Informazioni tecniche Articolo pubblicato sulla rivista "Quaderni Tecnologici" del mese di ottobre 2002

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1 Informazioni tecniche Articolo pubblicato sulla rivista "Quaderni Tecnologici" del mese di ottobre 2002 TRATTAMENTI TERMICI PER GLI STAMPI CONSIDERAZIONI E CONSIGLI Franco Trombetta - S.T.T. s.r.l. Per trattamenti termici s'intendono quelle operazioni o successioni d'operazioni termiche alle quali vengono sottoposti metalli o leghe metalliche allo scopo d'ottenere una determinata struttura e determinate proprietà finali, con variazioni più o meno accentuate rispetto a quelle di partenza.le operazioni sono effettuate su materiali allo stato solido ed in ambienti di natura prestabilita.le parti essenziali in cui può venire suddiviso un trattamento termico sono tre:riscaldamento,mantenimento ad una certa temperatura,raffreddamento da tale temperatura secondo leggi determinate. Di seguito sono riportati i principali trattamenti termici ed i loro impieghi. 1) Tempra Il trattamento di "TEMPRA" è applicato sugli acciai al carbonio e legati. E' ottenuto mediante il riscaldamento in forno elettrico, dei particolari metallici da trattare, fino alla temperatura che determina l'instaurarsi della struttura cristallina e molecolare desiderata, seguito da successivo raffreddamento veloce atto a fissare la struttura cristallina voluta. trattati e delle proprietà di fine trattamento che s'intende conseguire. Le temperature massime raggiunte sono di gradi C. (acciai rapidi). I forni impiegati per questo trattamento sono del tipo a bagno di sale, ad atmosfera controllata, sotto vuoto.il bagno di sale, l'atmosfera controllata, l'atmosfera sotto vuoto serve ad evitare la decarburazione superficiale dei particolari sottoposti a trattamento. per il tempo necessario finché vi sia uniformità di temperatura in tutta la loro sezione e siano avvenute le trasformazioni cristalline e molecolari desiderate. Dopodiché i particolari vengono bruscamente raffreddati in azoto, bagno di sale, d'olio oppure d'acqua in funzione delle caratteristiche di durezza più o meno spinte che si desidera conseguire. In tale modo si perviene ad uno stato, innaturale, di costrizione della materia, cui compete quella caratteristica struttura denominata "MARTENSITE" dotata d'alta durezza e fragilità.molte sono le variabili che portano ad avere, nel trattamento di tempra un buon risultato finale, esse sono. * LA TEMPERATURA * LA PERMANENZA * IL TIPO D'ACCIAIO * IL MEZZO TEMPRANTE * I PRERISCALDI * LA DIMENSIONE DEL PARTICOLARE

2 * LA FORMA DEL PARTICOLARE * LA MOVIMENTAZIONE DEI PARTICOLARI IN CAMPO AUSTENITICO * TUTTE LE LAVORAZIONI SUBITE PRECEDENTEMENTE ( colata, titolazione chimica, fucinatura, laminazione, lavorazione meccanica, ecc..) Molto importanti sono l'assenza d'ossidi all'interno della struttura e l'assenza di bandosità strutturali.e' di conseguenza consigliabile usare un materiale rifuso sotto elettroscoria o rifuso sotto vuoto Comunque il trattamento di tempra è un'operazione drastica che porta nel materiale tensioni anche rilevanti che possono portare a deformazioni o a rotture dei pezzi. Questi fenomeni, tutt'altro che trascurabili, sono collegati al fatto che raffreddando, un pezzo d'acciaio di una certa massa con una velocità superiore a quella critica, la parte esterna a contatto con il mezzo temprante sarà la prima a raffreddarsi, mentre il cuore del pezzo avrà una velocità di raffreddamento più lenta. Poiché la trasformazione AUSTENITE-MARTENSITE avviene con un aumento di volume, l'espansione della zona interna è ostacolato dallo stato superficiale già martensitico ed induce quindi nel materiale quello stato di tensione che può provocare gli inconvenienti descritti.per ovviare a ciò da parte di chi esegue trattamenti di "TEMPRA" sono stati messi a punto dei particolari processi: * LA TEMPRA SOTTO VUOTO * LA TEMPRA TERMALE * LA TEMPRA DIFFERITA MARTENSITICA * LA TEMPRA BAINITICA Ciò non toglie che i costruttori di stampi debbano anch'essi aiutare il trattamentista per evitare gli inconvenienti sopra descritti. UN BRAVO STAMPISTA DEVE QUINDI: 1. usare un buon acciaio classificato secondo le tabelle UNI 2. essere sicuro del materiale usato 3. asportare su tutte le superfici del particolare, la crosta decarburata dovuta al processo di laminazione. 4. evitare di eseguire lavorazioni meccaniche con grosse asportazioni di truciolo 5. evitare il più possibile gli spigoli vivi 6. richiedere (almeno per i particolari delicati o di grosse dimensioni) un trattamento preventivo di normalizzazione. 7. usare il materiale adatto a secondo delle applicazioni richieste. Un tipo di Tempra molto importante è la "TEMPRA BAINITICA".Questo trattamento, viene eseguito su tutta la minuteria metallica E' generalmente applicato agli acciai da "BONIFICA".Consiste nel riscaldare i particolari da trattare alla temperatura d'austenitizzazione, entro un forno a muffola con avanzamento automatico ed in atmosfera di gas neutro, lasciarli a questa temperatura il tempo necessario per raggiungere un'omogeneità strutturale accettabile, quindi raffreddarli con una velocità

3 superiore alla "velocità critica di tempra" in un bagno mantenuto a temperatura compresa tra i 250 ed i 450 C.Il trattamento è poi completato lasciando raffreddare i pezzi in acqua od aria fino alla temperatura ambiente. Lo scopo del processo è di impartire ai particolari trattati determinate proprietà d'impiego. * Resistenza all'usura * Resistenza alla fatica * Aumento della resistenza meccanica in genere * Aumento della resilienza * Aumento dell'elasticità Le migliorie non intaccano in ogni modo il valore della durezza desiderata. Il processo si applica a tutti gli acciai da bonifica ed in particolare: C30-C45-C50-C60-C70-38NiCrMo4-50CrV4-100Cr6 ecc.. La tempra bainitica esalta le sue caratteristiche e trova impiego nei seguenti settori: 1. minuterie metalliche ottenute di tranciatura 2. molle 3. particolari per cinture di sicurezza 4. contatti elettrici 5. fermagli per penne 6. bulloni e viti 7. rosette piane coniche ed elastiche 8. segger 9. tutti i particolari che hanno esigenza di un alta resilienza a parità di durezza. 2) Cementazione Il trattamento termico di "CEMENTAZIONE" è un trattamento termico di diffusione mediante il quale si arricchisce di carbonio la superficie dell'acciaio; alla diffusione che, avviene in fase austenitica (e cioè nel ferro gamma, avente il reticolo "CUBICO A FACCIE CENTRATE"), segue la tempra dell'acciaio. Lo scopo del processo è di ottenere la superficie dei pezzi con un'elevata durezza, resistenti all'usura, ed un cuore tenero. Il mezzo cementante più comune, nel trattamento in atmosfera è il CO (ossido di carbonio) che nel nostro caso è ottenuto dalla dissociazione dell'"alcool metilico"secondo la seguente formula d'equilibrio. CH3OH CO + 2H2 L'ossido di carbonio così ottenuto cede all'acciaio il carbonio che andrà ad arricchire la superficie secondo la seguente reazione d'equilibrio. 2CO + Fe FeC + CO2

4 trattati e delle proprietà di fine trattamento che s'intende conseguire. Le temperature massime raggiunte sono di gradi C. per il tempo necessario finché vi sia uniformità di temperatura in ogni loro parte ed avvenga il trasferimento di carbonio dall'atmosfera del forno agli strati superficiali dei particolari trattati. Terminato il processo d'assorbimento del carbonio, i pezzi sottoposti a trattamento vengono bruscamente raffreddati in bagno di sale, d'olio oppure d'acqua. I forni usati per il suddetto trattamento sono impianti in atmosfera controllata in cui sono regolate la temperatura ed il tempo di permanenza; i quali sono parametri fondamentali per controllare la profondità di cementazione e la durezza. 3) Nitrurazione Il trattamento termico di "NITRURAZIONE" si applica sugli acciai al carbonio e legati e si ottiene mediante il riscaldamento in forno elettrico dei particolari metallici con atmosfera tale da produrre un assorbimento d'azoto (oppure d'azoto e carbonio ed in questo caso il processo è denominato di nitrocarburazione) negli strati superficiali e con modificazione delle loro caratteristiche fisiche e chimiche. trattati e delle proprietà di fine trattamento che s'intende conseguire. Le temperature massime raggiunte sono di 570 gradi C. per il tempo necessario finché vi sia uniformità di temperatura in ogni loro parte ed avvenga il trasferimento d'azoto dall'atmosfera del forno agli strati superficiali dei particolari trattati. Terminato il processo d'assorbimento d'azoto, i particolari vengono bruscamente raffreddati in bagno di sale, d'olio oppure d'acqua. I forni impiegati per questo trattamento sono del tipo ad atmosfera nitrurante che produce il trasferimento di carbonio dall'atmosfera stessa agli strati superficiali dei particolari trattati. L'atmosfera nitrurante è costituita da azoto liquefatto immesso sotto forma gassosa all'interno del forno. 4) Rinvenimento Il trattamento di "RINVENIMENTO"si applica su tutti gli acciai al carbonio e legati che hanno subito un trattamento di TEMPRA. Avviene mediante il riscaldamento in forno elettrico e successivo raffreddamento modulato a seconda delle caratteristiche di resistenza meccanica che si vuole conseguire che sono determinate dalla modificazione sia della composizione molecolare sia della struttura cristallina. Questo trattamento, segue normalmente i trattamenti di tempra, cementazione e nitrurazione prima descritti, ed ha lo scopo di ridurre la durezza e le tensioni ingenerate nei particolari metallici dai trattamenti precedenti. Le temperature di riscaldamento raggiunte da questi trattamenti sono comprese tra i 200 e 600 C e sono stabilite in funzione dei risultati d'addolcimento della struttura che s'intende conseguire. I forni impiegati per questo trattamento sono del tipo a bagno di sale e ad atmosfera controllata atti ad evitare la decarburazione superficiale dei particolari trattati. 5) Ricottura e Normalizzazione

5 Il trattamento di "RICOTTURA"si applicano sugli acciai al carbonio e legati ed hanno lo scopo di eliminare le conseguenze di precedenti trattamenti termici o di lavorazioni meccaniche al fine di conseguire le caratteristiche di lavorabilità, durezza ed assenza di tensioni interne indotte e desiderate. Questi trattamenti vengono eseguiti sottoponendo ad un lento riscaldamento i particolari da trattare fino al raggiungimento della temperatura atta ad eliminare le caratteristiche indesiderate. Dopo un'adeguata permanenza in temperatura, i particolari vengono riportati lentamente alla temperatura ambiente lasciandoli raffreddare all'interno del forno stesso di riscaldo. Esistono diverse possibilità di ricottura: 1. RICOTTURA DI DISTENSIONE Serve ad eliminare le tensioni interne provocate da precedenti trattamenti di tempra. 2. RICOTTURA DI LAVORABILITA' Serve per addolcire il materiale e renderlo più lavorabile. 3. RICOTTURA DI RADDOLCIMENTO Per eliminare più o meno completamente l'incrudimento dovuto a deformazioni a freddo. 4. RICOTTURA DI STABILIZZAZIONE Per evitare che eventuali riscaldamenti in esercizio provochino improvvise e graduali deformazioni. 5. RICOTTURA DI GLOBULIZZAZIONE Per ottenere anziché ferrite in blocchi divisi da "isole" di perlite, cementite globulare, serve per aumentare la lavorabilità e la stabilità al trattamento termico. 6. RICOTTURA COMPLETA OD AUSTENITICA Per affinare od omogeneizzare il grano austenitico.ha effetto specialmente se molto prolungata al di sopra dell'intervallo critico. 7. NORMALIZZAZIONE Serve per affinare il grano dell'acciaio; si ottengono delle strutture più fini che con la RICOTTURA COMPLETA. Prepara inoltre i particolari di grosse dimensioni, o quelli di forma molto complicata, al trattamento di tempra successivo; riduce sensibilmente le deformazioni di tempra. Un trattamento di ricottura molto importante per un certo tipo di prodotto è : 8. RICOTTURA PER IMPIEGHI MAGNETICI.Questo trattamento serve per eliminare il magnetismo residuo presente sui particolari di conseguenza restringe la curva d'isteresi magnetica Trova il suo impiego che servono per stampanti, relais, nuclei ecc.. Il trattamento termico è una fase molto importante del ciclo di lavorazione; di conseguenza si consiglia il progettista,il costruttore di stampi,lo stampatore di contattare il responsabile del reparto di trattamenti termici prima d'iniziare la fase progettuale ed operativa. I consigli del trattamentista aiuteranno ad ottimizzare le varie fasi lavorative consigliando a priori le precauzioni da prendere per evitare inconvenienti futuri (rotture,deformazioni ecc...).