Tempra dell’acciaio
La tempra dell’acciaio è un trattamento termico che consiste nel riscaldarlo al di sopra della temperatura delle trasformazioni di fase, mantenendolo a questa temperatura per completare tutte le trasformazioni di fase e raffreddandolo ad alta velocità.
Nel trattamento di tempra, oltre al fattore velocità di raffreddamento, giocano un ruolo importante anche gli elementi di lega: nichel, cromo, molibdeno, silicio, tungsteno, vanadio.
Questo processo viene effettuato al fine di ottenere le proprietà fisico-chimiche desiderate: elevata durezza o resistenza all’abrasione.
La temperatura di riscaldamento di tempra viene scelta in base alla necessità di mettere in soluzione i componenti.
Il raffreddamento viene effettuato ad una velocità superiore alla velocità critica di tempra del rispettivo acciaio. Per ottenere questa struttura vengono rinvenuti gli acciai al carbonio e gli acciai legati in cui il carbonio supera lo 0,15 – 0,20%.
Il contenuto di carbonio influenza la temperatura di tempra. L’intervallo di tempo in cui la parte in acciaio viene sottoposta alla temperatura di tempra deve essere sufficientemente elevato da favorire la completa dissoluzione del carbonio nell’austenite.
MEZZI DI RAFFREDDAMENTO PER LA TEMPRA DELL’ACCIAIO
La tempra viene eseguita immergendo l’oggetto metallico in diversi mezzi di raffreddamento:
– acqua e soluzioni acquose che contengono sia sostanze attive (cloruro di sodio, idrossido di sodio), sia sostanze che riducono la capacità refrigerante (silicati, glicerina);
– oli vegetali o minerali;
– bagni di sali o di metalli fusi, portati alla temperatura prescritta;
– gas (solitamente aria, eccezionalmente idrogeno).
Il mezzo viene scelto in base alla composizione dell’acciaio. Vale la pena notare che alcuni acciai non consentono il recupero in nessun ambiente, c’è il rischio di non raggiungere la durezza desiderata perché si raffreddano troppo velocemente o non si raffreddano abbastanza velocemente.
Due sono i requisiti principali che devono essere soddisfatti mediante la tempra dell’acciaio:
1.Per favorire la penetrazione di tempra il più profondamente possibile all’interno del pezzo, possibilmente su tutta la sua sezione.
2.Durante il processo di tempra non devono esserci tensioni interne che potrebbero portare a deformazioni o fessurazioni del prodotto.
TIPI DI TEMPRA – ACCIAIO
Tempra classica: in un unico ambiente
Consiste nel raffreddare il prodotto in un unico mezzo, che può essere acqua, olio o anche aria. Il pezzo riscaldato viene immerso nel mezzo di raffreddamento liquido finché non si raffredda completamente.
Per le parti in acciaio al carbonio con sezioni superiori a 5 mm, il mezzo più utilizzato è l’acqua. Mentre, per particolari con sezioni inferiori a 5 mm, o di acciai legati, il mezzo utilizzato è l’olio.
Svantaggi: tensioni termiche (tra zone a sezione diversa) strutturali (la martensite ha il volume massimo).
Procedure speciali di tempra: per l’eliminazione (parziale) degli svantaggi della tempra classica.
Tempra interrotta (2 mezzi: acqua – olio)
Per ridurre le tensioni interne viene applicata la tempra in due ambienti. Il pezzo viene prima raffreddato in acqua a 300-400 C e poi in olio a temperatura ambiente.
Tempra graduale (mantenimento dell’equalizzazione della temperatura).
Attraverso questo metodo il pezzo viene rapidamente raffreddato in un bagno di sale con una temperatura leggermente superiore (di 30-50 C) alla temperatura di trasformazione martensitica Ms, mantenendosi a questa temperatura finché la temperatura non risulta uniforme in tutta la sezione del pezzo e raffreddamento finale in aria.
La trasformazione martensitica avviene ad una velocità lenta, in aria, che porta ad una forte diminuzione delle tensioni interne nel pezzo.
Tempra isotermico (per ottenere una struttura bainitica).
L’acciaio viene mantenuto nel bagno fino al termine della trasformazione isotermica dell’austenite.
La temperatura del bagno di sale è solitamente di 250-350 C. Per effetto di tempra isotermica si ottiene una struttura bainitica con durezza di 45-55 HRC, mantenendo plasticità e tenacità a valori elevati.
La temperatura del bagno di sale è solitamente di 250-350 C. Per effetto di tempra isotermica si ottiene una struttura bainitica con durezza di 45-55 HRC, mantenendo plasticità e tenacità a valori elevati.
La durata della manutenzione viene stabilita con l’ausilio dei diagrammi di trasformazione isotermica dell’austenite.
Si applica ad alcune parti sottili realizzate in acciai legati o alcuni acciai per utensili.
Tempra superficiale
Solo per l’esterno delle parti che diventa duro e resistente; l’interno rimane tenace.
LA TEMPRABILITÀ È LA PROPRIETÀ DI UN ACCIAIO DI TEMPRARE PROFONDA ED È CARATTERIZZATA DA DUE GRANDEZZE:
1.La capacità di tempra, espressa dalla durezza massima che può essere raggiunta mediante tempra, nel caso della rispettiva lega.
2. Profondità di tempra, che rappresenta la capacità del materiale di formare uno strato temperato, con struttura martensitica o semimartensitica, ad una certa profondità.
La temprabilità dipende dalla composizione dell’acciaio, dalla temperatura di riscaldamento per il rinvenimento e dall’ambiente di tempra.
Una struttura di tempra ottimale è influenzata sia dai processi applicati, dai mezzi di riscaldamento e raffreddamento, sia dalla durata, dalla velocità, dalla temperatura di riscaldamento e dalla velocità di raffreddamento.
La massima durezza dopo tempra si ottiene con l’acciaio con il maggior contenuto di carbonio.
Poiché l’acciaio temprato diventa fragile, è necessario applicare un trattamento di rinvenimento, altrimenti abbiamo un pezzo di acciaio duro, ma allo stesso tempo molto fragile.
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