In cosa consiste il processo di trattamento termico?
Il processo di trattamento termico generalmente comprende tre fasi: riscaldamento, conservazione del calore e raffreddamento. A seconda dei diversi processi, si divide in tempra, rinvenimento, normalizzazione, ricottura, ecc.
Che cos'è l'estinzione?
La tempra dell'acciaio consiste nel riscaldare l'acciaio a una temperatura superiore alla temperatura critica Ac3 (acciaio ipoeutettoidico) o Ac1 (acciaio ipereutettoidico) e mantenerla per un certo periodo di tempo per renderlo completamente o parzialmente austenitizzato. Successivamente, si procede al trattamento termico di trasformazione martensitica (o bainitica) raffreddandolo rapidamente al di sotto di Ms (o in condizioni isoterme vicino a Ms) con una velocità di raffreddamento superiore alla velocità di raffreddamento critica.
Il trattamento di soluzione di leghe di alluminio, leghe di rame, leghe di titanio, vetro temperato e altri materiali o il processo di trattamento termico con raffreddamento rapido è anche chiamato tempra.
Scopo della tempra:
1. Migliorare le proprietà meccaniche di prodotti o parti metalliche. Ad esempio: migliorare la durezza e la resistenza all'usura di utensili, cuscinetti, ecc., migliorare il limite elastico delle molle, migliorare le proprietà meccaniche complessive delle parti dell'albero, ecc.
2. Migliorare le proprietà dei materiali o le proprietà chimiche di alcuni acciai speciali. Come il miglioramento della resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile, l'aumento del magnetismo permanente dell'acciaio magnetico, ecc.
Nota: durante la tempra e il raffreddamento, oltre alla scelta ragionevole del mezzo di tempra, è necessario adottare un metodo di tempra corretto. I metodi di tempra più comunemente utilizzati includono principalmente la tempra a liquido singolo, la tempra a doppio liquido, la tempra graduata, la tempra isotermica e la tempra locale.
Quali sono le caratteristiche dei pezzi in acciaio dopo la tempra?
1. Si ottengono strutture sbilanciate (cioè instabili) come martensite, bainite e austenite residua.
2. C'è un forte stress interno.
3. Le proprietà meccaniche non possono soddisfare i requisiti. Per questo motivo, i pezzi in acciaio vengono generalmente rinvenuti dopo la tempra.
Che cos'è il temperaggio?
La tempra è un processo di trattamento termico in cui il prodotto o il componente metallico temprato viene riscaldato a una determinata temperatura, mantenuto a tale temperatura per un certo periodo di tempo e quindi raffreddato in un determinato modo. La tempra è un'operazione eseguita immediatamente dopo la tempra ed è solitamente l'ultimo processo di trattamento termico del pezzo; pertanto, il processo combinato di tempra e rinvenimento è detto trattamento finale.
Lo scopo principale della tempra e del rinvenimento è:
1. Ridurre lo stress interno e la fragilità. Le parti temprate sono molto sollecitate e fragili; se non vengono temprate in tempo, spesso si verificano deformazioni o addirittura crepe.
2. 2. Regolare le proprietà meccaniche del pezzo in lavorazione. Dopo la tempra, il pezzo risulta molto duro e fragile. Per soddisfare i diversi requisiti prestazionali dei vari pezzi, è possibile regolarne la durezza, la resistenza, la plasticità e la tenacità tramite rinvenimento.
3. Dimensioni stabili del pezzo in lavorazione. La struttura metallografica può essere stabilizzata tramite tempra, per garantire che non si verifichino deformazioni nel successivo processo di utilizzo.
4. Migliorare le prestazioni di taglio di alcuni acciai legati.
la funzione della tempra è:
1. Migliorare la stabilità della struttura, in modo che il pezzo non subisca più trasformazioni tissutali durante l'uso, mantenendo stabili le dimensioni geometriche e le prestazioni del pezzo.
2. Eliminare le sollecitazioni interne per migliorare le prestazioni del pezzo in lavorazione e stabilizzarne la geometria.
3. Adattare le proprietà meccaniche dell'acciaio per soddisfare i requisiti dell'applicazione.
Il motivo per cui la tempra ha questi effetti è che quando la temperatura aumenta, l'attività atomica aumenta e gli atomi di ferro, carbonio e altri elementi di lega presenti nell'acciaio possono diffondersi più velocemente e realizzare la riorganizzazione e la combinazione degli atomi. In questo modo, l'organizzazione instabile e sbilanciata si trasforma gradualmente in un'organizzazione stabile ed equilibrata.
L'alleviamento delle tensioni interne è inoltre associato a una riduzione della resistenza del metallo all'aumentare della temperatura. Generalmente, quando l'acciaio viene temprato, la durezza e la resistenza diminuiscono e la plasticità aumenta. Quanto più alta è la temperatura di rinvenimento, tanto maggiore è la variazione di queste proprietà meccaniche. Alcuni acciai legati con un elevato contenuto di elementi di lega precipiteranno alcuni composti metallici a grana fine quando temprati in un certo intervallo di temperatura, il che ne aumenterà la resistenza e la durezza. Questo fenomeno è chiamato indurimento secondario.
Quali sono i requisiti di tempra?
I pezzi destinati a diversi utilizzi devono essere temprati a temperature diverse per soddisfare i requisiti d'uso.
1. Gli utensili, i cuscinetti, le parti sottoposte a cementazione e tempra e le parti sottoposte a tempra superficiale vengono solitamente rinvenuti a basse temperature, inferiori a 250 °C. Dopo il rinvenimento a bassa temperatura, la durezza non cambia molto, lo stress interno diminuisce e la tenacità aumenta leggermente.
2. La molla viene temprata a una temperatura media di 350-500°C per ottenere una maggiore elasticità e la necessaria tenacità.
3. Le parti realizzate in acciaio strutturale a medio tenore di carbonio vengono solitamente temprate ad alte temperature, tra 500 e 600 °C, per ottenere una buona combinazione di resistenza e tenacità adeguate.
Quando l'acciaio viene rinvenuto a circa 300 °C, la sua fragilità spesso aumenta e questo fenomeno è chiamato fragilità da rinvenimento di primo tipo. In genere, la tempra non dovrebbe essere eseguita in questo intervallo di temperatura. Anche alcuni acciai strutturali legati a medio tenore di carbonio tendono a diventare fragili facilmente se vengono raffreddati lentamente a temperatura ambiente dopo essere stati rinvenuti ad alte temperature. Questo fenomeno è chiamato il secondo tipo di fragilità da rinvenimento. L'aggiunta di molibdeno all'acciaio o il raffreddamento in olio o acqua durante la tempra possono prevenire il secondo tipo di fragilità da rinvenimento. Questa fragilità può essere eliminata riscaldando nuovamente l'acciaio del secondo tipo di fragilità da rinvenimento alla temperatura di rinvenimento originale.
In produzione, spesso si basa sui requisiti prestazionali del pezzo in lavorazione. A seconda delle diverse temperature di riscaldamento, la tempra si divide in tempra a bassa temperatura, tempra a media temperatura e tempra ad alta temperatura. Il processo di trattamento termico che combina la tempra e il successivo rinvenimento ad alta temperatura è detto tempra e rinvenimento, ovvero presenta contemporaneamente un'elevata resistenza e una buona tenacità plastica.
1. Rinvenimento a bassa temperatura: 150-250℃, rinvenimento M, riduce le sollecitazioni interne e la fragilità, migliora la tenacità della plastica e ha una maggiore durezza e resistenza all'usura. Per la realizzazione di strumenti di misura, utensili e cuscinetti volventi.
2. Rinvenimento a temperatura media: 350-500℃, rinvenimento T, con elevata elasticità, certa plasticità e durezza. Per realizzare molle, stampi per forgiatura, ecc.
3. Rinvenimento ad alta temperatura: 500-650℃, rinvenimento S, con buone proprietà meccaniche complessive. Utilizzato per realizzare ingranaggi, alberi motore, ecc.
Cos'è la normalizzazione?
La normalizzazione è un processo di trattamento termico che migliora la tenacità dell'acciaio. Dopo aver riscaldato i componenti in acciaio a una temperatura di 30-50 °C superiore alla temperatura Ac3, questi vengono mantenuti a tale temperatura per un certo periodo di tempo e successivamente raffreddati ad aria.
La caratteristica principale è che la velocità di raffreddamento è più rapida rispetto alla ricottura e inferiore rispetto alla tempra. Durante la normalizzazione, i grani cristallini dell'acciaio possono essere raffinati mediante un raffreddamento leggermente più rapido. Non solo è possibile ottenere una resistenza soddisfacente, ma anche migliorare significativamente la tenacità (valore AKV) e ridurre la tendenza dei componenti alla formazione di crepe.
Dopo aver normalizzato alcune lamiere di acciaio laminato a caldo debolmente legato, forgiati di acciaio debolmente legato e getti, è possibile migliorare notevolmente le proprietà meccaniche complessive del materiale e anche le prestazioni di taglio.
Quali sono lo scopo e l'utilità della normalizzazione?
① Per acciaio ipoeutettoide
La normalizzazione viene utilizzata per eliminare la struttura granulare grossolana surriscaldata di getti, forgiati e saldature, nonché la struttura a bande nei materiali laminati.
raffinazione del grano.
Può essere utilizzato come trattamento di preriscaldamento prima della tempra.
② Per acciaio ipereutettoide
La normalizzazione può eliminare la cementite secondaria reticolata e raffinare la perlite. Non solo migliora le proprietà meccaniche, ma facilita anche la successiva ricottura di sferoidizzazione.
③ Per lamiere sottili di acciaio a basso tenore di carbonio imbutite profondamente
La normalizzazione consente di eliminare la cementite libera ai bordi dei grani, migliorandone le prestazioni di stampaggio profondo.
④ Per acciaio a basso tenore di carbonio e acciaio a basso tenore di carbonio e bassa lega
Con il processo di trattamento termico di normalizzazione, è possibile ottenere una struttura di perlite a scaglie più fine, aumentare la durezza a HB140-190, evitare il fenomeno di "attaccamento al coltello" durante il taglio e migliorare la lavorabilità.
⑤ Per l'acciaio a medio tenore di carbonio , è più economico e conveniente utilizzare la normalizzazione quando sono disponibili sia la normalizzazione che la ricottura.
Per l'acciaio strutturale ordinario a medio tenore di carbonio, è possibile ricorrere alla normalizzazione anziché alla tempra e al rinvenimento ad alta temperatura quando le proprietà meccaniche non sono elevate. Non solo è facile da usare, ma stabilizza anche la struttura e le dimensioni dell'acciaio.
⑥ La normalizzazione ad alta temperatura (150～200℃ sopra Ac3) può ridurre la segregazione della composizione di getti e forgiati grazie all'elevata velocità di diffusione ad alte temperature. Dopo la normalizzazione ad alta temperatura, i grani grossolani possono essere raffinati tramite una seconda normalizzazione a temperatura più bassa.
⑦ Per alcuni acciai legati a basso e medio tenore di carbonio utilizzati nelle turbine a vapore e nelle caldaie , si ricorre spesso alla normalizzazione per ottenere una struttura bainitica. Dopo la tempra ad alte temperature, presenta una buona resistenza allo scorrimento viscoso se utilizzato a temperature comprese tra 400 e 550 °C.
⑧ Oltre all'acciaio, la normalizzazione è ampiamente utilizzata anche nel trattamento termico della ghisa duttile. Può ottenere una matrice perlitica e migliorare la resistenza della ghisa duttile.
Poiché la normalizzazione è caratterizzata dal raffreddamento ad aria, la temperatura ambiente, il metodo di impilamento, il flusso d'aria e le dimensioni del pezzo in lavorazione influiscono sull'organizzazione e sulle prestazioni dopo la normalizzazione.
La struttura normalizzata può essere utilizzata anche come metodo di classificazione per gli acciai legati . Solitamente, gli acciai legati vengono suddivisi in acciai perlitici, bainitici, martensitici e austenitici in base alla struttura ottenuta mediante raffreddamento ad aria dopo aver riscaldato un campione di 25 mm di diametro a 900 °C.
Cos'è la ricottura?
La ricottura è un processo di trattamento termico dei metalli in cui il metallo viene riscaldato lentamente fino a una certa temperatura, mantenuto a tale temperatura per un tempo sufficiente e quindi raffreddato a una velocità adeguata.
Il trattamento termico di ricottura si divide in ricottura completa, ricottura incompleta e ricottura di distensione. Le proprietà meccaniche dei materiali ricotti possono essere testate mediante prove di trazione o di durezza.
Molti acciai vengono forniti allo stato di trattamento termico ricotto e la durezza dell'acciaio può essere testata utilizzando un durometro Rockwell per testare la durezza HRB. Per piastre di acciaio più sottili, strisce di acciaio e tubi di acciaio con pareti sottili, è possibile utilizzare il durometro Rockwell per rilevare la durezza HRT.
Qual è lo scopo della ricottura?
1. Migliorare o eliminare vari difetti strutturali e tensioni residue causate dall'acciaio nei processi di fusione, forgiatura, laminazione e saldatura, prevenendo la deformazione e la formazione di crepe nel pezzo.
2. Ammorbidisci il pezzo da tagliare.
3. Affinare la grana e migliorare la struttura per migliorare le proprietà meccaniche del pezzo.
4. Preparare il tessuto per il trattamento termico finale (tempra, rinvenimento).
Quali sono i processi di ricottura più comunemente utilizzati?
1. Completamente ricotto.
Viene utilizzato per rifinire la struttura grezza surriscaldata con scarse proprietà meccaniche dopo la fusione, la forgiatura e la saldatura di acciaio a medio e basso tenore di carbonio.
Riscaldare il pezzo in lavorazione a una temperatura di 30-50 °C superiore a quella alla quale tutta la ferrite si trasforma in austenite, mantenere questa temperatura per un certo periodo di tempo e poi raffreddarlo lentamente nel forno. Durante il processo di raffreddamento, l'austenite si trasforma nuovamente, il che può rendere più sottile la struttura dell'acciaio.
2. Ricottura sferoidizzante.
Viene utilizzato per ridurre l'elevata durezza dell'acciaio per utensili e dell'acciaio per cuscinetti dopo la forgiatura.
Il pezzo in lavorazione viene riscaldato a 20-40 °C al di sopra della temperatura alla quale l'acciaio inizia a formare austenite, quindi raffreddato lentamente dopo la conservazione del calore. Durante il processo di raffreddamento, la cementite lamellare contenuta nella perlite diventa sferica, riducendone così la durezza.
3. Ricottura isotermica.
Viene utilizzato per ridurre l'elevata durezza di alcuni acciai strutturali legati ad alto contenuto di nichel e cromo destinati al taglio.
In genere, si raffredda prima fino alla temperatura più instabile dell'austenite, a una velocità relativamente elevata, e l'austenite si trasforma in tortenite o sorbite per un tempo adeguato, riducendo così la durezza.
4. Ricottura di ricristallizzazione.
Viene utilizzato per eliminare il fenomeno dell'indurimento (aumento della durezza e diminuzione della plasticità) di fili e lamiere metalliche durante la trafilatura a freddo e la laminazione a freddo.
La temperatura di riscaldamento è generalmente inferiore di 50-150 °C rispetto alla temperatura alla quale l'acciaio inizia a formare austenite. Solo in questo modo è possibile eliminare l'effetto di incrudimento e ammorbidire il metallo.
5. Ricottura di grafitizzazione.
Viene utilizzato per trasformare la ghisa contenente una grande quantità di cementite in ghisa malleabile dotata di buona plasticità.
Il processo consiste nel riscaldare la fusione a circa 950 °C, mantenerla per un certo periodo di tempo e poi raffreddarla adeguatamente per decomporre la cementite e formare grafite flocculante.
6. Ricottura per diffusione.
Viene utilizzato per omogeneizzare la composizione chimica delle fusioni in lega e migliorarne le prestazioni.
Il metodo consiste nel riscaldare il getto alla massima temperatura possibile senza fonderlo, mantenerlo caldo per lungo tempo e raffreddarlo lentamente dopo che la diffusione dei vari elementi nella lega tende a distribuirsi uniformemente.
7. Ricottura di distensione.
Viene utilizzato per alleviare le tensioni interne di getti di acciaio e parti saldate.
Per i prodotti in ferro e acciaio, la temperatura è inferiore di 100-200 °C rispetto a quella alla quale inizia a formarsi l'austenite dopo il riscaldamento e lo stress interno può essere eliminato raffreddando all'aria dopo la conservazione termica.
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