Il trattamento termico è una fase molto importante nella lavorazione dei materiali metallici.Il trattamento termico può modificare le proprietà fisiche e meccaniche dei materiali metallici, migliorarne la durezza, la resistenza, la tenacità e altre proprietà.
Per garantire che la struttura della progettazione del prodotto sia sicura, affidabile, economica ed efficiente, gli ingegneri strutturali generalmente devono comprendere le proprietà meccaniche dei materiali, selezionare processi di trattamento termico appropriati in base ai requisiti di progettazione e alle caratteristiche dei materiali e migliorare le loro prestazioni e durata.Di seguito sono riportati 13 processi di trattamento termico relativi ai materiali metallici, sperando di essere utili a tutti.
1. Ricottura
Processo di trattamento termico in cui i materiali metallici vengono riscaldati ad una temperatura adeguata, mantenuti per un certo periodo di tempo e quindi raffreddati lentamente.Lo scopo della ricottura è principalmente quello di ridurre la durezza dei materiali metallici, migliorare la plasticità, facilitare il taglio o la lavorazione a pressione, ridurre lo stress residuo, migliorare l'uniformità della microstruttura e della composizione o preparare la microstruttura per il successivo trattamento termico.I processi di ricottura comuni includono la ricottura di ricristallizzazione, la ricottura completa, la ricottura di sferoidizzazione e la ricottura di distensione.
Ricottura completa: affinare la dimensione del grano, struttura uniforme, ridurre la durezza, eliminare completamente lo stress interno.La ricottura completa è adatta per pezzi fucinati o getti di acciaio con contenuto di carbonio (frazione di massa) inferiore allo 0,8%.
Ricottura sferoidizzante: riduce la durezza dell'acciaio, migliora le prestazioni di taglio e prepara la tempra futura per ridurre la deformazione e le fessurazioni dopo la tempra.La ricottura sferoidizzante è adatta per acciaio al carbonio e acciaio per utensili legato con un contenuto di carbonio (frazione di massa) superiore allo 0,8%.
Ricottura di distensione: elimina lo stress interno generato durante la saldatura e la raddrizzatura a freddo delle parti in acciaio, elimina lo stress interno generato durante la lavorazione di precisione delle parti e previene la deformazione durante la successiva lavorazione e utilizzo.La ricottura di distensione è adatta per vari pezzi fusi, forgiati, parti saldate e parti estruse a freddo.
Si riferisce al processo di trattamento termico che prevede il riscaldamento dell'acciaio o dei componenti in acciaio a una temperatura di 30-50 ℃ sopra Ac3 o Acm (la temperatura del punto critico superiore dell'acciaio), mantenendoli per un tempo adeguato e raffreddandoli in aria ferma.Lo scopo della normalizzazione è principalmente quello di migliorare le proprietà meccaniche dell'acciaio a basso tenore di carbonio, migliorare la lavorabilità, affinare la dimensione del grano, eliminare i difetti strutturali e preparare la struttura per il successivo trattamento termico.
3. Tempra
Si riferisce al processo di trattamento termico consistente nel riscaldare un componente di acciaio a una temperatura superiore ad Ac3 o Ac1 (la temperatura del punto critico inferiore dell'acciaio), mantenendolo per un certo periodo di tempo e quindi ottenendo la struttura della martensite (o bainite) ad una temperatura velocità di raffreddamento adeguata.Lo scopo della tempra è ottenere la struttura martensitica richiesta per le parti in acciaio, migliorare la durezza, la robustezza e la resistenza all'usura del pezzo e preparare la struttura per il successivo trattamento termico.
I processi di tempra comuni includono la tempra in bagno di sale, la tempra martensitica, la tempra isotermica della bainite, la tempra superficiale e la tempra locale.
Tempra a liquido singolo: la tempra a liquido singolo è applicabile solo a parti in acciaio al carbonio e acciaio legato con forme relativamente semplici e requisiti tecnici bassi.Durante la tempra, per le parti in acciaio al carbonio con diametro o spessore superiore a 5-8 mm, è necessario utilizzare acqua salata o raffreddamento ad acqua;Le parti in acciaio legato vengono raffreddate con olio.
Doppia tempra liquida: riscaldare le parti in acciaio alla temperatura di tempra, dopo l'isolamento, raffreddarle rapidamente in acqua a 300-400 º C, quindi trasferirle nell'olio per il raffreddamento.
Tempra della superficie della fiamma: la tempra della superficie della fiamma è adatta per parti di grandi dimensioni in acciaio a carbonio medio e acciaio legato a carbonio medio, come alberi a gomiti, ingranaggi e binari di guida, che richiedono superfici dure e resistenti all'usura e possono sopportare carichi di impatto nella produzione singola o in piccoli lotti .
Tempra a induzione superficiale: le parti che sono state sottoposte a tempra a induzione superficiale hanno una superficie dura e resistente all'usura, pur mantenendo una buona resistenza e tenacità al centro.La tempra a induzione superficiale è adatta per parti in acciaio a medio carbonio e acciaio legato con contenuto di carbonio moderato.
4. Tempra
Si riferisce al processo di trattamento termico in cui le parti in acciaio vengono temprate e quindi riscaldate a una temperatura inferiore ad Ac1, mantenute per un certo periodo di tempo e quindi raffreddate a temperatura ambiente.Lo scopo della tempra è principalmente quello di eliminare lo stress generato dalle parti in acciaio durante la tempra, in modo che le parti in acciaio abbiano elevata durezza e resistenza all'usura, nonché la plasticità e tenacità richieste.I processi di rinvenimento comuni includono il rinvenimento a bassa temperatura, il rinvenimento a media temperatura, il rinvenimento ad alta temperatura, ecc.
Rinvenimento a bassa temperatura: il rinvenimento a bassa temperatura elimina lo stress interno causato dalla tempra nelle parti in acciaio ed è comunemente utilizzato per utensili da taglio, strumenti di misurazione, stampi, cuscinetti volventi e parti cementate.
Rinvenimento a media temperatura: il rinvenimento a media temperatura consente alle parti in acciaio di raggiungere elevata elasticità, certa tenacità e durezza e viene generalmente utilizzato per vari tipi di molle, matrici per stampaggio a caldo e altre parti.
Rinvenimento ad alta temperatura: il rinvenimento ad alta temperatura consente alle parti in acciaio di ottenere buone proprietà meccaniche complete, ovvero elevata resistenza, tenacità e durezza sufficiente, eliminando lo stress interno causato dalla tempra.Viene utilizzato principalmente per parti strutturali importanti che richiedono elevata resistenza e tenacità, come mandrini, alberi a gomiti, camme, ingranaggi e bielle.
5. Tempra e rinvenimento
Si riferisce al processo di trattamento termico composito di tempra e rinvenimento di componenti in acciaio o acciaio.L'acciaio utilizzato per il trattamento di bonifica è chiamato acciaio bonificato.Si riferisce generalmente all'acciaio strutturale a medio carbonio e all'acciaio strutturale in lega a medio carbonio.
6. Trattamento termico chimico
Un processo di trattamento termico in cui un pezzo di metallo o lega viene posto in un mezzo attivo a una determinata temperatura per l'isolamento, consentendo a uno o più elementi di penetrare nella sua superficie per modificarne la composizione chimica, la struttura e le prestazioni.Lo scopo del trattamento termico chimico è principalmente quello di migliorare la durezza superficiale, la resistenza all'usura, la resistenza alla corrosione, la resistenza alla fatica e la resistenza all'ossidazione delle parti in acciaio.I comuni processi di trattamento termico chimico includono carburazione, nitrurazione, carbonitrurazione, ecc.
Carburazione: per ottenere elevata durezza (HRC60-65) e resistenza all'usura sulla superficie, pur mantenendo un'elevata tenacità al centro.Viene comunemente utilizzato per parti resistenti all'usura e agli urti come ruote, ingranaggi, alberi, spinotti, ecc.
Nitrurazione: miglioramento della durezza, della resistenza all'usura e alla corrosione dello strato superficiale delle parti in acciaio, comunemente utilizzate in parti importanti come bulloni, dadi e perni.
Carbonitrurazione: migliora la durezza e la resistenza all'usura dello strato superficiale delle parti in acciaio, adatto per parti in acciaio a basso tenore di carbonio, acciaio a medio carbonio o acciaio legato e può essere utilizzato anche per utensili da taglio in acciaio ad alta velocità.
7. Trattamento in soluzione solida
Si riferisce al processo di trattamento termico di riscaldamento di una lega in una zona monofase ad alta temperatura e mantenimento di una temperatura costante, consentendo alla fase in eccesso di dissolversi completamente nella soluzione solida e quindi raffreddarsi rapidamente per ottenere una soluzione solida sovrasatura.Lo scopo del trattamento in soluzione è principalmente quello di migliorare la plasticità e la tenacità dell'acciaio e delle leghe e di prepararsi al trattamento di indurimento per precipitazione.
8. Indurimento delle precipitazioni (rafforzamento delle precipitazioni)
Processo di trattamento termico in cui un metallo subisce un indurimento dovuto alla segregazione degli atomi di soluto in una soluzione solida sovrasatura e/o alla dispersione di particelle disciolte nella matrice.Se l'acciaio inossidabile austenitico per precipitazione viene sottoposto a un trattamento di indurimento per precipitazione a 400-500 ℃ o 700-800 ℃ dopo il trattamento con soluzione solida o la lavorazione a freddo, può raggiungere un'elevata resistenza.
9. Tempestività del trattamento
Si riferisce al processo di trattamento termico in cui i pezzi in lega vengono sottoposti a trattamento con soluzione solida, deformazione plastica a freddo o fusione, quindi vengono forgiati, posti a una temperatura più elevata o mantenuti a temperatura ambiente e le loro proprietà, forma e dimensioni cambiano nel tempo.
Se viene adottato il processo di trattamento di invecchiamento che prevede il riscaldamento del pezzo in lavorazione a una temperatura più elevata e lo svolgimento del trattamento di invecchiamento per un periodo più lungo, viene chiamato trattamento di invecchiamento artificiale;Il fenomeno dell'invecchiamento che si verifica quando il pezzo viene conservato per lungo tempo a temperatura ambiente o in condizioni naturali è chiamato trattamento di invecchiamento naturale.Lo scopo del trattamento di invecchiamento è eliminare lo stress interno nel pezzo, stabilizzare la struttura e le dimensioni e migliorare le proprietà meccaniche.
10. Temprabilità
Si riferisce alle caratteristiche che determinano la profondità di tempra e la distribuzione della durezza dell'acciaio in condizioni specificate.La buona o scarsa temprabilità dell'acciaio è spesso rappresentata dalla profondità dello strato indurito.Maggiore è la profondità dello strato indurente, migliore è la temprabilità dell'acciaio.La temprabilità dell'acciaio dipende principalmente dalla sua composizione chimica, in particolare dagli elementi di lega e dalla dimensione del grano che aumentano la temprabilità, la temperatura di riscaldamento e il tempo di tenuta.L'acciaio con buona temprabilità può raggiungere proprietà meccaniche uniformi e costanti in tutta la sezione dell'acciaio e possono essere selezionati agenti di tempra con basso stress di tempra per ridurre la deformazione e la fessurazione.
11. Diametro critico (diametro critico di tempra)
Il diametro critico si riferisce al diametro massimo di un acciaio quando tutta la struttura martensitica o il 50% di martensite viene ottenuta al centro dopo tempra in un determinato mezzo.Il diametro critico di alcuni acciai può essere generalmente ottenuto mediante prove di temprabilità in olio o acqua.
12. Indurimento secondario
Alcune leghe ferro-carbonio (come l'acciaio rapido) richiedono più cicli di rinvenimento per aumentare ulteriormente la loro durezza.Questo fenomeno di indurimento, noto come indurimento secondario, è provocato dalla precipitazione di particolari carburi e/o dalla trasformazione dell'austenite in martensite o bainite.
13. Tempra fragilità
Si riferisce al fenomeno dell'infragilimento dell'acciaio bonificato in determinati intervalli di temperatura o raffreddato lentamente dalla temperatura di rinvenimento attraverso questo intervallo di temperature.La fragilità del temperamento può essere suddivisa nel primo tipo di fragilità del temperamento e nel secondo tipo di fragilità del temperamento.
Il primo tipo di fragilità del temperamento, nota anche come fragilità del temperamento irreversibile, si verifica principalmente a una temperatura di rinvenimento di 250-400 ℃.Dopo che la fragilità scompare dopo il riscaldamento, la fragilità si ripete in questo intervallo e non si verifica più;
Il secondo tipo di fragilità del temperamento, noto anche come fragilità del temperamento reversibile, si verifica a temperature comprese tra 400 e 650 ℃.Quando la fragilità scompare dopo il riscaldamento, dovrebbe essere raffreddato rapidamente e non dovrebbe rimanere a lungo o raffreddare lentamente nell'intervallo compreso tra 400 e 650 ℃, altrimenti si verificheranno nuovamente fenomeni catalitici.
Il verificarsi di fragilità da rinvenimento è correlato agli elementi di lega contenuti nell'acciaio, come manganese, cromo, silicio e nichel, che tendono a sviluppare fragilità da rinvenimento, mentre molibdeno e tungsteno hanno la tendenza ad indebolire la fragilità da rinvenimento.
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Orario di pubblicazione: 23 novembre 2023