Concetti Chiave
- Il trattamento termico modifica la struttura interna e le proprietà meccaniche dei materiali solidi, come durezza e tenacità, per migliorarne l'utilizzo.
- Il ciclo termico dei trattamenti comprende tre fasi: riscaldamento, mantenimento a temperatura costante e raffreddamento, ognuna con specifiche caratteristiche.
- La ricottura ripristina la struttura chimica naturale dell'acciaio, annullando gli effetti di trattamenti precedenti e migliorando le sue caratteristiche.
- La bonifica, attraverso tempra e rinvenimento, conferisce durezza all'acciaio eliminando tensioni interne e fragilità, aumentando la tenacità.
- Cementazione e nitrurazione sono operazioni di indurimento superficiale; la prima utilizza il carbonio mentre la seconda impiega l'azoto per migliorare le proprietà superficiali dei metalli.
Si può definire trattamento termico un insieme di operazioni, eseguite su un materiale solido, il cui scopo è di modificare la struttura interna, la composizione chimica, le proprietà meccaniche e tecnologiche (per una migliore utilizzazione del pezzo stesso). Le proprietà dei materiali che si possono modificare con i trattamenti termici sono: durezza, resistenza meccanica, tenacità, lavorabilità.
Essi sono possibili grazie all'attivazione degli atomi di carbonio (quindi acciai e ghise), quando sono sottoposti ad una certa quantità di energia calore.
Fasi del ciclo termico
Tutti i trattamenti sono caratterizzati dal ciclo termico, ossia dalla successione di tre fasi ben distinte: la fase di riscaldamento, consiste nel riscaldare uniformemente (quindi lentamente) il materiale dalla temperatura ambiente fino a una certa temperatura caratteristica o fase di permanenza alla temperatura costante, consiste nel mantenere il materiale a temperatura costante per un determinato intervallo di tempo; la fase di raffreddamento, consiste nel riportare il materiale scaldato a temperatura ambiente in modi diversi; la velocità del raffreddamento varia da poche decine di gradi all'ora (in forno) a centinaia di gradi al secondo (in acqua o olio). Di seguito i principali trattamenti termici sugli acciai:
Dettagli sulla ricottura
RICOTTURA: consiste nel riscaldare l'acciaio da trattare sino ad una temperatura intorno ai 700°C, mantenuto per un dato tempo e nel farlo raffreddare lentamente in forno. La ricottura annulla gli effetti dovuti a trattamenti termici o meccanici (lavorazioni varie) precedenti, riportando dunque l'acciaio alla struttura chimica naturale, con conseguenti caratteristiche.
BONIFICA: consiste nella sequenza tempra-rinvenimento, attuata agli acciai con tenore di carbonio superiore a 0,25%. La tempra si esegue riscaldando il metallo fino alla temperatura di circa 800°C e quindi si raffredda rapidamente in acqua, olio o aria: il brusco raffreddamento conferisce durezza, ma questo processo crea nei metalli cospicue tensioni e deformazioni interne che lo rendono fragile. I difetti della tempra si possono eliminare con il rinvenimento che consiste nel riscaldare immediatamente e nuovamente l'acciaio a temperatura più bassa 600°C, nel mantenerlo per un certo tempo (minimo 2 ore) ed infine un raffreddamento controllato più o meno veloce, a seconda dei casi. Il rinvenimento annulla le tensioni interne e la fragilità del materiale, perdendo un po' di durezza, ma aumentando nel contempo le caratteristiche di tenacità.
Cementazione e nitrurazione
CEMENTAZIONE: è un'operazione di indurimento superficiale, profondo pochi millimetri. Ha lo scopo di ottenere un prodotto che, dopo la successiva bonifica, presenti uno strato superficiale durissimo e resistente all'usura, unitamente ad un cuore tenace. Essa consiste nella carburazione superficiale di acciai a basso tenore di carbonio (
NITRURAZIONE: è anch'essa un'operazione di indurimento superficiale, profondo pochi decimi di millimetro (circa O.5O mm per 55 ore di effettiva permanenza); in questo caso l'elemento assorbito è l'azoto. L'operazione consiste in un prolungato mantenimento a circa 500°C in mezzi capaci di cedere detto elemento: a differenza della cementazione, essa viene eseguita su materiale già bonificato e non richiede trattamenti successivi.
Domande da interrogazione
- Qual è lo scopo principale del trattamento termico?
- Quali sono le fasi del ciclo termico nei trattamenti termici?
- Cosa comporta il processo di ricottura?
- In cosa consiste la bonifica e quali sono i suoi passaggi?
- Qual è la differenza tra cementazione e nitrurazione?
Il trattamento termico ha lo scopo di modificare la struttura interna, la composizione chimica e le proprietà meccaniche e tecnologiche dei materiali solidi per migliorarne l'utilizzo (come indicato nel testo).
Il ciclo termico è caratterizzato da tre fasi: riscaldamento, mantenimento a temperatura costante e raffreddamento, ognuna delle quali è fondamentale per il successo del trattamento (come descritto nel testo).
La ricottura prevede il riscaldamento dell'acciaio a circa 700°C, seguito da un raffreddamento lento, per annullare gli effetti di trattamenti precedenti e riportare l'acciaio alla sua struttura chimica naturale (secondo il testo).
La bonifica consiste nella sequenza di tempra e rinvenimento, che conferisce durezza all'acciaio e successivamente elimina le tensioni interne, migliorando la tenacità (come spiegato nel testo).
La cementazione è un'indurimento superficiale che aumenta il contenuto di carbonio, mentre la nitrurazione indurisce la superficie con azoto e viene eseguita su materiale già bonificato, senza necessità di trattamenti successivi (come evidenziato nel testo).
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