Trattamento termico dei metalli

Il trattamento termico dei metalli è un processo che modifica la microstruttura interna o la chimica superficiale di un prodotto per migliorarne le prestazioni e la qualità. Questi cambiamenti solitamente non sono visibili ad occhio nudo. Allo stesso tempo, la forma e la composizione chimica generale del pezzo rimangono invariate.

L'acciaio è il materiale più utilizzato nell'ingegneria meccanica grazie alla sua complessa microstruttura, controllata dal trattamento termico. Oltre all'acciaio, anche i metalli e le leghe come alluminio, rame, magnesio e titanio vengono trattati termicamente per modificarne le proprietà meccaniche, fisiche e chimiche.

Tipi di trattamento termico

Il trattamento termico generale prevede il riscaldamento dell'intera parte seguito dal raffreddamento a una certa velocità, che ne modifica le proprietà meccaniche. Principali tipologie di trattamento termico dell'acciaio:ricottura, normalizzazione, bonifica e rinvenimento.

Ricottura

Il prodotto viene riscaldato ad una certa temperatura, mantenuto per un certo tempo e poi raffreddato lentamente.
Bersaglio: Riduzione delle tensioni interne, miglioramento della lavorabilità o preparazione per ulteriori fasi di lavorazione.

Normalizzazione

Riscaldare la parte alla temperatura richiesta e quindi raffreddarla in aria. Fornisce una struttura più fine, migliorando le proprietà meccaniche.

Indurimento

Riscaldamento ad alta temperatura seguito da un rapido raffreddamento in acqua, olio o soluzioni speciali. Aumenta la durezza dell'acciaio, ma lo rende fragile.

Vacanza

Dopo l'indurimento, il materiale viene riscaldato a una temperatura inferiore a 650 gradi, mantenuto e raffreddato. Ciò riduce la fragilità dell'acciaio mantenendone la resistenza.

Fasi del trattamento termico

Il processo di trattamento termico comprende tre fasi:riscaldamento, mantenimento e raffreddamento.

Calore
Il riscaldamento viene effettuato utilizzando combustibile (carbone, gas) o riscaldamento elettrico, che consente un controllo più preciso del processo. Per prevenire l'ossidazione, la superficie metallica viene protetta con un'atmosfera di gas inerti, rivestimenti o vuoto.

Estratto
Una volta raggiunta la temperatura richiesta, il prodotto viene trattenuto per garantire un riscaldamento uniforme e modifiche strutturali.

Raffreddamento
La velocità di raffreddamento è determinata dal tipo di trattamento: raffreddamento lento per la ricottura, raffreddamento più veloce per la normalizzazione e raffreddamento rapido per la tempra.

Scopi del trattamento termico

Maggiore durezza e resistenza: La bonifica aumenta la resistenza all'usura e agli urti.

Miglioramento della viscosità: La ricottura e la normalizzazione riducono la fragilità.

Alleviare lo stress interno: Vengono eliminate le sollecitazioni derivanti dalla lavorazione.

Maggiore lavorabilità: La ricottura ammorbidisce il materiale, facilitando il taglio e la foratura.

Resistenza alla corrosione: L'indurimento dello strato superficiale migliora la durabilità.

Ottimizzazione della struttura del grano: La normalizzazione migliora le proprietà meccaniche, rendendo il materiale omogeneo.

Trattamento termico di vari acciai

Acciaio al carbonio
Acciaio a basso tenore di carbonio: ricottura (700–750 gradi) o normalizzazione (870–920 gradi).
Acciaio a medio e alto tenore di carbonio: tempra (760–820 gradi) e rinvenimento (150–650 gradi).

Acciaio legato
Indurimento (850–900 gradi) seguito da rinvenimento (300–650 gradi), che garantisce un preciso equilibrio tra durezza e tenacità.

Acciaio per utensili
Viene sottoposto a ricottura (700–900 gradi), indurimento e rinvenimento (150–500 gradi) per la massima durezza e ridotta fragilità.

Acciaio inossidabile
La ricottura di ricristallizzazione (1000–1150 gradi) migliora la resistenza alla corrosione.
La tempra e l'invecchiamento degli acciai martensitici aumentano la resistenza.

Avvertenze per il trattamento termico

Surriscaldare: Provoca l'ingrossamento del grano, compromettendo le proprietà meccaniche.

Deformazione: Il rischio aumenta se non viene seguito il regime di raffreddamento.

Ossidazione e decarbonizzazione: Riduce la durezza superficiale.

Infragilimento da idrogeno: Riduce la duttilità e la resistenza se riscaldato in un'atmosfera di idrogeno.

Per ridurre al minimo questi rischi vengono utilizzati forni sottovuoto, rivestimenti protettivi e controllo della temperatura.

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