Il trattamento termico di tempra degli acciai

La temprabilità degli acciai

Un aspetto da tenere in considerazione nell’acciaio di un determinato strumento o prodotto sono le sue caratteristiche meccaniche. Le sue caratteristiche meccaniche rendono infatti l’acciaio più o meno idoneo a determinati utilizzi: ad esempio l’acciaio impiegato in uno strumento da taglio dovrà essere caratterizzato da una buona durezza e tenacità, che gli permetterà di essere più resistente all’usura dovuta all’utilizzo.
La tempra degli acciai è proprio quel trattamento termico che permette di donare maggior durezza all’acciaio; la tempra viene effettuata su semilavorati di acciaio, su prodotti finiti con sovrametallo e su tutti quei particolari sottoposti a sollecitazioni meccaniche.
Comprendiamo ora più nel dettaglio in cosa consiste il trattamento di tempra degli acciai, le fasi e le caratteristiche dell’acciaio temprato.

Cos’è il trattamento di tempra degli acciai

Uno dei trattamenti termici più conosciuti e comuni è il trattamento termico di tempra che viene eseguito su diversi tipi di leghe metalliche, soprattutto acciai. Dalle lame dei coltelli fino a fusioni, tubi, forgiati, la tempra ha lo scopo di incrementare la durezza dell’acciaio, caratteristica alla quale sono associati altre importanti proprietà meccaniche, come l’aumento della resistenza a trazione e del limite di elasticità. La resilienza, invece, diminuisce ma assume un valore proporzionalmente elevato rispetto alle caratteristiche di partenza.

Di trattamenti di tempra ne esistono diverse tipologie: quella di durezza o ordinaria, quella sottovuoto e la tempra a induzione sono tra le più richieste. In comune hanno il brusco raffreddamento che segue alla fase di riscaldo e mantenimento che avviene all’interno dei forni.

Ciò che è importante sottolineare è che è la velocità del raffreddamento (che per altri trattamenti avviene di norma in maniera più graduale) a conferire all’acciaio l’elevata resistenza meccanica obiettivo del trattamento . Più in generale si può dire che la tempra inibisce i processi di diffusione del carbonio necessari alla stabilizzazione termodinamica e trasferisce e mantiene anche a temperatura ambiente uno stato termodinamico che caratterizza i metalli a temperature maggiori.

tempra acciaio su forno a pozzo

Trattamento di tempra eseguito su forno a pozzo. La carica, una volta uscita dal forno, viene immersa in una vasca piena di acqua, olio, o acqua e polimero, in cui avviene la fase di successivo raffreddamento.

Caratteristiche dell’acciaio temprato

Di conseguenza, l’acciaio dopo il trattamento di tempra sarà caratterizzato da una struttura che viene a formarsi conterrà un eccesso di atomi di carbonio, che resteranno inclusi nel reticolo non avendo avuto il tempo necessario per uscirne.
Sono questi atomi di carbonio a causare l’aumento di durezza e di resistenza a trazione dell’acciaio, poiché limitano lo scorrimento dei cristalli. Il risultato di questo insieme di fasi è una struttura diversa rispetto a quella di partenza: si tratta della martensite, che è il costituente tipico degli acciai sottoposti a tempra.
Strettamente legato alla temprabilità dell’acciaio è il concetto di velocità critica di raffreddamento (Vs) poiché sono in relazione inversa.

Cosa si intende con velocità critica di raffreddamento?
Si tratta della velocità minima che serve affinché un acciaio assuma una struttura completamente martensitica: tale valore è caratteristico di ogni acciaio. In genere, esso è tanto minore quanto più l’acciaio contiene elementi di lega, eccezion fatta per il cobalto. L’abbassamento della velocità di tempra comporta numerosi vantaggi, come ad esempio la possibilità di temprare in profondità e “a cuore” pezzi di dimensioni rilevanti (si parla in questo caso di penetrazione di tempra). Il tutto può dipendere da diversi ordini di fattori, ma principalmente dal tipo di acciaio, dal mezzo temprante ( olio, acqua, aquaquench, aria) e dal rapporto tra la superficie e il volume del pezzo.

La conoscenza della temprabilità degli acciai è di particolare interesse pratico, poiché da essa dipendono le differenze in termini di caratteristiche meccaniche.

ESEMPIO PRATICO DI TEMPRA SU ACCIAIO PER LAVORAZIONI A FREDDO (LAME, COLTELLI, CESOIE)

Caratteristiche del pezzo:
spessore lama: 35 mm
acciaio: K 600
HRC: 53/56

Elementi di lega:
C: 0,45%
Si: 0,2%
Mn: 0,4%
Cr: 1,3%
Ro: 0,3
Ni: 4%

Trattamento in atmosfera di azoto: Preriscaldo a 400° per 1 ora - Riscaldo a 700° in 2 ore - Permanenza a 700° x 30 minuti.

Trattamento in atmosfera di azoto + alcol metilico: Riscaldo a 860° in 2 ore - Permanenza: 1 min. x mm (S) + S/2 = 1x35 + 35/2 = 35 + 17,5 = 52 min. 30 sec. - Segue spegnimento in aria forzata - Controllo temperatura pezzo: quando giunge a una temperatura compresa tra i 70 e gli 80 ° C. introdurre nel forno per il RINVENIMENTO - Partenza con forno a 60/70° C - Gradiente di 50°C/h. - Rinvenimento a 190 °C x 3 ore. Raffreddamento in aria calma.

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