Vi siete mai chiesti come il trattamento termico dell'acciaio possa trasformarne le proprietà? Questo articolo si immerge nell'affascinante mondo dell'acciaio 45, esplorando come la ricottura e la normalizzazione influenzino la microstruttura e le caratteristiche meccaniche. Esaminando casi specifici, imparerete come i diversi trattamenti termici possono migliorare la resistenza, la durezza e la tenacità dell'acciaio, rendendolo adatto a varie applicazioni critiche. Scoprite come funzionano questi processi e cosa rende l'acciaio 45 una scelta popolare nell'ingegneria e nella produzione. Preparatevi a scoprire i segreti della scienza del trattamento dell'acciaio.
Materiali identici possono presentare proprietà meccaniche diverse (resistenza, durezza, plasticità e tenacità) e materiali diversi possono presentare proprietà meccaniche simili. Tutti questi aspetti sono intimamente legati al trattamento termico dell'acciaio.
I componenti in acciaio ottengono una certa struttura attraverso il trattamento termico per ottenere le caratteristiche prestazionali richieste. Il trattamento termico è un mezzo, il raggiungimento delle prestazioni è l'obiettivo, e la struttura costituisce la base e la garanzia di queste proprietà.
Utilizzando come esempio l'acciaio 45#, in questa sezione verrà illustrata la relazione tra ricottura, la normalizzazione, la struttura dell'acciaio 45# e le proprietà ad esso associate.
Caso 1
La materia prima allo stato di fornitura è stata laminata a caldo e raffreddata in aria, il che equivale a normalizzarla, quindi è più dura dell'acciaio ricotto.
Tuttavia, a causa dell'alta temperatura, una parte della ferrite precipita lungo i confini dei grani con una forma aghiforme e si estende all'interno del grano, formando una struttura Widmanstätten.
La comparsa della struttura Widmanstätten riduce significativamente la tenacità all'impatto dell'acciaio e lo rende fragile. Gli acciai a grana grossa sono particolarmente soggetti alla formazione di strutture Widmanstätten.
Per eliminare la struttura Widmanstätten e i grani grossi, è necessario eseguire un trattamento di normalizzazione prima della tempra per affinare la grana e migliorare la struttura.
Caso 2
Nota sulla microstruttura: dopo aver tagliato il materiale in tondino da 13,2 mm su una normale macchina da taglio, si è formata la microstruttura della sezione trasversale della zona interessata dal calore, come mostrato nella Figura 2, a causa della mancanza di un tempestivo raffreddamento ad acqua.
La metà sinistra dell'immagine rappresenta la microstruttura originale, mentre la metà destra raffigura la microstruttura della zona colpita dal calore. La variazione di durezza nella zona colpita dal calore è piuttosto significativa, compresa tra 25-40 HRC.
La Figura 3 mostra la microstruttura ingrandita di ciascuna zona. La Figura 3a rappresenta la struttura della Zona 1 nella Figura 2.
La metà sinistra della figura raffigura la struttura originale del materiale, caratterizzata da ferrite bianca a rete e sottili scaglie di perlite. La metà destra mostra la struttura della zona colpita dal calore durante il taglio, costituita da ferrite bianca poligonale, scaglie di perlite, scaglie bianco-grigiastre e scaglie di perlite. martensitee l'austenite residua.
La Figura 3b illustra la struttura della Zona 2 della Figura 2, caratterizzata da un colore bianco. non disciolto ferrite ai confini dei grani, martensite bianco-grigiastra, austenite residua e sottili scaglie di perlite. Le sottili scaglie di perlite scure all'interno dei grani rappresentano una microstruttura della zona di transizione formatasi durante il processo di raffreddamento da taglio.
La Figura 3c presenta la struttura della Zona 3 della Figura 2, simile a una struttura di tempra sottocalda. I confini dei grani mostrano ferrite bianca e poligonale non disciolta, insieme a martensite bianco-grigiastra e austenite residua. I confini della ferrite sono chiaramente definiti.
Durante il processo di taglio del campione, le diverse velocità di taglio e di avanzamento, insieme a un raffreddamento inadeguato, hanno prodotto regioni distinte di uno strato di ossidazione blu gioiello sulla superficie del campione, come illustrato nella Figura 4.
Come si può dedurre dalla figura, le zone colpite dal calore esistono durante le fasi successive del taglio. Più il materiale è duro, più il taglio è impegnativo e più grande diventa la zona termicamente alterata.
I tre campioni superiori della Figura 4 sono acciai ad alto tenore di carbonio e ad alta lega, mentre i cinque inferiori sono acciai 45#.
Prima del trattamento termico, le superfici dei campioni non sono state accuratamente lucidate, il che ha portato all'osservazione di microstrutture variabili nel materiale grezzo durante l'esame.
Durante il taglio del campione, se il raffreddamento non viene effettuato tempestivamente, l'attrito tra il campione e la mola fa sì che la temperatura del campione salga rapidamente tra Ac1 e Ac3, mentre la velocità di taglio aumenta gradualmente.
Al raffreddamento in acqua, si forma una struttura simile al quenching sottocalda. Poiché la temperatura superficiale varia nelle diverse regioni del campione, anche le microstrutture in queste regioni differiscono.
Caso 3
La ricottura dell'acciaio 45 prevede un riscaldamento dell'acciaio al di sopra di Ac3 di 30-50℃, seguito da un raffreddamento in forno per consentire all'acciaio di acclimatarsi. Questo processo di raffreddamento relativamente lento produce una microstruttura quasi equilibrata, con la perlite che occupa circa 55% dell'intera area del campo visivo.
Caso 4
L'acciaio normalizzato 45 prevede il riscaldamento dell'acciaio al di sopra della sua temperatura Ac3 di 30-50°C, per poi lasciarlo raffreddare naturalmente all'aria. La differenza principale rispetto a un processo di ricottura completo è la velocità di raffreddamento e il grado di superraffreddamento più elevato.
Ne consegue una struttura lamellare della perlite più fine rispetto all'acciaio ricotto, con un aumento significativo della quantità di perlite e una dimensione dei grani relativamente più piccola. Pertanto, la durezza dell'acciaio normalizzato è superiore a quella dell'acciaio ricotto.
La normalizzazione dell'acciaio 45 può migliorare la sua struttura a seguito di colata o forgiatura, affinando i grani di austenite e formando ferrite e perlite fini e uniformi, migliorando così la resistenza, la durezza e la tenacità dell'acciaio.
L'acciaio 45, grazie alla sua elevata resistenza e alla buona plasticità, può essere utilizzato per la produzione di vari componenti importanti, come compressori, pompe chimiche e parti mobili (alberi a gomito, bielle, steli di pistoni). Può anche essere utilizzato per produrre pale di turbine. In genere, i componenti di grandi dimensioni vengono utilizzati allo stato normalizzato, mentre quelli di piccole dimensioni possono essere temperati per formare una sorbite temperata.
L'acciaio 45 è anche il più comunemente usato acciaio bonificato. Prima della tempra e del rinvenimento ad alta temperatura, deve essere sottoposto a un processo di normalizzazione per ottenere un'organizzazione uniforme e finemente strutturata, preparando l'acciaio alla tempra.
Questo articolo illustra le caratteristiche microstrutturali dell'acciaio 45 in diversi stati. Possiamo apprezzare il mistero e il fascino del trattamento termico, poiché i diversi metodi di trattamento possono modificare abilmente la struttura e le proprietà del materiale.
L'acciaio 45 è un acciaio bonificato comunemente utilizzato. Questo articolo analizza questo materiale in diversi stati, fornendo un approccio metodico, dal quale crediamo che tutti possano trarre qualche spunto.
Nel lavoro quotidiano, quando si sviluppano campioni per altri materiali, sarebbe ideale poter applicare ciò che si impara da un esempio ad altri.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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