Trattamenti termici

Definizione Note sui Trattamenti Termici
Ac1 Temperatura alla quale, in fase di riscaldo, inizia la formazione dell’austenite (vedere formula)
723 – 10,7Mn – 16m9Ni + 30Si + 16,9Cr + 25Mo + 6,38 W + 30Al + 50V + 290As = ….. °C + 10
Ac3 Temperatura alla quale, in fase di riscaldo, termina la trasformazione della ferrite in austenite (vedere formula)
Ms Temperatura alla quale, in fase di raffreddamento, inizia la trasformazione dell’austenite in martensite (martensite start)
Formula generica Ms = 539 – (423xC% ) – (30,4xMn%) – (12,1xCr%) – (17,7xNi%) – (7,5xMo%) = ….. °C + 20
Formula per quando gli elem. di lega sono completamente disciolti nell’austenite Ms = 561 – 474C – 33Mn – 17Ni – 17Cr – 21Mo
Formula per acciai alto legati Ms = 550 – 350C – 40Mn – 20Cr – 10Mo – 17Ni – 8W – 35V – 10Cu + 15Co + 30Al
Mf Temperatura alla quale la trasformazione dell’austenite in martensite è ultimata (martensite finish)
Mf = Ms – 215 °C = ….. °C + 15
Austenitizzazione Operazione nel corso della quale il materiale viene portato ad una temperatura tale che la struttura diventa austenitica.
Atmosfera endotermica Atmosfera di forno con un potenziale di carbonio regolabile.
Atmosfera esotermica Atmosfera di forno prodotta esotermicamente e controllata in modo tale che non ossidi il materiale.
Auto tempra Raffreddamento per conduzione termica verso le parti non riscaldate.
Auto temprante Acciaio la cui temprabilità è tale per cui un raffreddamento in aria consente di conferire una struttura martensitica a dei pezzi di notevoli dimensioni.
Bonifica Trattamento d’indurimento composto da tempra e rinvenimento per ottenere la combinazione ricercata delle proprietà meccaniche e una buona duttilità
e tenacità. Vedere anche Tempra e Rinvenimento.
Capacità di raffreddamento Attitudine di un mezzo (aria, olio, polimero, acqua, bagno di sale) a realizzare un determinato programma di raffreddamento.
Carbonitrurazione Trattamento termochimico con lo scopo di ottenere un arricchimento superficiale di carbonio e azoto, elementi che innalzano la durezza.
Cementazione Trattamento termochimico con lo scopo di ottenere un arricchimento superficiale di carbonio, elemento che innalza la durezza e contrasta l’usura.
Cementazione gassosa Trattamento in un mezzo-ambiente gassoso.
Cementazione liquida Trattamento in un bagno di sali fusi.
Cementazione solida Trattamento in un mezzo-ambiente solido, si esegue in casse metalliche chiuse.
Cianurazione Carbonitrurazione eseguita in un bagno di sali fusi contenente dei cianuri.
Ciclo termico Evoluzione della temperatura in funzione del tempo.
Cromizzazione Trattamento termochimico con lo scopo di ottenere un arricchimento superficiale di cromo.
Cromatura Trattamento di rivestimento galvanico atto a depositare su barre rettificate, un film di cromo di elevata durezza.
Questo trattamento conferisce resistenza all’abrasione e alla corrosione, determina un più basso coefficiente d’attrito negli accoppiamenti mobili
e in particolare con la gomma delle guarnizioni.
Decarburazione Impoverimento di carbonio nello strato superficiale di un prodotto ferroso. Lo spessore dello strato impoverito può essere definito con riferimento ad
uno stato strutturale o ad un livello di durezza oppure al tenore di carbonio del metallo base non alterato.
Deformazione Alterazione della forma e delle dimensioni iniziali di un prodotto, nel corso dei trattamenti termici.
Diagramma di rinvenimento Rappresentazione grafica del trattamento di rinvenimento comprendente la velocità di riscaldo ed il tempo di permanenza alla temperatura stabilita.
Diagrammi di trasformazione Insieme di curve tempo/temperature che definiscono per ciascun livello di temperatura, gli istanti iniziali e finali della trasformazione dell’austenite
in condizioni isotermiche.
Diffusione Operazione avente per scopo la diffusione verso l’interno del metallo base, d’elementi precedentemente introdotti in superficie.
Distensione Trattamento eseguito allo scopo di ridurre le tensioni senza però ridurre la durezza. Generalmente si esegue a
50 °C in meno rispetto all’ultimo
rinvenimento eseguito sui pezzi o su prodotti temprati che si utilizzano con resistenze molto alte. Il raffreddamento va fatto in forno.
Eutettico 1) reazione isotermica reversibile nella quale una soluzione liquida si trasforma mediante raffreddamento in due o più soluzioni solide intimamente 2) struttura di una lega costituita da una miscela di soluzioni solide che si formano mediante reazione eutettica.
miscelate. Il numero di fasi solide ottenute è pari a quello dei componenti del sistema.
2) struttura di una lega costituita da una miscela di soluzioni solide che si formano mediante reazione eutettica.
Fragilità Si presenta in alcuni acciai temprati e rinvenuti dopo una permanenza ad una temperatura compresa tra 450-525 °C, oppure durante un
raffreddamento lento entro tale intervallo. La f. causa perdita di tenacità.
Globulizzazione Evoluzione geometrica delle particelle di carburi, quali le lamelle di cementite, verso la forma sferica stabile
Indurimento con tempra a cuore Indurimento effettuato in modo tale che la profondità di indurimento non sia minore della distanza tra il cuore e la superficie del prodotto ferroso.
Indurimento secondario Indurimento ottenuto in seguito ad uno o più rinvenimenti che fanno precipitare un composto o danno origine alla formazione di martensite oppure
bainite trasformando l’austenite residua.
Ingrossamento del grano Fenomeno normalmente causato da alte temperature, nettamente maggiori di Ac3
Isotropia Corpo le cui proprietà fisiche (es. caratteristiche meccaniche) sono identiche in tutte le direzioni
Ledeburite Aggregazione dei cristalli delle fasi solide d’austenite e cementite in una struttura “zebrata”
Nitrurazione Trattamento termochimico con lo scopo di ottenere un arricchimento superficiale di azoto, elemento che innalza la durezza e contrasta l’usura.
Nitrurazione ionica Bombardamento di ioni. La scarica luminescente avviene in una miscela gassosa, sotto una pressione minore di quella atmosferica, in cui il prodotto
ferroso costituisce il catodo.
Nitrocarburazione Trattamento termochimico con lo scopo di ottenere un arricchimento superficiale di azoto e carbonio, elementi che formano uno strato di combinazione.
Normalizzazione Si esegue ad una temperatura appena superiore a Ac3 (Ac1 per gli acciai ipereutettoidi C% > 0.80) seguita da raffreddamento in aria calma. Questo trattamento è sconsigliato per gli acciai da utensili e per quelli autotempranti
Il compito principale è quello di omogeneizzare la struttura e di affinare il grano ingrossato da precedenti operazioni di trasformazione a caldo.
Questo trattamento è sconsigliato per gli acciai da utensili e per quelli autotempranti.
Ossidazione Precipitazione, a maggiore o minore profondità, verso l’interno del prodotto, di ossidi formatisi a partire dall’ossigeno diffusosi dalla superficie
Patentamento Trattamento termico di austenitizzazione seguita da un raffreddamento idoneo all’ottenimento di strutture favorevoli ad una successiva trafilatura o
laminazione.
Patentamento in continuo Quando le operazioni di riscaldo e di raffreddamento avvengono in modo continuo
Patentamento per immersione quando il materiale rimane avvolto in matasse, fasci o rotoli nel corso del trattamento termico. I mezzi di raffreddamento più comuni sono: aria,
bagno di piombo, bagno di sali e letto fluido.
Polimero Fluido sintetico composto d’acqua e prodotti organici ad alto peso molecolare (polimeri). La drasticità, con soluzione al 35%, di tempra è appena
superiore a quella dell’olio e permette di trattare una maggior gamma di acciai, senza rischi di rotture.
Questi bagni stanno sostituendo l’olio da tempra, più inquinante e costoso.
Preriscaldo Consiste nel portare e mantenere per un certo periodo di tempo il materiale ad una o più temperature intermedie tra la temperatura iniziale e quella
massima programmata.
Profondità di cementazione Distanza tra la superficie e lo strato la cui durezza Vickers, misurata sotto un carico di 9,81 N, è HV1 = 550
Profondità di indurimento Distanza tra la superficie e lo strato la cui durezza Vickers, misurata sotto un carico di 9,81 N, è uguale all’80% della durezza massima richiesta
in superficie.
PWHT Trattamento termico dopo saldatura (Post Weld Heat Treatment).
Raffreddamento Condizioni nelle quali si effettua il raffreddamento di un prodotto sottraendo calore: natura e temperatura del mezzo-ambiente, movimenti relativi, …
Ricottura Il compito principale di questo trattamento termico è quello di ottenere un abbassamento di durezza sui materiali deformati a caldo, laminati e
trafilati a freddo. In alcuni casi s’introduce la ricottura per eliminare tensioni oppure strutture disomogenee.
Ricottura antifiocco L’idrogeno dissolto nell’acciaio fuso, resta imprigionato durante la solidificazione e tentando di migrare verso l’esterno, a volte, può creare delle
spaccature. Sottoponendo i prodotti ottenuti dai lingotti ad un trattamento termico di ricottura a 600 – 680 °C per parecchi giorni, seguito da un
raffreddamento lento, è possibile ridurre la formazione di queste cricche denominate fiocchi.
Il trattamento termico va eseguito per acciai al carbonio o legati con idrogeno (H2) superiore a 2 ppm. Sono meno sensibili ai fiocchi gli acciai da
utensili dove anche 4 – 5 ppm di idrogeno non creano problemi.
Ricottura completa Si esegue a 20-50 °C sopra Ac3 (acciaio ipoeutettoide) o Ac1 (acciaio ipereutettoide). Sosta a queste temperature per 2 – 3 minuti ogni mm di
spessore del pezzo da trattare. Raffreddamento molto lento nel campo di temperatura all’interno della gamma critica Ac3 – Ac1.
Raffreddamento finale a temperatura ambiente con velocità più o meno rapida (5 – 30 °C/h) in funzione delle curve CCT.
Ricottura di lavorabilità Viene eseguita a 30-50 °C sotto il punto Ac1. Questo trattamento non modifica la struttura ma conferisce un adeguato addolcimento e elimina le tensioni
dovute a lavorazioni precedenti. Il raffreddamento (10 °C/h circa) può avvenire in forno o in aria.
Ricottura in bianco Viene eseguita in un mezzo-ambiente (es. azoto) che evita l’ossidazione e conserva l’aspetto metallico iniziale del materiale
Ricottura isotermica Si esegue a 20-30 °C sopra Ac3 (acciaio ipoeutettoide) o Ac1 (acciaio ipereutettoide). Questo trattamento termico permette di rigenerare la struttura
e di eliminare completamente eventuali incrudimenti.
Gradiente di salita 50 °C/h, mantenimento a regime un’ora per pollice di spessore, i forni devono essere provvisti di circolazione
ad aria forzata e il raffreddamento fin sotto Ac1 deve essere veloce fino alle temperature indicate dalle schede tecniche.
Mantenimento fino alla completa trasformazione dell’austenite (vedere curve TTT) almeno per 2 ore poi scaricare in aria.
Ricottura di distensione E’ fatta a temperature fra 600 e 650 °C (meglio 650) con raffreddamento in forno fino a 250 – 300 °C e successivo scarico in aria.
Ricottura di ricristallizzazione E’ consigliata per il materiale laminato a freddo e va eseguita alla temperatura Ac1.
Durante la laminazione, la struttura tende ad orientarsi verso la direzione della deformazione principale, la durezza aumenta e la capacità,
dell’acciaio di essere sottoposto ad ulteriori lavorazioni come ad esempio la trafilatura, diminuisce.
Ricottura di omogeneizzazione Si esegue a temperature elevate 1100 – 1200 °C e ha lo scopo di ridurre, mediante diffusione, le eterogeneità di composizione chimica dovute
al fenomeno della segregazione. Rischi: bruciature e ingrossamento del grano.
Ricottura globulare subcritica Per gli acciai ipoeutettoidi C < 0.83% destinati a lavorazione con asportazione di truciolo questo trattamento termico non è consigliato mentre è l’unico Ottimo trattamento termico per materiale destinato allo stampaggio a freddo e da estrusione.
che può rendere lavorabili gli acciai ipereutettoidi C% 0,83 – 2,06. Si esegue ad una temperatura prossima ad Ac1 (-10 °C) ma servono tempi di
permanenza molto lunghi, 1 h per ogni 10 mm di spessore del fascio di barre o laminato e fucinato dell’intera carica.
Ottimo trattamento termico per materiale destinato allo stampaggio a freddo e da estrusione.
Rinvenimento Trattamento termico al quale viene sottoposto un prodotto ferroso dopo indurimento mediante tempra, onde portare le proprietà meccaniche al livello
desiderato. Dopo tempra, il materiale si trova in uno stato di forti tensioni che vanno eliminate perché la loro forza, superando il carico di rottura,
potrebbe spaccare il materiale. Questo è uno dei compiti del rinvenimento, il secondo è quello di abbassare la resistenza fino al punto di compromesso
fra buon carico di rottura e buona tenacità (resilienza)
Esperienza utile per i trattamentisti: considerando 0 la resistenza dopo 2 ore di rinvenimento, si vedano le variazioni in N/mmq ottenute aumentando
e diminuendo i tempi di permanenza.
Durata rinvenimento h 30’ 1 2 3 4 5 7 10
Variazione della resistenza N/mmq +60 +30 0 -30 -45 -50 -60 -80
Riscaldo Innalzamento della temperatura di un prodotto con un gradiente termico prestabilito
Rivestimenti antiusura Deposito di strati sottili di composti durissimi e resistenti all’usura e alla corrosione. Citiamo alcuni
CVD Chemical Vapour Deposition – deposizione chimica da fase vapore.
DLC Diamond Like Carbon – deposito di diamante cristallino.
HIP Hot Isostatic Pressing – pressatura isostatica (applicazione di calore e pressione ad un metallo)
PCD Poli Crystalline Diamond – polvere di diamante sintetico (grafite, in pressione e alte temperature, mescolata con Co oppure Ni).
PVD Physical Vapour Deposition – rivestimento a polverizzazione mediante deposizione fisica da fase vapore.
Silicizzazione Trattamento termochimico con lo scopo di ottenere un arricchimento superficiale di silicio.
Solfocarbonitrurazione Trattamento termochimico con lo scopo di ottenere un arricchimento superficiale di zolfo, carbonio e azoto
Solubilizzazione Tempra degli acciai austenitici. Trattamento generalmente condotto a 1000 – 1100 °C con successivo raffreddamento rapido in acqua o aria forzata.
Tempra Operazione che consiste nel raffreddare un prodotto ferroso più rapidamente che in aria calma. E’ buona norma non ricorrere ad un mezzo temprante bagni deve essere almeno 10-15 volte superiore a quello del materiale da temprare. A fine tempra, la temperatura del bagno non deve superare i 49 °C.
più drastico del necessario perché con maggiore è la velocità di raffreddamento, tanto maggiori saranno le tensioni all’interno dei pezzi.
I bagni per la tempra devono essere agitati per evitare che, bolle di vapore rimangano aderenti al materiale. I bagni più usati sono:
miscele di gas (per trattamenti sotto zero), acqua, bagni di sali, polimeri (acqua con additivi), olio, aria forzata o calma. Il peso dei bagni deve
essere almeno 10-15 volte superiore a quello del materiale da temprare. A fine tempra, la temperatura del bagno non deve superare i 49 °C.
Temprabilità Attitudine dell’acciaio a dar luogo alle trasformazioni martensitica e/o bainitica.
Tempo di permanenza Tempo che intercorre da quando il pezzo ha raggiunto la temperatura prestabilita a cuore e la successiva variazione di temperatura.
Normalmente si utilizza una permanenza di ½ ora per pollice di spessore in fase di tempra e 1 h in fase di rinvenimento.
Questi parametri sono validi per fucinati in genere e spessori oltre 50 mm.
Altro metodo per matasse, fasci e rotoli compatti:

temperature K temperature K temperature K temperature K temperature K
575 °C 21 650 °C 31 750 °C 43 825 °C 51 900 °C 60
600 °C 25 675 °C 34 775 °C 46 850 °C 54 925 °C 63
625 °C 28 700 °C 37 800 °C 49 875 °C 57 950 °C 66
Spessore maggiore mm / K = ore di permanenza attiva
Esempio: per normalizzare un Ø 400 mm a 900 °C 400/60 = 6.6 h
# per matasse di tondi valgono i tempi dell’esempio e il Ø da considerare è quello del fascio circoscritto.E145
# per rotoli compatti, tempi base maggiorati del 50%
# per fasci di barre compatte, tempi maggiorati del 30%
Trattamento termico Successione di operazioni termiche al fine di ottenere un cambiamento di proprietà e/o strutture di un materiale ferroso.
Trattamento termochimico Processo effettuato in un mezzo-ambiente opportunamente scelto, per ottenere una modifica della composizione chimica del materiale base.