Vi siete mai chiesti come sia possibile rendere l'acciaio incredibilmente resistente e allo stesso tempo flessibile? In questo post scoprirete l'affascinante mondo della tempra, un processo di trattamento termico cruciale nell'ingegneria meccanica. Imparerete a conoscere i vari metodi di tempra e le loro applicazioni uniche, per capire meglio come vengono realizzati gli strumenti e i macchinari di tutti i giorni per ottenere prestazioni ottimali.
La tempra è un processo di trattamento termico critico ampiamente utilizzato in metallurgia e scienza dei materiali per migliorare le proprietà meccaniche di metalli e leghe. Nel contesto dell'acciaio, la tempra comporta un ciclo termico controllato con precisione:
L'obiettivo principale della tempra negli acciai è la formazione di martensite, una soluzione solida supersatura di carbonio nel ferro con una struttura cristallina tetragonale a corpo centrato (BCT). Ciò si traduce in un aumento significativo della durezza e della resistenza. In alcuni casi, la tempra può essere progettata per produrre bainite attraverso trattamenti isotermici vicini alla temperatura di avvio della martensite (Ms).
È importante notare che la tempra non è limitata alle leghe ferrose. Il termine comprende anche i processi di trattamento termico di altri materiali:
I parametri specifici di tempra, tra cui la temperatura di riscaldamento, il tempo di mantenimento, la velocità di raffreddamento e la selezione del quenchant, sono attentamente adattati alla composizione del materiale e alle proprietà finali desiderate. I moderni processi di tempra utilizzano spesso sistemi computerizzati e quenchants avanzati per ottimizzare le prestazioni e ridurre al minimo le distorsioni.
La tempra è un metodo di trattamento termico che consiste nel riscaldare l'acciaio al di sopra della sua temperatura critica, mantenerlo per un certo periodo di tempo, quindi raffreddarlo a una velocità superiore alla velocità di raffreddamento critica per ottenere una struttura prevalentemente martensitica sbilanciata (sebbene si possa ottenere anche bainite o austenite monofasica, a seconda delle necessità).
La tempra è il metodo più applicato nei processi di trattamento termico dell'acciaio.
I processi di base del trattamento termico dell'acciaio sono all'incirca quattro: ricotturanormalizzazione, tempra e rinvenimento.
Ricottura
Si tratta di riscaldare il pezzo a una temperatura appropriata, mantenerla per una durata che dipende dal materiale e dalle dimensioni del pezzo e quindi raffreddarla lentamente (velocità di raffreddamento più bassa). L'obiettivo è portare la struttura interna del metallo all'equilibrio o quasi, ottenendo buone prestazioni di processo e di utilizzo o preparando la struttura per un ulteriore raffreddamento.
Normalizzazione
Dopo aver riscaldato il pezzo a una temperatura adeguata, viene raffreddato in aria. L'effetto della normalizzazione è simile a ricotturama produce una struttura più fine. Viene comunemente utilizzato per migliorare le prestazioni di taglio dei materiali e talvolta come trattamento termico finale per pezzi con requisiti meno impegnativi.
Tempra
Per ridurre la fragilità dei pezzi di acciaio, quelli che sono stati temprati vengono mantenuti a una temperatura superiore a quella ambiente ma inferiore a 710℃ per un periodo prolungato prima del raffreddamento. Questo processo è noto come rinvenimento.
Tempra
Si tratta di un processo di trattamento termico che prevede il riscaldamento del pezzo per austenitizzarlo, quindi il raffreddamento in modo adeguato per ottenere una struttura di martensite o bainite. I metodi più comuni includono la tempra in acqua, tempra dell'olioe la tempra in aria.
Ricottura, normalizzazione, tempra e rinvenimento sono i "quattro fuochi" del trattamento termico integrale. Tempra e rinvenimento sono strettamente correlati, spesso usati insieme, ed entrambi sono indispensabili.
Esistono dieci metodi di tempra nel processo di trattamento termico:
In questo processo, il pezzo viene riscaldato alla temperatura di tempra e poi raffreddato rapidamente immergendolo in un mezzo di tempra. Questo è il metodo di tempra più semplice e viene comunemente utilizzato per acciai al carbonio di forma semplice e acciaio legato pezzi. La scelta del mezzo di tempra si basa su fattori quali il coefficiente di trasferimento del calore, la temprabilità, le dimensioni e la forma dei pezzi.
Fig. 1 Tempra a singolo mezzo (acqua, olio, aria)
Nel processo di trattamento termico, il pezzo riscaldato alla temperatura di tempra viene raffreddato rapidamente fino al punto di inizio della martensite (MS) in un mezzo di raffreddamento forte. Il pezzo viene poi raffreddato lentamente a temperatura ambiente in un mezzo di raffreddamento più lento, il che crea una gamma di diverse temperature di tempra e velocità di raffreddamento ideali.
Questo metodo viene utilizzato per pezzi con forme complesse o pezzi di grandi dimensioni in acciaio ad alto tenore di carbonio, acciaio legato e acciaio per utensili al carbonio. I mezzi di raffreddamento più comuni sono acqua-olio, acqua-nitrato, acqua-aria e olio-aria. L'acqua è tipicamente utilizzata come mezzo di raffreddamento rapido, mentre l'olio o l'aria sono utilizzati come mezzi di raffreddamento più lenti. L'aria è usata meno frequentemente.
L'acciaio viene austenitizzato e quindi immerso in un mezzo liquido (bagno salino o bagno alcalino) con una temperatura leggermente superiore o inferiore al punto di martensite superiore dell'acciaio per un tempo specifico. L'acciaio viene quindi prelevato per essere raffreddato ad aria e il sottoraffreddato austenite si trasforma lentamente in martensite.
Questo metodo è generalmente utilizzato per pezzi di piccole dimensioni con forme complesse e requisiti di deformazione rigorosi. Anche gli utensili e gli stampi in acciaio ad alta velocità e in acciaio altamente legato vengono comunemente temprati con questo metodo.
Il pezzo viene raffreddato rapidamente nel bagno quando la temperatura del bagno è inferiore al punto MS (inizio martensite) e superiore al punto MF (finitura martensite). In questo modo si ottiene lo stesso risultato dell'utilizzo di un bagno di dimensioni maggiori.
Questo metodo è comunemente utilizzato per pezzi di acciaio a bassa temprabilità di grandi dimensioni.
Il pezzo viene raffreddato in un bagno con una temperatura di bainite inferiore per il trattamento isotermico, che provoca la formazione di bainite inferiore. Questo processo viene generalmente eseguito mantenendo il pezzo nel bagno per 30-60 minuti.
Il processo di tempra isotermica della bainite consiste in tre fasi:
Questo metodo è comunemente utilizzato per pezzi di piccole dimensioni in acciaio legato e acciaio ad alto tenore di carbonio, nonché per pezzi duttili. getti di ferro.
La martensite con una frazione volumetrica compresa tra 10% e 30% si ottiene raffreddando il pezzo al di sotto del punto MS, seguito da un trattamento isotermico nella regione inferiore della bainite.
Questo metodo è comunemente utilizzato per i pezzi in acciaio legato.
Questo metodo di tempra viene anche definito "step-up austempering". Il processo prevede che i pezzi vengano prima raffreddati in un bagno a temperatura più bassa (superiore a MS) e poi trasferiti in un bagno a temperatura più alta per subire la trasformazione isoterma di austenite.
Questo metodo è adatto a pezzi di acciaio con bassa temprabilità o di grandi dimensioni, nonché a pezzi che devono essere austemperati.
Nel processo di tempra isotermica preraffreddata, i pezzi vengono preraffreddati a una temperatura leggermente superiore ad Ar3 o Ar1 utilizzando aria, acqua calda o un bagno di sale. Quindi si esegue la tempra a mezzo singolo.
Questo metodo è spesso utilizzato per pezzi con forme complesse, differenze significative di spessore e requisiti di deformazione minimi.
Il processo di tempra e autotempra prevede il riscaldamento di tutti i pezzi, ma solo l'immersione dei pezzi da temprare (di solito i pezzi di lavoro) in un liquido di tempra per il raffreddamento durante la tempra.
Quando il bagliore delle parti non immerse scompare, il processo di tempra viene immediatamente rimosso per il raffreddamento ad aria.
Questo metodo consente di trasferire il calore dal centro alla superficie per temprarla ed è comunemente utilizzato per gli utensili che devono resistere agli urti, come scalpelli, punzoni, martelli, ecc.
Il metodo di tempra che consiste nello spruzzare acqua sul pezzo può essere regolato in termini di flusso d'acqua, a seconda della profondità di tempra desiderata. La tempra a getto evita la formazione di una pellicola di vapore sulla superficie del pezzo, con il risultato di uno strato indurito più profondo rispetto alla tempra normale. spegnimento in acqua.
Questo metodo è utilizzato principalmente per l'estinzione superficiale localizzata.
L'obiettivo principale della tempra è quello di indurre una trasformazione di fase nell'acciaio, convertendo l'austenite surgelata in martensite o bainite. Questa trasformazione determina una microstruttura che migliora significativamente le proprietà meccaniche del materiale. La tempra, seguita da un rinvenimento controllato a temperature specifiche, consente di personalizzare con precisione le proprietà dell'acciaio, aumentandone la durezza, la resistenza all'usura, la resistenza alla fatica e la tenacità. Questa versatilità consente ai produttori di soddisfare le diverse esigenze di vari componenti meccanici e utensili in tutti i settori industriali.
La tempra è un processo di trattamento termico critico che prevede il riscaldamento di un pezzo metallico a una specifica temperatura di austenitizzazione, il suo mantenimento per un periodo di tempo predeterminato per garantire la completa trasformazione di fase e il successivo rapido raffreddamento in un mezzo di tempra. La scelta del mezzo di raffreddamento - come salamoia, acqua, soluzioni polimeriche, oli minerali o persino aria forzata - dipende dalla velocità di raffreddamento desiderata e dalla composizione specifica della lega. Ogni mezzo offre caratteristiche di raffreddamento diverse, consentendo ai metallurgisti di controllare l'evoluzione microstrutturale e le proprietà risultanti.
Il rapido raffreddamento durante la tempra crea una soluzione solida supersatura, che intrappola gli atomi di carbonio nel reticolo del ferro e forma la fase metastabile della martensite. Questa struttura martensitica è caratterizzata da una durezza e una resistenza all'usura estremamente elevate, ma può essere fragile. I successivi processi di rinvenimento sono spesso impiegati per ottimizzare l'equilibrio tra resistenza, tenacità e duttilità, adattando le proprietà del materiale ai requisiti specifici dell'applicazione.
Oltre al miglioramento delle proprietà meccaniche, la tempra svolge un ruolo cruciale nello sviluppo di specifiche proprietà fisiche e chimiche negli acciai speciali. Ad esempio, può migliorare significativamente le proprietà ferromagnetiche degli acciai per magneti permanenti, aumentare la resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili e modificare le proprietà elettriche degli acciai al silicio utilizzati nei nuclei dei trasformatori.
Il processo di tempra è particolarmente critico per gli acciai a causa della loro natura allotropica e della capacità di formare diverse microstrutture in base alla velocità di raffreddamento. Quando l'acciaio viene riscaldato al di sopra della sua temperatura critica (tipicamente nell'intervallo 723-912°C, a seconda della composizione), la sua struttura a temperatura ambiente si trasforma in austenite. Il successivo raffreddamento rapido impedisce la formazione di ferrite e perlite in funzione della diffusione, costringendo invece l'austenite cubica a facce centrate (FCC) a trasformarsi in martensite tetragonale a corpo centrato (BCT) attraverso un meccanismo di taglio senza diffusione.
Tuttavia, il rapido raffreddamento inerente alla tempra introduce significative sollecitazioni termiche all'interno del pezzo. Queste sollecitazioni, se non gestite correttamente, possono portare a distorsioni, deformazioni o addirittura cricche del componente. Per ridurre questi rischi, i metallurgisti utilizzano varie tecniche, come la tempra interrotta, la tempra selettiva o l'uso di quenchants specializzati con caratteristiche di raffreddamento controllate.
I processi di tempra possono essere ampiamente classificati in base al metodo di raffreddamento utilizzato:
La scelta del processo e dei parametri di tempra appropriati è fondamentale per ottenere la microstruttura e le proprietà desiderate, riducendo al minimo il rischio di difetti legati alla tempra. Le tecniche di tempra avanzate, come la tempra intensiva o i trattamenti criogenici, continuano ad evolversi, offrendo nuove possibilità per migliorare le prestazioni dei materiali nelle applicazioni più complesse.
Il processo di tempra comprende tre fasi: riscaldamento, mantenimento e raffreddamento. Qui vengono introdotti i principi di selezione dei parametri di processo per queste tre fasi, utilizzando come esempio la tempra dell'acciaio.
Temperatura di riscaldamento per tempra
Sulla base del punto critico di trasformazione di fase dell'acciaio, il riscaldamento durante la tempra mira a formare grani austenitici fini e uniformi, ottenendo una struttura martensitica fine dopo la tempra.
L'intervallo di temperatura di tempra per l'acciaio al carbonio è illustrato nella figura "Temperatura di tempra". Il principio di selezione della temperatura di tempra illustrato in questa figura si applica anche alla maggior parte degli acciai legati, in particolare a quelli basso-legati. La temperatura di riscaldamento per gli acciai ipoeutettoidi è di 30-50℃ superiore alla temperatura Ac3.
| Grado cinese | Punto critico /℃ | Temperatura di tempra /℃ | |
| Ael | Aes(Acm) | ||
| 20 | 735 | 855 | 890~910 |
| 45 | 724 | 780 | 830~860 |
| 60 | 727 | 760 | 780~830 |
| T8 | 730 | 750 | 760~800 |
| T12 | 730 | 820 | 770~810 |
| 40Cr | 743 | 782 | 830~860 |
| 60Si2Mn | 755 | 810 | 860~880 |
| 9CrSi | 770 | 870 | 850~870 |
| 5CrNiMo | 710 | 760 | 830~860 |
| 3Cr2W8V | 810 | 1100 | 1070~1130 |
| GCr15 | 745 | 900 | 820~850 |
| Cr12MoV | 810 | / | 980~1150 |
| W6Mo5Cr4V2 | 830 | / | 1225~1235 |
Dalla figura "Temperatura di riscaldamento per tempra", si può notare che lo stato dell'acciaio ad alta temperatura è nella regione dell'austenite monofase (A), per cui si parla di tempra completa. Se la temperatura di riscaldamento dell'acciaio ipoeutettoide è superiore alla temperatura Ac1 e inferiore alla temperatura Ac3, allora l'austenite preesistente è stata eliminata. ferrite proeutettoide non è completamente trasformato in austenite ad alta temperatura, il che è un raffreddamento incompleto (o subcritico). La temperatura di tempra dell'acciaio ipereutettoide è di 30-50℃ al di sopra della temperatura Ac1; questo intervallo di temperatura si trova nella regione della doppia fase austenite e cementite (A+C).
Pertanto, la normale tempra dell'acciaio ipereutettoide appartiene ancora alla tempra incompleta e la struttura ottenuta dopo la tempra è martensite distribuita sulla matrice di cementite. Questa struttura ha un'elevata durezza e un'alta resistenza all'usura. Per gli acciai ipereutettoidi, se la temperatura di riscaldamento è troppo alta, una quantità eccessiva di cementite proeutettoide si dissolve, anche completamente, quindi i grani di austenite crescono e la struttura dell'acciaio si trasforma in martensite. contenuto di carbonio di aumenta anche l'austenite.
Dopo la tempra, l'ampia struttura della martensite aumenta le tensioni interne nelle microregioni dell'acciaio temprato, incrementa il numero di microcricche e aumenta la tendenza del pezzo a deformarsi e a incrinarsi. Poiché la concentrazione di carbonio nell'austenite è elevata, il punto di martensite diminuisce, la quantità di austenite trattenuta aumenta e la durezza e la resistenza all'usura del pezzo diminuiscono. La temperatura di tempra degli acciai comunemente utilizzati è mostrata nella figura "Temperatura di riscaldamento per tempra", mentre la tabella mostra la temperatura di riscaldamento per la tempra degli acciai comunemente utilizzati.
Nella produzione reale, la scelta della temperatura di riscaldamento deve essere regolata in base alle condizioni specifiche. Ad esempio, quando il contenuto di carbonio nell'acciaio ipoeutettoide è al limite inferiore, quando la carica del forno è grande e quando si desidera aumentare la profondità dello strato di tempra del pezzo, si può scegliere la temperatura limite superiore; se la forma del pezzo è complicata e i requisiti di deformazione sono severi, si dovrebbe adottare la temperatura limite inferiore.
Mantenimento della tempra
Il tempo di mantenimento della tempra è determinato da vari fattori, quali la modalità di riscaldamento dell'apparecchiatura, le dimensioni del pezzo, la composizione dell'acciaio, la quantità di carica del forno e la potenza dell'apparecchiatura. Per la tempra passante, lo scopo del mantenimento è quello di far convergere uniformemente la temperatura interna del pezzo.
Per tutti i tipi di tempra, il tempo di mantenimento dipende in ultima analisi dall'ottenimento di una buona struttura di riscaldamento nella zona di tempra richiesta. Il riscaldamento e il mantenimento sono fasi importanti che influenzano la qualità della tempra. Lo stato di struttura ottenuto con l'austenitizzazione influisce direttamente sulle prestazioni dopo la tempra. La dimensione dei grani di austenite dei componenti in acciaio generale è controllata a 5-8 livelli.
| Grado di acciaio | Temperatura isotermica /℃ | Tempo isotermico /min | Grado | Temperatura isotermica /℃ | Tempo isotermico /min |
| 65 | 280-350 | 10-20 | GCr9 | 210~230 | 25-45 |
| 65Mn | 270-350 | 10-20 | 9SiCr | 260-280 | 30-45 |
| 55Si2 | 300-360 | 10-20 | Cr12MoV | 260-280 | 30-60 |
| 60Si2 | 270-340 | 20-30 | 3Cr2W8 | 280-300 | 30-40 |
| T12 | 210~220 | 25-45 |
Raffreddamento per tempra
Per far sì che la fase ad alta temperatura dell'acciaio - l'austenite - si trasformi nella fase metastabile a bassa temperatura - la martensite - durante il processo di raffreddamento, la velocità di raffreddamento deve essere superiore alla velocità critica di raffreddamento dell'acciaio. Durante il processo di raffreddamento del pezzo, esiste una certa differenza tra la velocità di raffreddamento della superficie e quella del nucleo. Se questa differenza è sufficientemente grande, può causare un pezzo con una velocità di raffreddamento superiore alla velocità critica dell'acciaio. velocità di raffreddamento critica per trasformarsi in martensite, mentre il nucleo con una velocità di raffreddamento inferiore a quella critica non può trasformarsi in martensite.
Per garantire che l'intera sezione trasversale si trasformi in martensite, è necessario scegliere un mezzo di tempra con una capacità di raffreddamento sufficiente per assicurare che il nucleo del pezzo abbia una velocità di raffreddamento sufficientemente elevata. Tuttavia, se la velocità di raffreddamento è elevata, le tensioni interne causate dall'espansione e dalla contrazione termica non uniformi all'interno del pezzo possono provocare la deformazione o la fessurazione del pezzo stesso. Pertanto, considerando i due fattori in conflitto di cui sopra, è importante scegliere il mezzo di tempra e il metodo di raffreddamento in modo ragionevole.
La fase di raffreddamento non riguarda solo l'ottenimento di una struttura ragionevole per i pezzi, il raggiungimento delle prestazioni richieste, ma anche il mantenimento della precisione delle dimensioni e della forma dei pezzi. È un anello fondamentale del processo di tempra.
Durezza del pezzo
La durezza del pezzo sottoposto a tempra influisce sull'effetto della tempra. La durezza del pezzo sottoposto a tempra è generalmente determinata dal valore HRC misurato da un tester di durezza Rockwell. Il valore HRA può essere misurato per le piastre di acciaio dure e sottili e per i pezzi temprati in superficie, mentre per le piastre di acciaio temprate con uno spessore inferiore a 0,8 mm, per i pezzi temprati in superficie con uno strato poco profondo e per i pezzi temprati in superficie con uno strato poco profondo. barre d'acciaio con un diametro inferiore a 5 mm, è possibile utilizzare un misuratore di durezza Rockwell superficiale per misurare i loro valori HRC.
Quando saldatura dell'acciaio al carbonio e alcuni acciai legati, la tempra può verificarsi nella zona termicamente alterata e diventare dura, con conseguente rischio di cricche a freddo. Si tratta di un fenomeno da prevenire durante la processo di saldatura.
A causa della durezza e della fragilità del metallo dopo la tempra, le tensioni superficiali residue generate possono provocare crepe fredde. La tempra può essere utilizzata come uno dei metodi per eliminare le cricche da freddo senza compromettere la durezza.
La tempra è più adatta per i pezzi di piccolo spessore e diametro. Per i pezzi più grandi, la profondità di tempra non è sufficiente e la carburazione presenta lo stesso problema. A questo punto, si può pensare di aggiungere all'acciaio leghe come il cromo per aumentare la resistenza.
La tempra è uno dei mezzi fondamentali per rafforzare i materiali in acciaio. La martensite nell'acciaio è la fase più dura delle strutture in soluzione solida a base di ferro, pertanto i componenti in acciaio possono ottenere un'elevata durezza e un'alta resistenza mediante tempra. Tuttavia, la martensite è molto fragile e, dopo la tempra, all'interno dell'acciaio si verifica una forte tensione interna, per cui non è adatta all'applicazione diretta e deve essere temprata.
Quenching monomediale: Il pezzo viene raffreddato in un mezzo, come acqua o olio. I vantaggi sono la semplicità di funzionamento, la facilità di meccanizzazione e l'ampia applicazione. Lo svantaggio è che la tempra in acqua provoca grandi sollecitazioni, rendendo il pezzo soggetto a deformazioni e cricche; la tempra in olio ha una velocità di raffreddamento lenta, un diametro di tempra ridotto ed è difficile temprare pezzi di grandi dimensioni.
Quenching doppio medio: Il pezzo viene prima raffreddato a circa 300℃ in un mezzo con forte capacità di raffreddamento e poi raffreddato in un mezzo con capacità di raffreddamento più debole. Questo metodo può ridurre efficacemente le tensioni interne dovute alla trasformazione martensitica e ridurre la tendenza alla deformazione e alla fessurazione del pezzo.
Quenching a fasi alterne: Il pezzo viene raffreddato in un bagno di sale o in un bagno alcalino a bassa temperatura, con una temperatura vicina al punto Ms. Il pezzo rimane a questa temperatura per 2-5 minuti e poi viene raffreddato ad aria.
Quenching isotermico: Il pezzo viene raffreddato in un bagno di sale isotermico, la temperatura del bagno di sale è nella parte inferiore della zona di bainite (leggermente superiore a Ms). Il pezzo rimane a lungo alla stessa temperatura fino al completamento della trasformazione della bainite, quindi viene raffreddato ad aria.
Tempra superficiale: La tempra superficiale è un metodo per temprare parzialmente lo strato superficiale di un pezzo di acciaio fino a una certa profondità, mentre il nucleo rimane non temprato.
Tempra a induzione: Il riscaldamento a induzione utilizza l'induzione elettromagnetica per generare correnti parassite nel pezzo da riscaldare.
Tempra criogenica: Ciò comporta l'immersione in una soluzione di acqua ghiacciata con forte capacità di raffreddamento come mezzo di spegnimento.
Quenching parziale: Si tratta di temprare solo le parti del pezzo che devono essere temprate.
Raffreddamento in gas: si riferisce specificamente al riscaldamento nel vuoto e allo spegnimento in un gas neutro e inerte che circola ad alta velocità a pressione negativa, a pressione normale o ad alta pressione.
Tempra con raffreddamento ad aria: Si tratta di utilizzare aria forzata o aria compressa come mezzo di raffreddamento per la tempra.
Tempra in salamoia: Ciò comporta l'utilizzo di una soluzione di acqua salata come mezzo di raffreddamento per la tempra.
Tempra della soluzione organica: Si tratta di utilizzare una soluzione acquosa di polimero organico come mezzo di raffreddamento per lo spegnimento.
Tempra a spruzzo: Si tratta di utilizzare un flusso di liquido a getto come mezzo di raffreddamento per la tempra.
Bagno caldo Raffreddamento: Questo comporta lo spegnimento del pezzo in un bagno caldo come sale fuso, alcali fuso, metallo fuso o olio ad alta temperatura.
Quenching a doppio liquido: Dopo aver riscaldato il pezzo per formare l'austenite, viene prima immerso in un mezzo con forte capacità di raffreddamento e, quando l'organizzazione sta per subire la trasformazione martensitica, viene immediatamente trasferita in un mezzo con debole capacità di raffreddamento per il raffreddamento.
Tempra pressurizzata: Dopo il riscaldamento del pezzo per la formazione dell'austenite, il pezzo viene temprato in condizioni specifiche di fissaggio. serraggiocon l'obiettivo di ridurre la distorsione da raffreddamento per tempra.
Indurimento passante: Questo comporta la tempra del pezzo dalla superficie al cuore.
Quenching isotermico: Il pezzo viene raffreddato rapidamente all'intervallo di temperatura di trasformazione della bainite per mantenere l'isotermia dopo il riscaldamento per la formazione dell'austenite, consentendo all'austenite di diventare bainite.
Quenching a fasi alterne: Dopo aver riscaldato il pezzo per formare l'austenite, viene immerso per un certo tempo in un bagno alcalino o salino con una temperatura leggermente superiore o inferiore al punto M1 e, dopo che l'intero pezzo ha raggiunto la temperatura media, viene estratto per il raffreddamento ad aria per ottenere la martensite.
Tempra sub-temperatura: I pezzi in acciaio ipoeutettoide vengono temprati dopo essere stati austenitizzati nell'intervallo di temperatura Ac1-Ac3 per ottenere strutture di martensite e ferrite.
Tempra diretta: Ciò comporta lo spegnimento diretto del pezzo dopo la carburazione.
Doppio spegnimento: Dopo la carburazione, il pezzo viene prima austenitizzato a una temperatura superiore ad Ac3 e poi temprato per affinare la struttura del nucleo. Viene poi austenitizzato a una temperatura leggermente superiore ad Ac3 per affinare la struttura dello strato carburato.
Raffreddamento autonomo: Dopo che il pezzo è stato riscaldato rapidamente per austenitizzare localmente o in superficie, il calore dell'area riscaldata si diffonde autonomamente all'area non riscaldata, causando un rapido raffreddamento dell'area austenitizzata.
La tempra è un processo di trattamento termico critico ampiamente utilizzato nella moderna produzione meccanica. Praticamente tutti i componenti cruciali dei macchinari, in particolare le parti in acciaio utilizzate nelle automobili, negli aerei e nelle applicazioni aerospaziali, vengono sottoposti a tempra per migliorarne le proprietà meccaniche. Per soddisfare i diversi requisiti tecnici dei vari componenti, sono stati sviluppati numerosi processi di tempra specializzati.
I metodi di tempra possono essere classificati in base a diversi fattori:
1. Area di trattamento:
2. Trasformazione di fase durante il riscaldamento:
3. Trasformazione di fase durante il raffreddamento:
Ogni metodo di tempra ha caratteristiche e limiti specifici che lo rendono adatto a particolari applicazioni. Tra questi, lo spegnimento superficiale con riscaldamento a induzione e lo spegnimento alla fiamma sono i più utilizzati. I nuovi metodi di spegnimento con riscaldamento ad alta densità energetica, come il riscaldamento a fascio laser e a fascio di elettroni, stanno rapidamente guadagnando attenzione grazie alle loro capacità uniche e al controllo di precisione.
La tempra superficiale trova ampia applicazione nei componenti di macchine fabbricati in acciaio temperato a medio carbonio o in ghisa duttile. Questo processo è particolarmente efficace per gli acciai temperati a medio tenore di carbonio, in quanto consente di mantenere elevate le proprietà meccaniche complessive dell'anima, ottenendo al contempo una durezza superficiale superiore (>HRC 50) e una resistenza all'usura. Le applicazioni più comuni includono mandrini di macchine utensili, ingranaggi, alberi a gomito di motori diesel e alberi a camme.
Il principio della tempra superficiale può essere applicato anche a vari materiali a base di ferro con composizioni simili all'acciaio a medio tenore di carbonio, come ad esempio:
Tra questi, la ghisa duttile presenta le migliori prestazioni di processo e proprietà meccaniche complessive elevate, che la rendono il materiale più utilizzato per le applicazioni di tempra superficiale.
Per gli acciai ad alto tenore di carbonio, la tempra superficiale migliora notevolmente la durezza superficiale e la resistenza all'usura. Tuttavia, la plasticità e la tenacità del nucleo rimangono relativamente basse. Di conseguenza, la tempra superficiale degli acciai ad alto tenore di carbonio è utilizzata principalmente per utensili, strumenti di misura e rulli ad alta tempra a freddo che subiscono un impatto minimo e carichi alternati.
Gli acciai a basso tenore di carbonio, invece, mostrano effetti di rafforzamento minimi dopo la tempra superficiale e sono quindi raramente sottoposti a questo trattamento.
La scelta di un metodo di tempra e di un materiale appropriato dipende dai requisiti specifici del componente, tra cui le proprietà meccaniche, la resistenza all'usura e le condizioni operative. I progressi nelle tecnologie di tempra continuano ad ampliare le possibilità di migliorare le proprietà dei materiali in varie applicazioni industriali.
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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