Lo scopo del trattamento termico dell'acciaio al carbonio è quello di modificare le proprietà meccaniche dell'acciaio, solitamente duttilità, durezza, carico di snervamento o resistenza agli urti. Si noti che la conduttività elettrica e termica sono solo leggermente alterate. Come con la maggior parte delle tecniche di rinforzo dell'acciaio, il modulo di Young (elasticità) non viene influenzato. Tutti i trattamenti dell'acciaio scambiano la duttilità con una maggiore resistenza e viceversa. Il ferro ha una maggiore solubilità per il carbonio nella fase austenite; pertanto tutti i trattamenti termici, ad eccezione della sferoidizzazione e della ricottura di processo, iniziano con il riscaldamento dell'acciaio ad una temperatura alla quale può esistere la fase austenitica. L'acciaio viene quindi raffreddato (estratto a caldo) ad una velocità elevata provocando la precipitazione della cementite e infine la solidificazione del ferro puro rimanente. La velocità con cui l'acciaio viene raffreddato attraverso la temperatura eutettoidica influenza la velocità con cui il carbonio si diffonde dall'austenite e forma cementite. In generale, un raffreddamento rapido lascerà il carburo di ferro finemente disperso e produrrà una perlite a grana fine (fino al raggiungimento della temperatura critica della martensite) e un raffreddamento lento darà una perlite più grossolana. Il raffreddamento di un acciaio ipoeutettoidico (meno dello 0,77% in peso di C) si traduce in una struttura lamellare-perlitica di strati di carburo di ferro conα-ferrite (ferro puro) tra. Se si tratta di acciaio ipereutettoidico (più di 0,77% in peso di C), la struttura è completamente perlite con piccoli grani (più grandi della lamella di perlite) di cementite sparsi ovunque. Le quantità relative dei componenti si trovano utilizzando la regola della leva. Di seguito l'elenco delle tipologie di trattamenti termici possibili:
·Sferoidizzazione: la sferoidite si forma quando l'acciaio al carbonio viene riscaldato a circa 700°C per oltre 30 ore. La sferoidite può formarsi a temperature più basse ma il tempo necessario aumenta drasticamente, poiché si tratta di un processo a diffusione controllata. Il risultato è una struttura di bastoncini o sfere di cementite all'interno della struttura primaria (ferrite o perlite, a seconda del lato dell'eutettoide in cui ci si trova). Lo scopo è quello di ammorbidire gli acciai ad alto tenore di carbonio e consentire una maggiore formabilità. Questa è la forma di acciaio più morbida e duttile. L'immagine a destra mostra dove solitamente avviene la sferoidizzazione.
Ricottura completa: l'acciaio al carbonio viene riscaldato a circa 40°C sopra Ac3? o Acm? per 1 ora; questo garantisce che tutta la ferrite si trasformi in austenite (anche se la cementite potrebbe ancora esistere se il contenuto di carbonio è maggiore dell'eutettoide). L'acciaio deve quindi essere raffreddato lentamente, nell'ordine di 20°C (36°F) all'ora. Di solito viene semplicemente raffreddato in forno, dove il forno viene spento con l'acciaio ancora all'interno. Ciò si traduce in una struttura perlitica grossolana, il che significa che le “fasce” di perlite sono spesse. L'acciaio completamente ricotto è morbido e duttile, senza tensioni interne, che sono spesso necessarie per una formatura economicamente vantaggiosa. Solo l'acciaio sferoidale è più morbido e duttile.
·Ricottura di processo: un processo utilizzato per alleviare lo stress in un acciaio al carbonio lavorato a freddo con meno dello 0,3% in peso di C. L'acciaio viene solitamente riscaldato fino a 550–650°C per 1 ora, ma a volte temperature fino a 700°C. L'immagine a destra [chiarimento necessario] mostra l'area in cui avviene la ricottura del processo.
Ricottura isotermica: è un processo in cui l'acciaio ipoeutettoidico viene riscaldato al di sopra della temperatura critica superiore e questa temperatura viene mantenuta per un certo periodo, quindi la temperatura viene portata al di sotto della temperatura critica inferiore e viene nuovamente mantenuta. Poi infine viene raffreddato a temperatura ambiente. Questo metodo elimina qualsiasi gradiente di temperatura.
Normalizzazione: l'acciaio al carbonio viene riscaldato a circa 55°C superiore ad Ac3 o Acm per 1 ora; questo garantisce che l'acciaio si trasformi completamente in austenite. L'acciaio viene quindi raffreddato ad aria, con una velocità di raffreddamento di circa 38°C (100°F) al minuto. Ciò si traduce in una struttura perlitica fine e una struttura più uniforme. L'acciaio normalizzato ha una resistenza maggiore rispetto all'acciaio ricotto; ha una resistenza e una durezza relativamente elevate.
Tempra: l'acciaio al carbonio con almeno lo 0,4% in peso di C viene riscaldato a temperature di normalizzazione e quindi raffreddato rapidamente (temprato) in acqua, salamoia o olio alla temperatura critica. La temperatura critica dipende dal contenuto di carbonio, ma come regola generale è inferiore all'aumentare del contenuto di carbonio. Ciò si traduce in una struttura martensitica; una forma di acciaio che possiede un contenuto di carbonio sovrasaturo in una struttura cristallina deformata cubica a corpo centrato (BCC), propriamente chiamata tetragonale a corpo centrato (BCT), con molto stress interno. Pertanto l'acciaio temprato è estremamente duro ma fragile, solitamente troppo fragile per scopi pratici. Queste tensioni interne causano crepe da stress sulla superficie. L'acciaio temprato è circa tre o quattro volte (con più carbonio) più duro dell'acciaio normalizzato.
Martemperatura (Marquenching): La martemperatura non è propriamente una procedura di rinvenimento, da qui il termine “marquenching”. Si tratta di una forma di trattamento termico isotermico applicato dopo un raffreddamento iniziale, tipicamente in un bagno di sali fusi a una temperatura appena superiore alla “temperatura iniziale della martensite”. A questa temperatura, le tensioni residue all'interno del materiale vengono alleviate e si può formare della bainite dall'austenite trattenuta che non ha avuto il tempo di trasformarsi in qualcos'altro. Nell'industria, questo è un processo utilizzato per controllare la duttilità e la durezza di un materiale. Con una marcatura più lunga la duttilità aumenta con una minima perdita di resistenza; l'acciaio viene trattenuto in questa soluzione finché le temperature interna ed esterna non si equalizzano. Successivamente l'acciaio viene raffreddato a velocità moderata per mantenere minimo il gradiente di temperatura. Questo processo non solo riduce le tensioni interne e le crepe da stress, ma aumenta anche la resistenza agli urti.
Tempra e rinvenimento: questo è il trattamento termico più comune riscontrato, poiché le proprietà finali possono essere determinate con precisione dalla temperatura e dal tempo del rinvenimento. Il rinvenimento comporta il riscaldamento dell'acciaio bonificato a una temperatura inferiore alla temperatura dell'eutettoide, quindi il raffreddamento. La temperatura elevata consente la formazione di quantità molto piccole di sferoidite, che ripristina la duttilità, ma riduce la durezza. Le temperature e i tempi effettivi sono scelti con cura per ogni composizione.
Austempering: il processo di austempering è lo stesso del martempering, tranne per il fatto che l'acciaio viene mantenuto nel bagno di sali fusi attraverso le temperature di trasformazione della bainite e quindi moderatamente raffreddato. L'acciaio bainite risultante ha una maggiore duttilità, una maggiore resistenza agli urti e una minore distorsione. Lo svantaggio dell'austempering è che può essere utilizzato solo su pochi acciai e richiede uno speciale bagno di sale.
Orario di pubblicazione: 01-nov-2019