Riepilogo delle nozioni di base del trattamento termico!

Il trattamento termico si riferisce a un processo termico dei metalli in cui il materiale viene riscaldato, mantenuto a una determinata temperatura e raffreddato mediante riscaldamento allo stato solido al fine di ottenere l'organizzazione e le proprietà desiderate.

I. Trattamento termico

1. Normalizzazione: l'acciaio o i pezzi di acciaio vengono riscaldati al punto critico di AC3 o ACM al di sopra della temperatura appropriata per mantenere un certo periodo di tempo dopo il raffreddamento all'aria, per ottenere l'organizzazione di tipo perlitico del processo di trattamento termico.

2. Ricottura: il pezzo in acciaio eutettico viene riscaldato a AC3 a temperature superiori a 20-40 gradi, dopo essere stato mantenuto per un certo periodo di tempo, viene raffreddato lentamente in forno (o immerso in sabbia o calce) fino a 500 gradi al di sotto della temperatura di raffreddamento in aria durante il processo di trattamento termico.

3. Trattamento termico di soluzione solida: la lega viene riscaldata ad alta temperatura in una regione monofase a temperatura costante per mantenere la temperatura, in modo che la fase in eccesso si dissolva completamente in soluzione solida, e quindi raffreddata rapidamente per ottenere un processo di trattamento termico di soluzione solida sovrasatura.

4. Invecchiamento: Dopo il trattamento termico di solubilizzazione solida o la deformazione plastica a freddo della lega, quando viene posta a temperatura ambiente o mantenuta a una temperatura leggermente superiore a quella ambiente, si verifica il fenomeno della variazione delle sue proprietà nel tempo.

5. Trattamento di soluzione solida: in modo che la lega in varie fasi si dissolva completamente, si rafforzi la soluzione solida e si migliorino la tenacità e la resistenza alla corrosione, si eliminino le tensioni e l'ammorbidimento, al fine di proseguire con la lavorazione per stampaggio.

6. Trattamento di invecchiamento: riscaldamento e mantenimento alla temperatura di precipitazione della fase di rinforzo, in modo che il precipitato della fase di rinforzo si depositi, si indurisca e migliori la resistenza.

7. Tempra: austenitizzazione dell'acciaio dopo il raffreddamento ad una velocità di raffreddamento appropriata, in modo che il pezzo nella sezione trasversale di tutta o di una certa gamma di struttura organizzativa instabile come la trasformazione martensitica del processo di trattamento termico.

8. Rinvenimento: il pezzo temprato verrà riscaldato al punto critico di AC1 al di sotto della temperatura appropriata per un certo periodo di tempo, e quindi raffreddato secondo i requisiti del metodo, al fine di ottenere l'organizzazione e le proprietà desiderate del processo di trattamento termico.

9. Carbonitrurazione dell'acciaio: la carbonitrurazione è un processo di infiltrazione simultanea di carbonio e azoto nello strato superficiale dell'acciaio. La carbonitrurazione convenzionale, nota anche come carbonitrurazione al cianuro, è più diffusa nella carbonitrurazione a gas a media temperatura e nella carbonitrurazione a gas a bassa temperatura (ovvero nitrocarburazione gassosa). Lo scopo principale della carbonitrurazione a gas a media temperatura è migliorare la durezza, la resistenza all'usura e la resistenza alla fatica dell'acciaio. La carbonitrurazione a gas a bassa temperatura, basata sulla nitrurazione, ha come scopo principale migliorare la resistenza all'usura e la resistenza al morso dell'acciaio.

10. Trattamento di rinvenimento (tempra e rinvenimento): la prassi comune prevede la tempra e il rinvenimento ad alte temperature in combinazione con un trattamento termico noto come rinvenimento. Il trattamento di rinvenimento è ampiamente utilizzato in una varietà di importanti componenti strutturali, in particolare quelli sottoposti a carichi alternati come bielle, bulloni, ingranaggi e alberi. Dopo il trattamento di rinvenimento si ottiene una struttura di sohnite rinvenuta, le cui proprietà meccaniche sono migliori rispetto alla stessa durezza della struttura di sohnite normalizzata. La sua durezza dipende dalla temperatura di rinvenimento ad alta temperatura, dalla stabilità del rinvenimento dell'acciaio e dalle dimensioni della sezione trasversale del pezzo, generalmente tra HB200 e 350.

11. Brasatura: con il materiale di brasatura verranno eseguiti due tipi di trattamento termico di riscaldamento, fusione e legame dei pezzi.

II.Tle caratteristiche del processo

Il trattamento termico dei metalli è uno dei processi più importanti nella lavorazione meccanica. Rispetto ad altri processi di lavorazione, il trattamento termico generalmente non modifica la forma del pezzo né la sua composizione chimica complessiva, ma agisce sulla microstruttura interna o sulla composizione chimica della superficie, migliorando le proprietà del pezzo stesso. Si caratterizza quindi per un miglioramento della qualità intrinseca del pezzo, generalmente non visibile a occhio nudo. Per ottenere un pezzo metallico con le proprietà meccaniche, fisiche e chimiche richieste, oltre alla scelta oculata dei materiali e a una varietà di processi di stampaggio, il trattamento termico è spesso essenziale. L'acciaio è il materiale più utilizzato nell'industria meccanica; la sua complessa microstruttura può essere controllata tramite trattamento termico, pertanto il trattamento termico dell'acciaio rappresenta l'aspetto principale del trattamento termico dei metalli. Anche alluminio, rame, magnesio, titanio e altre leghe possono essere sottoposti a trattamento termico per modificarne le proprietà meccaniche, fisiche e chimiche, al fine di ottenere prestazioni diverse.

III.Til processo

Il processo di trattamento termico generalmente comprende tre fasi: riscaldamento, mantenimento e raffreddamento, a volte solo riscaldamento e raffreddamento. Queste fasi sono interconnesse e non possono essere interrotte.

Il riscaldamento è uno dei processi più importanti del trattamento termico. Il trattamento termico dei metalli prevede diversi metodi di riscaldamento; i primi utilizzavano carbone e carbonella come fonte di calore, mentre più recentemente si è ricorso a combustibili liquidi e gassosi. L'impiego dell'elettricità ha reso il riscaldamento più facile da controllare e non ha causato inquinamento ambientale. Queste fonti di calore possono essere utilizzate per il riscaldamento diretto, ma anche tramite sali o metalli fusi, o per il riscaldamento indiretto di particelle in sospensione.

Nel riscaldamento dei metalli, il pezzo in lavorazione è esposto all'aria, con conseguente ossidazione e decarburazione (ovvero, riduzione del contenuto di carbonio superficiale dei componenti in acciaio), il che ha un impatto molto negativo sulle proprietà superficiali dei pezzi trattati termicamente. Pertanto, il metallo dovrebbe generalmente essere riscaldato in atmosfera controllata o protettiva, in sali fusi o sottovuoto, ma esistono anche metodi di rivestimento o confezionamento per il riscaldamento protettivo.

La temperatura di riscaldamento è uno dei parametri di processo più importanti nel trattamento termico; la sua selezione e il suo controllo sono fondamentali per garantire la qualità del trattamento. La temperatura di riscaldamento varia in base al materiale metallico da trattare e allo scopo del trattamento, ma generalmente si riscalda al di sopra della temperatura di transizione di fase per ottenere una struttura ad alta temperatura. Inoltre, la trasformazione richiede un certo tempo, quindi, una volta che la superficie del pezzo metallico raggiunge la temperatura di riscaldamento desiderata, è necessario mantenerla a tale temperatura per un periodo di tempo tale da uniformare le temperature interne ed esterne e completare la trasformazione microstrutturale. Questo periodo è noto come tempo di mantenimento. Nei trattamenti termici superficiali ad alta densità energetica, la velocità di riscaldamento è estremamente elevata e generalmente non è previsto un tempo di mantenimento, mentre nei trattamenti termici chimici il tempo di mantenimento è spesso più lungo.

Il raffreddamento è una fase indispensabile nel processo di trattamento termico. I metodi di raffreddamento variano a seconda del processo, e la velocità di raffreddamento è fondamentale. In generale, la velocità di raffreddamento per la ricottura è la più lenta, quella per la normalizzazione è più rapida, mentre quella per la tempra è ancora più veloce. Tuttavia, poiché i diversi tipi di acciaio hanno esigenze diverse, ad esempio l'acciaio temprato ad aria può essere temprato con la stessa velocità di raffreddamento della normalizzazione.

IV.Pclassificazione del processo

Il processo di trattamento termico dei metalli può essere suddiviso approssimativamente in tre categorie: trattamento termico totale, trattamento termico superficiale e trattamento termico chimico. A seconda del mezzo riscaldante, della temperatura di riscaldamento e del metodo di raffreddamento, ogni categoria può essere distinta in una serie di diversi processi di trattamento termico. Lo stesso metallo, sottoposto a diversi processi di trattamento termico, può ottenere strutture diverse e quindi presentare proprietà differenti. Il ferro e l'acciaio sono i metalli più utilizzati nell'industria e la microstruttura dell'acciaio è anche la più complessa, pertanto esistono diversi processi di trattamento termico per l'acciaio.

Il trattamento termico complessivo consiste nel riscaldamento generale del pezzo, seguito da un raffreddamento a una velocità adeguata, per ottenere la struttura metallurgica desiderata e modificarne le proprietà meccaniche complessive. Il trattamento termico complessivo dell'acciaio si articola in quattro fasi principali: ricottura, normalizzazione, tempra e rinvenimento.

Processo significa:

La ricottura consiste nel riscaldare il pezzo in lavorazione alla temperatura appropriata, utilizzando tempi di mantenimento diversi a seconda del materiale e delle dimensioni del pezzo, e quindi raffreddarlo lentamente. Lo scopo è quello di far sì che l'organizzazione interna del metallo raggiunga o si avvicini allo stato di equilibrio, per ottenere buone prestazioni di processo, oppure per la successiva tempra come preparazione all'organizzazione.

La normalizzazione consiste nel riscaldare il pezzo in lavorazione alla temperatura appropriata dopo averlo raffreddato all'aria. L'effetto della normalizzazione è simile alla ricottura, ma permette di ottenere una struttura più fine. Viene spesso utilizzata per migliorare le prestazioni di taglio del materiale, ma a volte anche come trattamento termico finale per componenti meno esigenti.

La tempra è un processo in cui il pezzo viene riscaldato e isolato in acqua, olio o altri sali inorganici, soluzioni acquose organiche o altri mezzi di tempra per un rapido raffreddamento. Dopo la tempra, i pezzi in acciaio diventano duri, ma allo stesso tempo fragili; per eliminare tempestivamente la fragilità, è generalmente necessario un successivo trattamento di rinvenimento.

Per ridurre la fragilità dei componenti in acciaio, questi vengono temprati a una temperatura adeguata, superiore alla temperatura ambiente e inferiore a 650 °C, per un lungo periodo di tempo, e poi raffreddati; questo processo è chiamato rinvenimento. Ricottura, normalizzazione, tempra e rinvenimento costituiscono il trattamento termico complessivo dei "quattro fuochi", di cui la tempra e il rinvenimento sono strettamente correlati e spesso utilizzati insieme, essendo uno dei due indispensabile. I "quattro fuochi" prevedono temperature di riscaldamento e modalità di raffreddamento diverse, dando origine a processi di trattamento termico differenti. Per ottenere un certo grado di resistenza e tenacità, la tempra e il rinvenimento vengono combinati ad alte temperature, in un processo noto come rinvenimento. Dopo la tempra, alcune leghe vengono mantenute a temperatura ambiente o a una temperatura leggermente superiore per un periodo di tempo prolungato al fine di migliorarne la durezza, la resistenza o il magnetismo elettrico. Questo processo di trattamento termico è chiamato invecchiamento.

La deformazione mediante pressione e il trattamento termico vengono combinati in modo efficace e stretto, consentendo di ottenere un'ottima resistenza e tenacità del pezzo con il metodo noto come trattamento termico di deformazione; il trattamento termico sottovuoto, eseguito in atmosfera a pressione negativa o sottovuoto, non solo impedisce l'ossidazione e la decarburazione del pezzo, preservandone la superficie dopo il trattamento e migliorandone le prestazioni, ma permette anche il trattamento termico chimico tramite un agente osmotico.

Il trattamento termico superficiale consiste nel riscaldare solo lo strato superficiale del pezzo per modificarne le proprietà meccaniche. Per riscaldare esclusivamente lo strato superficiale senza trasferire calore eccessivo all'interno del pezzo, è necessario utilizzare una fonte di calore con un'elevata densità energetica, ovvero una maggiore quantità di energia termica per unità di superficie, in modo che lo strato superficiale o localizzato del pezzo possa raggiungere temperature elevate in un breve lasso di tempo o istantaneamente. I principali metodi di trattamento termico superficiale sono la tempra a fiamma e il riscaldamento a induzione; le fonti di calore comunemente utilizzate sono la fiamma ossiacetilenica o ossipropanica, la corrente a induzione, il laser e il fascio di elettroni.

Il trattamento termico chimico è un processo di trattamento termico dei metalli che modifica la composizione chimica, l'organizzazione e le proprietà dello strato superficiale del pezzo. Il trattamento termico chimico si differenzia dal trattamento termico superficiale in quanto il primo modifica la composizione chimica dello strato superficiale del pezzo. Il trattamento termico chimico prevede che il pezzo, riscaldato e mantenuto a temperatura costante per un periodo prolungato, venga sottoposto a un mezzo contenente carbonio, sali o altri elementi di lega, in modo che lo strato superficiale del pezzo si infiltri di carbonio, azoto, boro, cromo e altri elementi. Dopo l'infiltrazione degli elementi, a volte si procede con altri processi di trattamento termico come la tempra e il rinvenimento. I principali metodi di trattamento termico chimico sono la carburazione, la nitrurazione e la penetrazione del metallo.

Il trattamento termico è uno dei processi più importanti nella produzione di componenti meccanici e stampi. In generale, garantisce e migliora diverse proprietà del pezzo, come la resistenza all'usura e alla corrosione. Può inoltre migliorare la struttura del grezzo e la distribuzione delle tensioni, facilitando così una varietà di lavorazioni a caldo e a freddo.

Ad esempio: la ghisa bianca, dopo un lungo trattamento di ricottura, può diventare ghisa malleabile, migliorandone la plasticità; gli ingranaggi, se sottoposti a un corretto trattamento termico, possono avere una durata di servizio superiore o addirittura decine di volte rispetto agli ingranaggi non trattati termicamente; inoltre, l'acciaio al carbonio economico, grazie all'infiltrazione di determinati elementi di lega, può raggiungere prestazioni simili ad alcuni acciai legati più costosi e sostituire alcuni acciai resistenti al calore e acciai inossidabili; stampi e matrici, che quasi tutti necessitano di un trattamento termico, possono essere utilizzati solo dopo tale trattamento.

mezzi supplementari

I. Tipi di ricottura

La ricottura è un processo di trattamento termico in cui il pezzo viene riscaldato a una temperatura appropriata, mantenuto a tale temperatura per un certo periodo di tempo e quindi raffreddato lentamente.

Esistono molti tipi di processi di ricottura dell'acciaio, che, in base alla temperatura di riscaldamento, possono essere suddivisi in due categorie: la prima prevede la ricottura a temperatura critica (Ac1 o Ac3) al di sopra della temperatura critica, nota anche come ricottura di ricristallizzazione con cambiamento di fase, che include la ricottura completa, la ricottura incompleta, la ricottura sferoidale e la ricottura di diffusione (ricottura di omogeneizzazione), ecc.; la seconda prevede la ricottura al di sotto della temperatura critica, che include la ricottura di ricristallizzazione e la ricottura di distensione, ecc. In base al metodo di raffreddamento, la ricottura può essere suddivisa in ricottura isotermica e ricottura a raffreddamento continuo.

1, ricottura completa e ricottura isotermica

La ricottura completa, nota anche come ricottura di ricristallizzazione, o semplicemente ricottura, consiste nel riscaldare l'acciaio o l'acciaio a una temperatura superiore a 20-30 °C e mantenerla a tale temperatura per un tempo sufficiente a garantire la completa austenitizzazione della struttura dopo un lento raffreddamento, al fine di ottenere una struttura quasi in equilibrio durante il processo di trattamento termico. Questa ricottura viene utilizzata principalmente per la composizione sub-eutettica di getti, forgiati e profilati laminati a caldo di vari acciai al carbonio e legati, e talvolta anche per strutture saldate. Generalmente viene spesso impiegata come trattamento termico finale per pezzi non pesanti o come pre-trattamento termico per alcuni pezzi.

2, ricottura a sfera

La ricottura sferoidale viene utilizzata principalmente per l'acciaio al carbonio sovraeutettico e per gli acciai legati per utensili (come quelli impiegati nella produzione di utensili da taglio, calibri, stampi e matrici). Il suo scopo principale è ridurre la durezza, migliorare la lavorabilità e preparare il materiale per la successiva tempra.

3. Ricottura di distensione

La ricottura di distensione, nota anche come ricottura a bassa temperatura (o tempra ad alta temperatura), viene utilizzata principalmente per eliminare le tensioni residue presenti in fusioni, forgiati, saldature, pezzi laminati a caldo, pezzi trafilati a freddo e altri componenti. Se queste tensioni non vengono eliminate, dopo un certo periodo di tempo, o durante i successivi processi di taglio, l'acciaio potrebbe subire deformazioni o crepe.

4. La ricottura incompleta consiste nel riscaldare l'acciaio a una temperatura compresa tra Ac1 e Ac3 (acciaio sub-eutettico) o tra Ac1 e ACcm (acciaio sovra-eutettico) tra la fase di mantenimento del calore e quella di raffreddamento lento, al fine di ottenere un'organizzazione pressoché bilanciata del processo di trattamento termico.

II.Per il raffreddamento rapido, i mezzi di raffreddamento più comunemente utilizzati sono la salamoia, l'acqua e l'olio.

La tempra in acqua salata del pezzo consente di ottenere facilmente un'elevata durezza e una superficie liscia, non produce facilmente punti di tempra duri e molli, ma può facilmente causare gravi deformazioni del pezzo, fino alla formazione di crepe. L'uso dell'olio come mezzo di tempra è adatto solo per la stabilità dell'austenite superraffreddata, che è relativamente elevata in alcuni acciai legati, o per la tempra di pezzi di acciaio al carbonio di piccole dimensioni.

III.lo scopo della tempra dell'acciaio

1. Ridurre la fragilità, eliminare o ridurre le tensioni interne. Nella tempra dell'acciaio si generano molte tensioni interne e fragilità; una tempra non eseguita tempestivamente può causare deformazioni o addirittura crepe nell'acciaio.

2. Per ottenere le proprietà meccaniche richieste del pezzo, il pezzo dopo la tempra presenta elevata durezza e fragilità, al fine di soddisfare i requisiti delle diverse proprietà di una varietà di pezzi, è possibile regolare la durezza attraverso un'adeguata tempra per ridurre la fragilità della tenacità e della plasticità richieste.

3. Stabilizzare le dimensioni del pezzo in lavorazione

4. Per la ricottura è difficile ammorbidire certi acciai legati; nella tempra (o normalizzazione) si utilizza spesso dopo il rinvenimento ad alta temperatura, in modo che i carburi dell'acciaio si aggreghino in modo appropriato, riducendo la durezza e facilitando così il taglio e la lavorazione.

Concetti supplementari

1. Ricottura: si riferisce al processo di trattamento termico di materiali metallici riscaldati a una temperatura appropriata, mantenuti a tale temperatura per un certo periodo di tempo e poi raffreddati lentamente. I processi di ricottura più comuni sono: ricottura di ricristallizzazione, ricottura di distensione, ricottura sferoidale, ricottura completa, ecc. Lo scopo della ricottura è principalmente quello di ridurre la durezza dei materiali metallici, migliorarne la plasticità, facilitare il taglio o la lavorazione meccanica, ridurre le tensioni residue, migliorare l'omogeneizzazione della composizione e della struttura, o prepararli per successivi trattamenti termici.

2. Normalizzazione: si riferisce al trattamento termico dell'acciaio o dell'acciaio riscaldato a una temperatura superiore a 30-50 °C per un tempo adeguato, raffreddato in aria calma. Lo scopo della normalizzazione è principalmente quello di migliorare le proprietà meccaniche dell'acciaio a basso tenore di carbonio, migliorarne la lavorabilità e la capacità di taglio, affinare la grana, eliminare i difetti di organizzazione e preparare l'organizzazione per il successivo trattamento termico.

3. Tempra: si riferisce al riscaldamento dell'acciaio a una temperatura superiore ad Ac3 o Ac1 (acciaio al di sotto della temperatura critica), al mantenimento di tale temperatura per un certo tempo e successivo raffreddamento a una velocità adeguata, al fine di ottenere la struttura martensitica (o bainitica) necessaria per il successivo trattamento termico. I processi di tempra più comuni sono la tempra a mezzo singolo, la tempra a doppio mezzo, la tempra martensitica, la tempra isotermica bainitica, la tempra superficiale e la tempra localizzata. Lo scopo della tempra è quello di far sì che i componenti in acciaio ottengano la struttura martensitica desiderata, migliorando la durezza, la resistenza e la resistenza all'abrasione del pezzo, preparandolo al meglio per i successivi trattamenti termici.

4. Rinvenimento: si riferisce al processo di trattamento termico dell'acciaio: prima temprato, poi riscaldato a una temperatura inferiore ad Ac1, mantenuto per un certo periodo di tempo e infine raffreddato a temperatura ambiente. I processi di rinvenimento più comuni sono: rinvenimento a bassa temperatura, rinvenimento a media temperatura, rinvenimento ad alta temperatura e rinvenimento multiplo.

Scopo del rinvenimento: principalmente eliminare le tensioni prodotte dall'acciaio durante la tempra, in modo che l'acciaio abbia un'elevata durezza e resistenza all'usura, nonché la plasticità e la tenacità richieste.

5. Rinvenimento: si riferisce al processo di trattamento termico composito dell'acciaio o dell'acciaio per tempra e rinvenimento ad alta temperatura. Utilizzato nel trattamento di rinvenimento dell'acciaio detto acciaio temprato. Si riferisce generalmente all'acciaio strutturale a medio tenore di carbonio e all'acciaio strutturale legato a medio tenore di carbonio.

6. Carburazione: la carburazione è il processo che permette agli atomi di carbonio di penetrare nello strato superficiale dell'acciaio. Serve anche a far sì che un pezzo in acciaio a basso tenore di carbonio abbia uno strato superficiale di acciaio ad alto tenore di carbonio, e successivamente, dopo tempra e rinvenimento a bassa temperatura, lo strato superficiale del pezzo risulti altamente duro e resistente all'usura, mentre la parte centrale del pezzo mantiene la tenacità e la plasticità dell'acciaio a basso tenore di carbonio.

Metodo del vuoto

Poiché le operazioni di riscaldamento e raffreddamento dei pezzi metallici richiedono una dozzina o addirittura decine di passaggi per essere completate, e poiché queste operazioni vengono eseguite all'interno del forno di trattamento termico sottovuoto, in un ambiente inaccessibile all'operatore, è necessario un elevato grado di automazione del forno stesso. Allo stesso tempo, alcune operazioni, come il riscaldamento e il mantenimento della temperatura al termine del processo di tempra del pezzo metallico, richiedono sei o sette passaggi da completare entro 15 secondi. In condizioni così critiche, è facile che l'operatore si senta sotto pressione e commetta errori. Pertanto, solo un elevato grado di automazione può garantire un coordinamento preciso e tempestivo in conformità con il programma.

Il trattamento termico sottovuoto di componenti metallici viene eseguito in un forno a vuoto chiuso, dove è fondamentale una rigorosa tenuta sottovuoto. Pertanto, ottenere e mantenere il tasso di perdita d'aria originale del forno, garantire il vuoto di lavoro e assicurare la qualità dei componenti trattati termicamente sottovuoto, riveste un'importanza cruciale. Un aspetto chiave per un forno di trattamento termico sottovuoto è quindi la presenza di una struttura di tenuta affidabile. Per garantire le prestazioni di vuoto del forno, la progettazione della sua struttura deve seguire un principio fondamentale: il corpo del forno deve essere saldato a tenuta di gas, riducendo al minimo o eliminando del tutto le aperture e limitando l'uso di strutture di tenuta dinamiche, in modo da minimizzare le possibilità di perdite di vuoto. Anche i componenti e gli accessori installati all'interno del corpo del forno, come gli elettrodi raffreddati ad acqua e il dispositivo di esportazione della termocoppia, devono essere progettati in modo da garantire la tenuta.

La maggior parte dei materiali isolanti e riscaldanti può essere utilizzata solo sotto vuoto. Il rivestimento isolante e riscaldante dei forni per trattamenti termici sottovuoto opera ad alta temperatura e in condizioni di vuoto, pertanto questi materiali devono possedere elevati requisiti di resistenza alle alte temperature, resistenza alle radiazioni, conducibilità termica e altre caratteristiche. I requisiti di resistenza all'ossidazione non sono invece elevati. Per questo motivo, nei forni per trattamenti termici sottovuoto si utilizzano ampiamente tantalio, tungsteno, molibdeno e grafite come materiali isolanti e riscaldanti. Tuttavia, questi materiali si ossidano molto facilmente in atmosfera, pertanto non possono essere impiegati nei forni per trattamenti termici ordinari.

Dispositivo di raffreddamento ad acqua: il guscio del forno per trattamento termico sottovuoto, il coperchio del forno, le resistenze elettriche, gli elettrodi raffreddati ad acqua, lo sportello intermedio di isolamento termico sottovuoto e altri componenti, operano sottovuoto e sottoposti a calore. Lavorando in condizioni così estremamente sfavorevoli, è fondamentale garantire che la struttura di ciascun componente non si deformi o si danneggi e che la tenuta del vuoto non si surriscaldi o si bruci. Pertanto, ogni componente deve essere dotato di un sistema di raffreddamento ad acqua a seconda delle specifiche esigenze, per garantire il normale funzionamento del forno per trattamento termico sottovuoto e una durata utile sufficiente.

L'uso di bassa tensione e alta corrente: contenitore sottovuoto, quando il grado di vuoto è nell'ordine di pochi lxlo-1 torr, il conduttore alimentato nel contenitore sottovuoto è sottoposto a una tensione più elevata, producendo il fenomeno della scarica a bagliore. Nel forno di trattamento termico sottovuoto, una grave scarica ad arco può bruciare l'elemento riscaldante elettrico e lo strato isolante, causando incidenti e perdite ingenti. Pertanto, la tensione di esercizio dell'elemento riscaldante elettrico del forno di trattamento termico sottovuoto non supera generalmente gli 80-100 volt. Allo stesso tempo, nella progettazione della struttura dell'elemento riscaldante elettrico è necessario adottare misure efficaci, come cercare di evitare la presenza di punte di parti e garantire che la distanza tra gli elettrodi non sia troppo piccola, al fine di prevenire la generazione di scariche a bagliore o scariche ad arco.

Temperamento

In base ai diversi requisiti prestazionali del pezzo e alle diverse temperature di rinvenimento, si possono distinguere le seguenti tipologie di rinvenimento:

(a) tempra a bassa temperatura (150-250 gradi)

Rinvenimento a bassa temperatura della struttura risultante per la martensite rinvenuta. Il suo scopo è quello di mantenere l'elevata durezza e l'elevata resistenza all'usura dell'acciaio temprato, riducendo al contempo le tensioni interne di tempra e la fragilità, in modo da evitare scheggiature o danni prematuri durante l'uso. Viene utilizzato principalmente per una varietà di utensili da taglio ad alto tenore di carbonio, calibri, stampi trafilati a freddo, cuscinetti volventi e componenti cementati, ecc., e dopo il rinvenimento la durezza è generalmente compresa tra HRC58 e HRC64.

(ii) tempra a media temperatura (250-500 gradi)

Trattamento termico a media temperatura per corpi in quarzo temprato. Il suo scopo è ottenere un'elevata resistenza allo snervamento, un elevato limite elastico e un'elevata tenacità. Pertanto, viene utilizzato principalmente per la produzione di molle e per la lavorazione di stampi a caldo; la durezza di tempra è generalmente compresa tra HRC35 e 50.

(C) tempra ad alta temperatura (500-650 gradi)

Il trattamento termico di tempra ad alta temperatura della Sohnite temprata è un processo complesso che combina tempra convenzionale e tempra ad alta temperatura, noto come trattamento di rinvenimento. Il suo scopo è quello di ottenere migliori proprietà meccaniche complessive in termini di resistenza, durezza, plasticità e tenacità. Per questo motivo, è ampiamente utilizzato in automobili, trattori, macchine utensili e altri componenti strutturali importanti, come bielle, bulloni, ingranaggi e alberi. La durezza dopo il rinvenimento è generalmente compresa tra HB200 e 330.

prevenzione delle deformazioni

Le cause della deformazione degli stampi complessi di precisione sono spesso complesse, ma solo comprendendone la legge di deformazione, analizzandone le cause e utilizzando diversi metodi per prevenirla, possiamo ridurla e controllarla. In generale, il trattamento termico degli stampi complessi di precisione può essere prevenuto con i seguenti metodi.

(1) Selezione ragionevole del materiale. Per gli stampi complessi di precisione è necessario selezionare un buon acciaio per stampi a microdeformazione (come l'acciaio temprato ad aria), l'acciaio per stampi con segregazione di carburi grave deve essere sottoposto a un trattamento termico di forgiatura e tempra ragionevole, l'acciaio per stampi più grande e non forgiabile può essere sottoposto a un doppio trattamento termico di raffinazione in soluzione solida.

(2) La progettazione della struttura dello stampo dovrebbe essere ragionevole, lo spessore non dovrebbe essere troppo disomogeneo, la forma dovrebbe essere simmetrica, per la deformazione dello stampo più grande per padroneggiare la legge di deformazione, riservare il margine di lavorazione, per stampi grandi, precisi e complessi si può utilizzare una combinazione di strutture.

(3) Gli stampi di precisione e complessi devono essere sottoposti a pretrattamento termico per eliminare le tensioni residue generate nel processo di lavorazione.

(4) Scelta ragionevole della temperatura di riscaldamento, controllo della velocità di riscaldamento, per stampi complessi di precisione si possono adottare metodi di riscaldamento lento, preriscaldamento e altri metodi di riscaldamento bilanciati per ridurre la deformazione dello stampo durante il trattamento termico.

(5) Nell'ottica di garantire la durezza dello stampo, provare a utilizzare il pre-raffreddamento, il raffreddamento graduale o il processo di tempra a temperatura controllata.

(6) Per stampi di precisione e complessi, se le condizioni lo consentono, provare a utilizzare la tempra con riscaldamento sottovuoto e il trattamento di raffreddamento profondo dopo la tempra.

(7) Per alcuni stampi di precisione e complessi si possono utilizzare il pre-trattamento termico, il trattamento termico di invecchiamento, il trattamento termico di nitrurazione e tempra per controllare la precisione dello stampo.

(8) Nella riparazione di fori di sabbia dello stampo, porosità, usura e altri difetti, l'uso di una saldatrice a freddo e di altre apparecchiature di riparazione a impatto termico per evitare la deformazione durante il processo di riparazione.

Inoltre, anche la corretta esecuzione del processo di trattamento termico (come la chiusura dei fori, il fissaggio dei fori, il fissaggio meccanico, l'utilizzo di metodi di riscaldamento adeguati, la scelta corretta della direzione di raffreddamento dello stampo e della direzione di movimento nel mezzo di raffreddamento, ecc.) e un ragionevole processo di trattamento termico di tempra sono misure efficaci per ridurre la deformazione di stampi di precisione e complessi.

Il trattamento termico di tempra e rinvenimento superficiale viene solitamente effettuato mediante riscaldamento a induzione o a fiamma. I principali parametri tecnici sono la durezza superficiale, la durezza locale e la profondità effettiva dello strato indurito. Per la prova di durezza si può utilizzare un durometro Vickers, un durometro Rockwell o un durometro Rockwell superficiale. La scelta della forza di prova (scala) è correlata alla profondità dello strato indurito effettivo e alla durezza superficiale del pezzo. In questo contesto, sono coinvolti tre tipi di durometri.

Innanzitutto, il durometro Vickers è un mezzo importante per testare la durezza superficiale dei pezzi trattati termicamente. È possibile selezionare una forza di prova da 0,5 a 100 kg, testare strati di indurimento superficiale sottili fino a 0,05 mm di spessore, e offre la massima precisione, consentendo di distinguere anche le minime differenze di durezza superficiale dei pezzi trattati termicamente. Inoltre, il durometro Vickers deve anche rilevare la profondità dello strato indurito effettivo; pertanto, per i processi di trattamento termico superficiale o per la lavorazione di un gran numero di pezzi trattati termicamente, è indispensabile dotarsi di un durometro Vickers.

In secondo luogo, il durometro Rockwell è molto adatto anche per testare la durezza di pezzi con superficie temprata. Il durometro Rockwell offre tre scale di misurazione tra cui scegliere e può testare la profondità di tempra effettiva di oltre 0,1 mm su vari pezzi con superficie temprata. Sebbene la precisione del durometro Rockwell non sia elevata come quella del durometro Vickers, come strumento di controllo qualità e ispezione qualificato per impianti di trattamento termico, si è dimostrato adeguato. Inoltre, presenta un funzionamento semplice, è facile da usare, ha un prezzo contenuto, consente misurazioni rapide e permette di leggere direttamente il valore di durezza e altre caratteristiche. L'utilizzo del durometro Rockwell può essere impiegato per testare rapidamente e in modo non distruttivo lotti di pezzi con superficie temprata. Questo è importante per gli impianti di lavorazione dei metalli e di produzione di macchinari.

In terzo luogo, quando lo strato superficiale indurito dal trattamento termico è più spesso, è possibile utilizzare anche un durometro Rockwell. Quando lo spessore dello strato indurito dal trattamento termico è compreso tra 0,4 e 0,8 mm, si può utilizzare la scala HRA, mentre quando lo spessore dello strato indurito è superiore a 0,8 mm, si può utilizzare la scala HRC.

I tre tipi di valori di durezza Vickers, Rockwell e Rockwell superficiale possono essere facilmente convertiti l'uno nell'altro, in base agli standard, ai disegni o al valore di durezza richiesto dall'utente. Le tabelle di conversione corrispondenti sono fornite negli standard internazionali ISO, negli standard americani ASTM e negli standard cinesi GB/T.

Indurimento localizzato

Per le parti che richiedono una durezza locale più elevata, è possibile utilizzare il riscaldamento a induzione o altri metodi di trattamento termico di tempra localizzata. In genere, per tali parti è necessario indicare sui disegni la posizione del trattamento termico di tempra localizzata e il valore di durezza locale. La prova di durezza delle parti deve essere eseguita nell'area designata. Gli strumenti di prova di durezza possono essere un durometro Rockwell, che misura il valore di durezza HRC, oppure, se lo strato di indurimento del trattamento termico è superficiale, un durometro Rockwell superficiale, che misura il valore di durezza HRN.

Trattamento termico chimico

Il trattamento termico chimico consiste nell'infiltrazione di uno o più elementi chimici atomici sulla superficie del pezzo, in modo da modificarne la composizione chimica, l'organizzazione e le proprietà superficiali. Dopo la tempra e il rinvenimento a bassa temperatura, la superficie del pezzo presenta elevata durezza, resistenza all'usura e resistenza alla fatica da contatto, mentre il nucleo del pezzo ha un'elevata tenacità.

In base a quanto sopra, il rilevamento e la registrazione della temperatura nel processo di trattamento termico sono di fondamentale importanza, e un controllo inadeguato della temperatura ha un impatto significativo sul prodotto. Pertanto, il rilevamento della temperatura è cruciale, così come il monitoraggio dell'andamento della temperatura durante l'intero processo. Di conseguenza, è necessario registrare le variazioni di temperatura durante il trattamento termico, il che faciliterà l'analisi dei dati futuri e permetterà di individuare i momenti in cui la temperatura non soddisfa i requisiti. Questo contribuirà in modo determinante al miglioramento del trattamento termico in futuro.

Procedure operative

1. Pulire l'area operativa, verificare che l'alimentazione elettrica, gli strumenti di misurazione e i vari interruttori funzionino correttamente e che il flusso d'acqua sia regolare.

2. Gli operatori devono indossare dispositivi di protezione individuale adeguati, altrimenti la situazione diventa pericolosa.

3. Aprire l'interruttore di trasferimento universale dell'alimentazione di controllo, secondo i requisiti tecnici delle sezioni graduate dell'apparecchiatura, l'aumento e la diminuzione della temperatura, per prolungare la durata dell'apparecchiatura e mantenerla integra.

4. Prestare attenzione alla temperatura del forno di trattamento termico e alla regolazione della velocità del nastro trasportatore, in modo da poter rispettare gli standard di temperatura richiesti per i diversi materiali, garantire la durezza del pezzo, la rettilineità della superficie e lo strato di ossidazione, e svolgere un lavoro in piena sicurezza.

5. Prestare attenzione alla temperatura del forno di tempra e alla velocità del nastro trasportatore, aprire l'aria di scarico, in modo che il pezzo dopo la tempra soddisfi i requisiti di qualità.

6, nel lavoro bisogna attenersi al post.

7. essere in grado di configurare le attrezzature antincendio necessarie e di conoscere le modalità di utilizzo e manutenzione.

8. Quando si arresta la macchina, è necessario verificare che tutti gli interruttori di controllo siano in posizione OFF, quindi chiudere l'interruttore di trasferimento universale.

Surriscaldamento

Dalla superficie ruvida dei cuscinetti degli accessori a rulli si può osservare un surriscaldamento della microstruttura dopo la tempra. Tuttavia, per determinare l'esatto grado di surriscaldamento è necessario esaminare la microstruttura. Se nell'acciaio GCr15, dopo la tempra, si osserva la presenza di martensite aghiforme grossolana, si tratta di un surriscaldamento della struttura. La causa della formazione di questo surriscaldamento può essere dovuta a una temperatura di riscaldamento troppo elevata o a un tempo di riscaldamento e mantenimento troppo lungo; può anche essere dovuta alla struttura originale dei carburi a banda, con conseguente formazione di martensite aghiforme localizzata tra le due bande, che provoca un surriscaldamento localizzato. L'austenite residua nella struttura surriscaldata aumenta e la stabilità dimensionale diminuisce. A causa del surriscaldamento della struttura di tempra, i cristalli di acciaio diventano grossolani, il che comporta una riduzione della tenacità dei componenti, una minore resistenza agli urti e una riduzione della durata del cuscinetto. Un surriscaldamento grave può persino causare cricche di tempra.

Riscaldamento insufficiente

Una temperatura di tempra bassa o un raffreddamento inadeguato produrranno una microstruttura con una struttura di torrenite superiore a quella standard, nota come struttura di sottoriscaldamento, che provoca una diminuzione della durezza e una drastica riduzione della resistenza all'usura, compromettendo la durata dei cuscinetti a rulli.

Raffreddamento delle crepe

Nei componenti dei cuscinetti a rulli, durante i processi di tempra e raffreddamento, a causa delle tensioni interne si formano delle cricche, dette cricche di tempra. Le cause di tali cricche sono: temperatura di riscaldamento troppo elevata o raffreddamento troppo rapido durante la tempra; stress termico e variazione di volume della massa metallica superiori alla resistenza a frattura dell'acciaio; difetti superficiali (come cricche o graffi superficiali) o difetti interni nell'acciaio (come scorie, inclusioni non metalliche gravi, macchie bianche, residui di ritiro, ecc.) che causano la formazione di concentrazioni di stress durante la tempra; grave decarburazione superficiale e segregazione di carburi; rinvenimento insufficiente o non tempestivo dei componenti temprati; stress da punzonatura a freddo eccessivo causato da processi precedenti, piegature da forgiatura, tagli di tornitura profondi, spigoli vivi delle scanalature dell'olio e così via. In breve, la causa delle cricche di tempra può essere uno o più dei fattori sopra elencati, ma la presenza di tensioni interne è la ragione principale della loro formazione. Le cricche da tempra sono profonde e sottili, con una frattura rettilinea e senza colorazione ossidata sulla superficie di rottura. Spesso si presentano come cricche longitudinali piatte o anulari sul collarino del cuscinetto; sulla sfera in acciaio del cuscinetto la forma è a S, a T o anulare. La caratteristica organizzativa delle cricche da tempra è l'assenza di fenomeni di decarburazione su entrambi i lati della cricca, che le distingue nettamente dalle cricche da forgiatura e dalle cricche del materiale.

Deformazione da trattamento termico

Nei componenti dei cuscinetti NACHI sottoposti a trattamento termico, si verificano stress termici e stress strutturali. Questi stress interni possono sovrapporsi o compensarsi parzialmente, risultando complessi e variabili, poiché dipendono dalla temperatura di riscaldamento, dalla velocità di riscaldamento, dalla modalità di raffreddamento, dalla velocità di raffreddamento, dalla forma e dalle dimensioni dei componenti. Di conseguenza, la deformazione dovuta al trattamento termico è inevitabile. Riconoscere e padroneggiare le leggi che regolano questo processo permette di mantenere la deformazione dei componenti dei cuscinetti (come l'ovalizzazione del collare, l'aumento di dimensioni, ecc.) entro un intervallo controllabile, a vantaggio della produzione. Naturalmente, anche le sollecitazioni meccaniche durante il processo di trattamento termico possono causare deformazioni, ma queste possono essere sfruttate per migliorare le prestazioni e, se necessario, ridurre o evitare tali deformazioni.

Decarburazione superficiale

Nel processo di trattamento termico, se i componenti dei cuscinetti degli accessori a rulli vengono riscaldati in un mezzo ossidante, la superficie si ossida, riducendo la frazione di massa di carbonio superficiale e provocando la decarburazione. Una profondità dello strato di decarburazione superficiale superiore alla quantità di materiale residuo durante la lavorazione finale comporta lo scarto dei componenti. La determinazione della profondità dello strato di decarburazione superficiale può essere effettuata mediante esame metallografico o mediante misurazione della microdurezza. La curva di distribuzione della microdurezza dello strato superficiale, basata su un metodo di misurazione specifico, può essere utilizzata come criterio di valutazione.

Punto debole

A causa di un riscaldamento insufficiente, un raffreddamento inadeguato e un'operazione di tempra incompleta dovuta a una durezza superficiale non ottimale delle parti del cuscinetto a rulli, si verifica un fenomeno noto come punto di tempra debole. Questo fenomeno, simile alla decarburazione superficiale, può causare un grave calo della resistenza all'usura e alla fatica della superficie.