Appunti di Scienza dei materiali e metallurgia

Processo di riscaldamento e raffreddamento per la struttura dei materiali

CONTRO: notevole impiego di mezzi e tempo) e si ottiene una struttura grossolana→

PROCESSO: riscaldamento lento ed uniforme a 30-50°C sopra AC3 (temp. minima austenitizzazione), mantenimento in temperatura fino alla conclusione dei fenomeni diffusivi e completa austenitizzazione; raffreddamento molto lento a 30-100°C/h per acciai legati, 150-200°C/h per acciaial C, in aria sotto i 500°C→

RISULTATI STRUTTURALI: grana grossolana (perlite+ferrite per gli ipo, perlite+cementite secondaria per gli iper). Con l'aumento della velocità di raffreddamento aumenta la quantità di perlite e la sua dispersione, diminuisce la quantità di ferrite.19 togliere segregaz.minore / trasformare fasi metastabili / ridurre tensioni interne di lavorazione 232.

Ricottura isotermica→ SCOPO: ottenere un risultato simile alla r.completa ma diminuendo i tempi→

APPLICAZIONI: tutti i casi in cui il tempo di trattamento è una variabile essenziale;

Conviene soprattutto su pezzi laminati e forgiati di dimensioni abbastanza piccole.

PRO: trasformazione completa ma tempi (e quindi costi) di molto inferiori rispetto alla ricottura (~30h ~8-10h completa, ad esempio piccoli profilati di acciaio rapido completa, isotermica). La microstruttura ottenuta non è la stessa della ricottura completa e di conseguenza l'aumento di duttilità non è dello stesso livello.

CONTRO: il processo prevede riscaldamento e mantenimento uguali a quelli della ricottura completa; raffreddamento più o meno rapido ad una temperatura leggermente inferiore ad A1 (coincidente col naso delle curve di Bain) e permanenza a tale temperatura per il tempo necessario seguita dal raffreddamento in aria fino a temperatura ambiente.

RISULTATI STRUTTURALI: perlite lamellare o perlite lamellare + ferrite (relativamente dolci) completa isotermica.

3. Ricottura incompleta (o di coalescenza/di sferoidizzazione)

SCOPO: migliorare la lavorabilità, in particolare da truciolazione.

diminuire la durezza→ PROCESSO: riscaldamento a temperatura inferiore ad AC1 (550-600°C), permanenza per un tempo conveniente, raffreddamento arbitrarioNB: se abbinata alla normalizzazione si chiama ricottura di lavorabilità, se abbinata alla tempra si chiama rinvenimento, il principio è lo stesso 245.

Ricottura di omogeneizzazione (o di diffusione)→ SCOPO: diminuire le segregazioni ed uniformare la composizione chimica→ APPLICAZIONI: lingotti in acciaio legato e grossi pezzi di fonderia→ PROCESSO: riscaldamento a 1100-1200°C per il minor tempo possibile, raffreddamento in forno e poi in aria. Il tempo varia dalle 8 alle 16 ore. Dopo l’omogeneizzazione, in genere i pezzi subiscono una ricottura completa o una normalizzazione per correggere la struttura (grano ingrossato)6.

Distensione→ SCOPO: riduzione tensioni residue da tempra o incrudimenti a freddo, mantenendo la tenacità senza degradare in modo sensibile la durezza→

PROCESSO: riscaldamento a temperatura notevolmente sotto ad Ac1 (200/250°C) e permanenza per un tempo conveniente.

Normalizzazione→ SCOPO: ottenere un acciaio più duro rispetto a quello ricotto.

PROCESSO: riscaldamento ad una temperatura superiore ad Ac3 (acciai ipo) o Ac1/Acm (acciaiiper); permanenza a quella temperatura per un tempo sufficiente a far avvenire la trasformazione austenitica (anche solo 15 minuti da quando si stabilisce temperatura uniforme); raffreddamento con velocità superiore a quella critica di trasformazione (in genere in aria calma).

RISULTATI STRUTTURALI: il raffreddamento accelerato in aria porta ad una decomposizione dell’austenite, quindi si ha una perlite più fine e si ha un marcato affinamento del grano (questo provoca maggiore durezza).

all’inizio della lavora-RIGENERAZIONE: siccome la normalizzazione è un trattamento utilizzatozione per ricristallizzare al posto della ricottura dato il grande risparmio.

Il raffreddamento è così veloce, il calore non ha tempo di diffondere in modo uniforme, e il cuore avrà un raffreddamento più lento rispetto alla superficie. Dato che la martensite nel cuore si forma dopo quella in superficie, l'aumento di volume del cuore non può essere "sfogato" essendo la superficie già trasformata e indeformabile, con il risultato di grandi tensioni interne che, se eccessive, possono formare cricche da tempra. Per ovviare a questo fenomeno sono state messe a punto le tre tempre alternative.

ii. Tempra scalare (martempering/marquenching)

Molto semplice: invece che raffreddarlo tutto in una volta sola, il pezzo viene portato ad una temperatura appena superiore a M per un tempo sufficiente a far omogeneizzare la temperatura di cuore e superficie, dopodiché viene raffreddato normalmente. È soltanto una versione "migliorata" della tempra classica per evitare la formazione delle cricche.

iii.

Tempra bainitica completa (austempering/ausquenching)
Si raffredda velocemente fino ad appena sopra M, si lascia proseguire la trasformazione bainitica e si raffredda fino a temperatura ambiente. Dopo questo trattamento si ha una struttura totalmente bainitica e dunque non è previsto rinvenimento.

Tempra bainitica parziale
Il raffreddamento è costante ma non isotermico, quindi la trasformazione bainitica non è completa e si ha una presenza di martensite afine trattamento. Per questo motivo è previsto un rinvenimento dopo il trattamento.

Temprabilità → "capacità di un acciaio di assumere struttura di tempra a distanza dalla superficie di scambio dimezzo temprante". Si quantifica attraverso la profondità a cui arriva l'indurimento (percalore col netrazione di tempra) si prende come riferimento la profondità a cui si ha 50/50 martensite/perlite. Viene misurata dalla prova Jominy. → È

funzione di :20 –o dimensione del grano austenitico (PAG, prior austenitic grain) grana fine = meno nucleazioneperlite = curve CCT a destra (NB: aumenta la possibilità di cricche di tempra)o drasticità del bagno di temprao diametro del provino –o composizione chimica tutti gli elementi tranne il cobalto spostano a destra e in basso le curveCCT. Più tempo prima delle curve = più tempo per temprare = più temprabilitàNB: buona tempra = provoca 80% di austenite martensificata ad ¼ del raggio in un pezzo cilindricoNB: acciai serie H (astm) hanno buona temprabilità20 Ricordare fattori che spostano a sx e a dx le curve CCT 26→ tondo d’acciaio scaldato a temperatura di tempra, estre-prova Jominy:mità raffreddata con acqua a temperatura ambiente, si misura la diffe-renza di durezza tra l’estremità trattata e quella non trattata. La durezzaviene misurata rettificando lungo una retta generatrice

del cilindro unsolco di 0,4mm e testando la durezza ogni 1,5mm da un capo all'altro. Le misure vengono raccolte e si ricava il diagramma della curva di tem-prabilità con la banda jominy che indica durezza massima e minima rag-giungibile dall'acciaio. NB: il flesso nella curva indica 50% martensite

Bonifica

Trattamento termico "intero" che consiste in tempra+rinvenimento. IRL ogni volta che si tempra si esegue sempre un rinvenimento, in quanto la tempra è un trattamento "finale". Si basa sul fatto che la martensite ha grande resistenza ma grande fragilità. Il rinvenimento ha effetti su tenacità (aumenta), austenite residua (si trasforma) e sforzi interni (li riduce).

Il rinvenimento avviene in cinque stadi:

• primo stadio (100-250°C) precipitano carburi a bordo grano e grazie a ciò la martensite si porta ac = 0,2% (se prima era >0,2 altrimenti inalterata) (diminuiscono durezza e tensioni) (fino a