tempra in acqua e il raffreddamento ad olio sono particolarmente diffusi. Tuttavia, è importante notare che il controllo del tempo di raffreddamento della parte nell'acqua è fondamentale. Un raffreddamento eccessivo o insufficiente può influire sulla qualità della tempra e determinare il tempo di raffreddamento ottimale richiede molta pratica e calcoli precisi. Questo processo è particolarmente adatto per la tempra di parti sensibili alla deformazione e alla fessurazione, come l'acciaio per utensili ad alto-carbonio e l'acciaio di grandi dimensioni a bassa-lega, e che richiedono prestazioni elevate.

 

3. Metodo di spegnimento graduale

Anche il metodo di spegnimento a fasi si basa sul concetto di raffreddamento a fasi ed è in qualche modo simile al metodo di spegnimento a due-liquidi discusso nella sezione precedente, ma richiede un controllo della temperatura di raffreddamento e una selezione del mezzo più sofisticati. Il processo prevede il raffreddamento rapido di una parte riscaldata allo stato austenitico in un bagno di sale fuso leggermente al di sopra o al di sotto del punto Ms. Le proprietà di temperatura costante del bagno di sali fusi consentono al pezzo di raffreddarsi rapidamente fino a una temperatura vicina al punto Ms. Il pezzo rimane quindi nel bagno per un periodo di tempo, consentendo alla temperatura superficiale e interna del pezzo di convergere gradualmente, raggiungendo la stessa temperatura del mezzo. Durante questo processo non avviene alcuna trasformazione martensitica. Al termine del periodo di permanenza, il pezzo viene rimosso dal bagno e raffreddato lentamente in aria o olio, favorendo la graduale trasformazione dell'austenite superraffreddata in martensite.

 

In genere, il bagno utilizzato per la tempra graduale è un bagno di nitrati, alcalino o salino a 150-260 gradi. All'interno di questo intervallo di temperature, la trasformazione martensitica avviene principalmente nell'aria. Rispetto alla tempra a due liquidi, la tempra a fasi con un mezzo di tempra a circa 200 gradi genera meno stress termico durante il raffreddamento. Inoltre, i diversi minuti di mantenimento della temperatura costante consentono a parte dell'austenite di trasformarsi in martensite durante il raffreddamento ad aria, riducendo ulteriormente lo stress strutturale e minimizzando le fessurazioni nel pezzo. In termini di applicabilità, la tempra a fasi leggermente al di sopra del punto Ms è più adatta per parti più piccole come acciaio legato, acciaio al carbonio e acciaio per utensili. La tempra a gradini leggermente al di sotto del punto Ms è adatta per acciai più grandi con temprabilità inferiore, offrendo un migliore equilibrio tra temprabilità e controllo della deformazione.

 

4. Autemperatura

L'austempering è un processo di tempra avanzato con un controllo più rigoroso sulla temperatura di raffreddamento e sul tempo di mantenimento. Comprende principalmente l'austempering della bainite e l'austempering della martensite. Il percorso di processo appropriato può essere selezionato in base alla microstruttura e alle prestazioni desiderate del pezzo.

 

Per l'austempering della bainite, il processo prevede il riscaldamento della parte fino ad uno stato austenitico e quindi il rapido raffreddamento in un mezzo a una temperatura nella zona di trasformazione della bainite con una velocità di raffreddamento maggiore della velocità di raffreddamento critica. La parte viene quindi mantenuta a questa temperatura per un periodo di tempo sufficiente a garantire la completa trasformazione bainitica dell'austenite superraffreddata, ottenendo infine una struttura bainitica. L'austenting martensitico, d'altro canto, comporta la tempra di una parte riscaldata allo stato austenitico in un bagno caldo (come un bagno di sale o un bagno di metallo) a una temperatura leggermente superiore al punto Ms per un periodo prolungato, consentendo all'austenite superraffreddata di trasformarsi gradualmente in martensite a temperatura costante.

 

Lo straordinario vantaggio dell'austempering è che può ottenere eccellenti proprietà meccaniche complessive nel pezzo, combinando un'elevata durezza con una buona resilienza e riducendo al minimo la deformazione. Pertanto, questo processo viene spesso utilizzato per utensili e stampi con forme complesse, requisiti di deformazione rigorosi e necessità di elevata durezza e resistenza agli urti. L'austempering può anche migliorare efficacemente le prestazioni di parti realizzate in acciaio al carbonio con un contenuto di carbonio superiore allo 0,6%, soddisfacendo specifici requisiti operativi.

 

5. Riepilogo

In sintesi, la tempra singola-liquida, la tempra a due liquidi-, la tempra a fasi e l'austempering presentano ciascuna i propri vantaggi unici, adatti a parti in acciaio di diverse forme, materiali e requisiti prestazionali. Nella produzione effettiva, le condizioni specifiche del pezzo richiedono un'attenta selezione dei metodi di tempra e un controllo preciso dei parametri di processo per utilizzare appieno il processo di tempra e produrre parti in acciaio di alta-qualità che soddisfino i requisiti applicativi. Sebbene esistano molti metodi di tempra diversi, il principio fondamentale è ottenere la microstruttura appropriata per soddisfare le prestazioni richieste o modificare il metodo di tempra per evitare deformazioni e fessurazioni. Un ingegnere del trattamento termico in grado di padroneggiare questi due aspetti chiave è altamente qualificato.