I 4 tipi di trattamento termico a cui è sottoposto l’acciaio

Nel nostro ultimo post sul blog, abbiamo coperto le tre fasi del trattamento termico che includono il riscaldamento del metallo a una temperatura stabilita (la fase di riscaldamento), il mantenimento a quella temperatura per un periodo di tempo specifico (la fase di immersione) e il raffreddamento a temperatura ambiente con un metodo che dipende dal tipo di metallo e dalle proprietà desiderate (la fase di raffreddamento). In questo post, copriremo i quattro tipi fondamentali di trattamento termico a cui è sottoposto l’acciaio oggi: ricottura, normalizzazione, tempra e rinvenimento.

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Trattamento termico acciaio: Ricottura

Lo scopo della ricottura è di fare il contrario dell’indurimento. Si ricottura i metalli per alleviare lo stress, ammorbidire il metallo, aumentare la duttilità e migliorare la loro struttura dei grani.

Senza un’adeguata fase di preriscaldamento, la saldatura può portare a un metallo con temperature non uniformi, anche zone fuse accanto a zone che sono a temperatura ambiente. In queste circostanze, la saldatura può rendere il metallo più debole: man mano che la saldatura si raffredda, si sviluppano tensioni interne accanto a punti duri e fragili. La ricottura è un modo per risolvere problemi comuni come questi e alleviare le tensioni interne.

Ricottura dell’acciaio

Per ricottare gli acciai e altri metalli ferrosi per produrre il più alto livello di duttilità, devi riscaldare lentamente il metallo alla temperatura appropriata, immergerlo, e poi lasciarlo raffreddare lentamente seppellendolo in qualche tipo di materiale isolante o semplicemente spegnendo il forno e lasciando che sia il forno che la parte si raffreddino lentamente insieme.

La quantità di tempo che lasci il metallo in ammollo dipende sia dal suo tipo che dalla sua massa. Se è un acciaio a basso contenuto di carbonio, richiederà la più alta temperatura di ricottura possibile e, come il contenuto di carbonio aumenta, la sua temperatura di ricottura diminuirà. Per saperne di più sulla ricottura, potete consultare la nostra guida alla ricottura per una spiegazione più lunga.

Trattamento termico dell’acciaio: Normalizzazione

Lo scopo della normalizzazione è quello di rimuovere qualsiasi stress interno da trattamento termico, lavorazione, forgiatura, formatura, saldatura o fusione. La rottura del metallo può derivare da uno stress incontrollato, quindi la normalizzazione dell’acciaio prima di qualsiasi indurimento può aiutare a garantire il successo dei progetti.

Qual è la differenza tra ricottura &normalizzazione?

La normalizzazione si applica solo ai metalli ferrosi come l’acciaio. Ma c’è un’altra differenza chiave nel processo di trattamento termico: nella normalizzazione, dopo che il metallo viene riscaldato a una temperatura più alta, viene raffreddato ad aria dopo la rimozione dal forno.

L’acciaio normalizzato è più forte dell’acciaio ricotto. Con un’alta resistenza e un’alta duttilità, è più duro dell’acciaio ricotto. Se la parte metallica deve resistere agli urti o avere la massima tenacità per resistere alle sollecitazioni esterne, si raccomanda di solito di normalizzarla piuttosto che ricottarla.

Siccome i metalli normalizzati sono raffreddati ad aria, la massa del metallo è un fattore determinante della velocità di raffreddamento e del livello di durezza della parte risultante. Durante la normalizzazione, i pezzi più sottili si raffreddano più velocemente nell’aria e diventano più duri dei pezzi più spessi. Ma, con la ricottura e il suo raffreddamento in forno, la durezza dei pezzi spessi e sottili sarà comparabile.

Trattamento termico dell’acciaio: tempra

L’intento della tempra non è solo di indurire l’acciaio, ma anche di renderlo più forte. Sfortunatamente, non ci sono solo vantaggi nella tempra. Mentre la tempra aumenta la forza, diminuisce anche la duttilità, rendendo il metallo più fragile. Dopo la tempra, potrebbe essere necessario temperare il metallo per rimuovere parte della fragilità.

Per indurire la maggior parte degli acciai, si usano i primi due stadi del trattamento termico (calore a bassa temperatura seguito da un ammollo per un tempo specificato a una temperatura uniforme), il terzo stadio è diverso. Quando si induriscono i metalli, li si raffredda rapidamente immergendoli in acqua, olio o salamoia. La maggior parte degli acciai richiedono un raffreddamento rapido, chiamato tempra, per essere temprati, ma ce ne sono alcuni che possono essere raffreddati con successo ad aria.

Con l’aggiunta di leghe all’acciaio, la velocità di raffreddamento necessaria per temprarlo diminuisce. C’è un aspetto positivo in questo: la velocità di raffreddamento più lenta diminuisce il rischio di fessurazione o di deformazione. La durezza dell’acciaio al carbonio dipende dal suo contenuto di carbonio: fino allo 0,80% di carbonio, la capacità di indurimento aumenta insieme al contenuto di carbonio. Oltre lo 0,80%, si può aumentare la resistenza all’usura a causa della formazione di cementite dura, ma non si può aumentare la durezza.

Quando si aggiungono leghe all’acciaio per aumentarne la durezza, si aumenta anche la capacità del carbonio di indurire e rafforzare. Ciò significa che il contenuto di carbonio necessario per produrre il più alto livello di durezza è inferiore negli acciai legati rispetto agli acciai al carbonio puro. Di conseguenza, gli acciai legati offrono tipicamente prestazioni migliori degli acciai al carbonio semplice. .

Quando l’acciaio al carbonio è temprato, l’acciaio deve essere raffreddato a meno di 1000°F in meno di un secondo. Ma, una volta che si aggiungono leghe all’acciaio e si aumenta l’efficacia del carbonio, si aumenta quel limite di tempo oltre un secondo. Questo permette di scegliere un mezzo di tempra più lento per ottenere la durezza specificata.

In genere, gli acciai al carbonio sono temprati in salamoia o in acqua, mentre gli acciai legati sono temprati in olio. Sfortunatamente, la tempra è un processo che produce un alto stress interno e, per alleggerire l’acciaio, un’opzione è quella di temprarlo. Appena prima che il pezzo diventi freddo, lo si toglie dal bagno di tempra a una temperatura di 200°F e lo si lascia raffreddare all’aria. L’intervallo di temperatura da temperatura ambiente a 200°F è chiamato “intervallo di criccatura”, e non si vuole che l’acciaio nel mezzo di tempra lo attraversi. Continua a leggere per saperne di più sul rinvenimento.

Trattamento termico dell’acciaio: Rinvenimento

Dopo aver temprato un metallo, sia con il caso che con la fiamma, e aver introdotto tensioni interne dopo il rapido raffreddamento inerente al processo, l’acciaio è spesso sia più duro del necessario che troppo fragile. La risposta può essere quella di temperare l’acciaio per ridurre la fragilità e rimuovere o alleviare le tensioni interne.

Durante la tempra, si:

• Riscaldare l’acciaio a una temperatura impostata al di sotto della sua temperatura di tempra
• Tenere l’acciaio a quella temperatura per un periodo specificato
• Raffreddare l’acciaio, tipicamente in aria calma

Se questo suona familiare, hai ragione! Il rinvenimento consiste nelle stesse tre fasi del trattamento termico. La differenza principale è la temperatura di rinvenimento e il suo effetto su durezza, resistenza e, naturalmente, duttilità.

Quando si rinvia un pezzo d’acciaio, si riduce la durezza che è stata causata dalla tempra e si sviluppano certe proprietà fisiche. Il rinvenimento segue sempre la tempra e, mentre riduce la fragilità, ammorbidisce anche l’acciaio. Sfortunatamente, l’ammorbidimento dell’acciaio con il rinvenimento è inevitabile. Ma, la quantità di durezza che si perde può essere controllata in base alla temperatura durante il rinvenimento.

Mentre gli altri processi di trattamento termico di ricottura, normalizzazione e tempra includono sempre temperature al di sopra del punto critico superiore del metallo, il rinvenimento è sempre fatto a temperature inferiori.

Quando si riscalda l’acciaio che è stato temprato, si inizia il rinvenimento a 212°F e si continua finché non ci si avvicina al punto critico inferiore. Per selezionare la durezza e la resistenza che si desidera, è possibile preimpostare la temperatura di rinvenimento. Il minimo per il rinvenimento dovrebbe essere un’ora se la parte è meno di un pollice di spessore; se è più di un pollice di spessore, si può aggiungere un’altra ora per ogni pollice di spessore in più.

La velocità di raffreddamento dal rinvenimento non ha effetto sulla maggior parte degli acciai. Dopo aver rimosso un pezzo d’acciaio dal forno di rinvenimento, in genere lo si raffredda in aria ferma proprio come si farebbe nel processo di normalizzazione. Ma, come per tutti i diversi processi di trattamento termico, ci sono alcune differenze che vanno oltre lo scopo di questo post del blog.

Se siete interessati al rinvenimento, sappiate che il rinvenimento allevia le tensioni interne dovute alla tempra, riduce la fragilità e la durezza, e può effettivamente aumentare la resistenza alla trazione dell’acciaio temprato quando viene temprato fino a una temperatura di 450°F; oltre i 450°F, la resistenza alla trazione diminuisce.

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