Trattamento termico dei metalli
Il trattamento termico è un passaggio cruciale nella produzione dell’acciaio . È essenziale adeguare le sue proprietà meccaniche, quali durezza, resistenza e duttilità, in base alle specifiche esigenze del suo utilizzo.
Questo processo prevede il riscaldamento dell'acciaio ad alte temperature seguito da un raffreddamento controllato. Questa manipolazione modifica la struttura microscopica dell'acciaio , conferendogli caratteristiche migliorate come una migliore resistenza agli urti, una maggiore durezza e una flessibilità ottimizzata per varie applicazioni industriali.
Il suo scopo è migliorare le proprietà strutturali e fisiche del metallo per un uso particolare o per lavori futuri. Esistono cinque processi fondamentali di trattamento termico :
- il carattere
- cementazione
- ricottura
- standardizzazione
- Reddito
Sebbene ciascuno di questi processi produca risultati diversi per il metallo, comportano tutti tre passaggi fondamentali:
- riscaldamento
- ammollo
- il raffreddamento
Le fasi fondamentali del trattamento termico
Riscaldamento - 1a fase del trattamento termico
Il riscaldamento è la prima fase di un processo di trattamento termico.
Molte leghe cambiano la loro struttura quando riscaldate a temperature specifiche. La struttura di una lega a temperatura ambiente può essere una miscela meccanica, una soluzione solida o una combinazione.
- Una miscela meccanica può essere paragonata al calcestruzzo. Proprio come la sabbia e la ghiaia sono visibili e trattenute dal cemento. Gli elementi e i composti di una miscela meccanica sono chiaramente visibili e sono tenuti insieme da una matrice metallica vile.
- Si parla di soluzione solida quando due o più metalli vengono assorbiti l'uno nell'altro e formano una soluzione. Quando una lega è sotto forma di soluzione solida, gli elementi e i composti che compongono il metallo vengono assorbiti l'uno nell'altro nello stesso modo in cui il sale viene sciolto in un bicchiere d'acqua. Gli elementi separati che compongono il metallo non possono essere identificati, nemmeno al microscopio.
Un metallo sotto forma di miscela meccanica a temperatura ambiente spesso si trasforma in una soluzione solida o parziale quando riscaldato.
Un tale cambiamento nella composizione chimica si traduce in alcuni cambiamenti prevedibili nella dimensione e nella struttura dei grani.
Ciò porta alla seconda fase del processo di trattamento termico: l'ammollo.
Ammollo - 2a fase del trattamento termico
Una volta che una parte metallica è stata riscaldata alla temperatura alla quale si verificheranno i cambiamenti desiderati nella sua struttura, deve rimanere a quella temperatura fino a quando l'intera parte non sarà stata riscaldata in modo uniforme su tutta la sua lunghezza.
Questo si chiama ammollo.
Maggiore è la massa della parte, più a lungo dovrà rimanere in ammollo.
Raffreddamento - 3a fase del trattamento termico
Una volta che la parte è stata adeguatamente bagnata, il terzo passo è raffreddarla. Ancora una volta, la struttura può cambiare da una composizione chimica all'altra, può rimanere la stessa o tornare alla sua forma iniziale. Per esempio :
- un metallo che è una soluzione solida dopo essere stato riscaldato può rimanere uguale durante il raffreddamento
- trasformarsi in una miscela meccanica
- trasformarsi in una combinazione dei due , a seconda del tipo di metallo e della velocità di raffreddamento.
Tutti questi cambiamenti sono prevedibili. Questo è il motivo per cui molti metalli possono essere conformati a strutture specifiche per aumentarne la durezza , la tenacità , la duttilità , la resistenza alla trazione , ecc.
TRATTAMENTO TERMICO DI METALLI FERROSI COME L'ACCIAIO
Tutte le operazioni di trattamento termico comportano il riscaldamento e il raffreddamento dei metalli. Le forme comuni di trattamento termico dei metalli ferrosi sono la tempra, il rinvenimento, la ricottura, la normalizzazione e la cementazione.
Il carattere
Un metallo ferroso è normalmente indurito
- riscaldando il metallo alla temperatura richiesta
- quindi raffreddandolo rapidamente immergendo il metallo caldo in un mezzo di raffreddamento, come olio, acqua o salamoia.
La maggior parte degli acciai deve essere raffreddata rapidamente per indurirsi . Il processo di indurimento aumenta la durezza e la resistenza del metallo , ma anche la sua fragilità .
Reddito
L'acciaio è generalmente più duro del necessario e troppo fragile per l'uso pratico dopo essere stato temprato. Forti tensioni interne si creano durante il rapido raffreddamento del metallo . Dopo essere stato temperato, l'acciaio viene restituito per alleviare le tensioni interne e ridurne la fragilità .
La tempera consiste nel riscaldare il metallo ad una determinata temperatura e poi lasciarlo raffreddare.
La velocità di raffreddamento generalmente non ha alcun effetto sulla struttura del metallo durante la tempra. Pertanto, il metallo viene solitamente raffreddato nell'aria ambiente . Le temperature utilizzate per il rinvenimento sono normalmente molto inferiori alle temperature di polimerizzazione . Maggiore è la temperatura di raffreddamento, più morbido diventa il metallo.
Ricottura
I metalli vengono ricotti per alleviare le tensioni interne , ammorbidirli, renderli più duttili e affinare la struttura dei grani . Il metallo viene ricotto:
- riscaldandolo ad una temperatura prescritta
- mantenendolo a questa temperatura per il tempo necessario
- quindi raffreddarlo a temperatura ambiente
La velocità con cui il metallo viene raffreddato dalla temperatura di ricottura varia notevolmente. L'acciaio deve essere raffreddato molto lentamente per ottenere la massima scorrevolezza. Questo può essere fatto seppellendo la parte calda nella sabbia, nella cenere o in un'altra sostanza che non conduce facilmente il calore (imballaggio), oppure chiudendo il forno e lasciando raffreddare insieme il forno e la parte (raffreddamento del forno).
Standardizzazione
I metalli ferrosi sono standardizzati per ridurre le tensioni interne prodotte dalla lavorazione , forgiatura o saldatura . Gli acciai normalizzati sono più duri e resistenti degli acciai ricotti. L'acciaio è molto più duro nello stato normalizzato che in qualsiasi altro stato . Le parti che saranno soggette ad urti e le parti che richiedono la massima tenacità e resistenza alle sollecitazioni esterne sono generalmente standardizzate. La standardizzazione prima della polimerizzazione è utile per ottenere la durezza desiderata , a condizione che l'operazione di polimerizzazione venga eseguita correttamente.
Gli acciai a basso tenore di carbonio generalmente non necessitano di essere normalizzati , ma non ci sono effetti negativi derivanti dalla standardizzazione di questi acciai. Si ottiene la normalizzazione
- riscaldando il metallo a una determinata temperatura (che è superiore alle temperature di tempra o ricottura)
- immergendo il metallo finché non viene riscaldato uniformemente
- e raffreddandolo all'aria
Cementazione
La cementazione è un trattamento termico ideale per parti che richiedono una superficie resistente all'usura e un nucleo duro , come ingranaggi, camme, canne dei cilindri, ecc. I processi di cementazione più comuni sono:
- cementazione
- nitrurazione
Durante il processo di cementazione, un acciaio a basso tenore di carbonio (un acciaio puro al carbonio o un acciaio legato a basso tenore di carbonio) viene riscaldato a una temperatura specifica in presenza di un materiale (solido, liquido o gas) che si decompone e deposita più carbonio sulla superficie dell'acciaio .
Quindi, quando la parte si raffredda rapidamente, la superficie esterna o l'alloggiamento diventa duro, lasciando l'interno della parte morbido ma molto duro .
TRATTAMENTO TERMICO DEI METALLI NON FERROSI
Sui metalli non ferrosi possono essere eseguiti due tipi di operazioni di trattamento termico. Riguarda :
- ricottura
- trattamento termico mediante soluzione
Ricottura
La maggior parte dei metalli non ferrosi può essere ricotta. Il processo di ricottura consiste in:
- riscaldare il metallo a una temperatura specifica
- per inzupparlo
- per raffreddarlo a temperatura ambiente
La temperatura e il metodo di raffreddamento dipendono dal tipo di metallo . La ricottura viene spesso eseguita dopo varie operazioni di lavorazione a freddo perché molti metalli non ferrosi diventano duri e fragili dopo la lavorazione a freddo.
La ricottura viene utilizzata anche per eliminare gli effetti del trattamento termico della solubilizzazione per migliorare la lavorazione o le qualità di lavorazione.
Trattamento termico della soluzione
La resistenza alla trazione di molte leghe non ferrose può essere aumentata facendo passare i materiali contenuti nella lega attraverso una soluzione solida e quindi controllando la velocità e l'entità del ritorno ad una miscela meccanica modificata. Questa operazione è chiamata solubilizzazione . Dopo che una lega è stata riscaldata ad una temperatura specificata, viene " temprata " o raffreddata rapidamente, intrappolando i materiali nella soluzione solida raggiunta durante il processo di riscaldamento. Da questo punto in poi il processo varia notevolmente a seconda del metallo. Per garantire che i materiali in lega non ritornino alla loro configurazione originale dopo un periodo di tempo, deve seguire un processo di maturazione o indurimento per precipitazione . Durante questo processo, i materiali in lega possono cambiare o precipitare dalla soluzione solida.
Questo processo avviene in condizioni controllate , quindi la struttura del grano risultante produrrà una resistenza alla trazione del metallo maggiore rispetto al suo stato iniziale . A seconda della lega, questo processo di precipitazione può consistere anche semplicemente nel far maturare la lega a temperatura ambiente per un determinato periodo di tempo, per poi raffreddarla in aria; Questo si chiama invecchiamento artificiale .
L'ultima parola...
Il trattamento termico è un processo essenziale per adattare l’acciaio alle esigenze specifiche delle industrie.
Passando attraverso fasi di riscaldamento, immersione e raffreddamento, la struttura interna dell'acciaio viene modificata, migliorandone la durezza, la resistenza e la duttilità.
Tecniche come la tempra , la cementazione , la ricottura , la normalizzazione e il rinvenimento creano un metallo adatto ad usi specifici, aumentandone così il valore e l'efficacia in vari campi.
Questo meticoloso processo è la chiave per ottenere acciaio di qualità superiore, pronto ad affrontare le sfide dell’industria moderna.
