1. RISCALDAMENTO ad una T < Ac 1

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1 Si tratta di un trattamento che prevede un riscaldamento ad una temperatura di poco inferiore a Ac1 (superiore alla T di ricristallizzazione), permanenza a tale T per un tempo sufficiente a fare avvenire la ricristallizzazione Questo T.T. ha lo scopo di provocare, senza cambiamento di fase, lo sviluppo, mediante geminazione e crescita, di nuovi grani in un metallo incrudito In questo modo si rende l acciaio più facilmente lavorabile a freddo e si eliminano le tensioni interne CICLO TERMICO: 1. Riscaldamento e T > T di ricristallizzazione (non si austenitizza) 2. Permanenza a questo T per 5 10h (perché avvenga nucleazione e crescita di nuovi grani) 3. Raffreddamento lento in forno per evitare tensioni

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4 Questo trattamento termico consiste in un riscaldamento ad una temperatura notevolmente al disotto di Ac1 e permanenza a questa temperatura per un tempo conveniente T [ C] Ac 3 Ac 1 1. RISCALDAMENTO ad una T < Ac 1 2. PERMANENZA a questa T per un tempo sufficiente alla distensione delle tensioni residue 3. RAFFREDDAMENTO lento t Questo trattamento riduce sensibilmente le tensioni residue interne indotte dalla tempra o da precedenti incrudimenti a freddo, mantenendo la tenacità e senza degradare le caratteristiche di durezza raggiunte

5 All aumentare della durata del trattamento di distensione diminuiscono le tensioni interne nel materiale

6 La ricottura completa è spesso sostituita dalla normalizzazione, talvolta seguita da un secondo trattamento chiamata ricottura di addolcimento o rinvenimento, effettuato per attenuare l eccessiva durezza che si ottiene dopo normalizzazione Si ottiene riscaldando l acciaio ad una T pari circa a Ac C, mantenendolo a tale T per un t sufficiente alla completa austenitizzazione, e lasciandolo raffreddare liberamente all aria VANTAGGIO MICROSTRUTTURALE: un acciaio con una grana molto fine e regolare VANTAGGIO ECONOMICO: si termina l intero ciclo delle operazioni più rapidamente e senza un eccessivo immobilizzo del forno VANTAGGIO PROPRIETA MECCANICHE: carico di snervamento, di rottura, e durezza risultano sensibilmente superiori a quelli dello stesso acciaio allo stato ricotto, specialmente quando il tenore di C è elevato e quando le dimensioni dei pezzi sono piccole

7 T [ C] Ac 3 Ac 1 Riscaldamento del materiale ad una T di poco superiore alla temperatura di austenitizzazione (T = Ac C (70 C) Permanenza a questa T per un tempo sufficiente alla completa austenitizzazione del componente t Raffreddamento in aria calma, in ogni con una velocità che non deve superare quella critica di trasformazione Un raffreddamento accelerato all aria conduce alla decomposizione dell austenite alle temperature più basse ed aumenta così la dispersione del miscuglio ferrite + cementite e la quantità della perlite (si ottiene una maggiore quantità di perlite che risulta essere anche più fine). Si ottiene in questo modo una maggiore durezza rispetto ad un acciaio ricotto e l affinazione del grano migliora la duttilità. La temperatura di normalizzazione varia in funzione della composizione chimica dell acciaio

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9 500 x 13CrMo4 normalizzato Struttura: ferrite e perlite fine

10 500 x 13CrMo4 normalizzato Bande ferritico perlitiche Bande bainitiche

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13 Velocità di raffreddamento Diagramma Fe-C Velocità di raffreddamento molto basse Le strutture che si formano sono stabili Si lascia il tempo necessario al C per migrare e formale la cementite (Fe 3 C) Avvengono i due processi di diffusione: migrazione degli atomi di Fe per assumere la nuova disposizione reticolare migrazione degli atomi di C per formare la cementite il prodotto quindi che si forma è PERLITE (ferrite + cementite) Alta velocità di raffreddamento Il C non ha il tempo per migrare dalla cella dell austenite per formare la cementite, formando così delle strutture che non compaiono nel diagramma di equilibrio Fe-C e che dipendono dalla velocità di raffreddamento

14 austenite PERLITE BAINITE MARTENSITE

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16 Sotto la denominazione generica di tempra si comprendono t.t. con cicli termici differenti che hanno essenzialmente in comune: 1. Riscaldamento a T > Ac 3 per gli acciai ipo-eutettoidici, T > Ac 1 per gli acciai ipereutettoidici, sempre in campo austenitico 2. Permanenza a questa T per creare nelle zone interessate l equilibrio strutturale (completa austenitizzazione) 3. Raffreddamento con velocità superiore alla velocità critica di tempra fino ad un T prossima a M s 4. Al di sotto di M s, le modalità di raffreddamento sono differenti a seconda della microstruttura e delle proprietà che si vogliono ottenere.

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18 Avere nel pezzo una struttura martensitica che gli conferisce: maggior durezza più elevato carico di rottura più elevato limite di elasticità maggiore resistenza ad usura maggiore resistenza a fatica La microstruttura martensitica provoca inoltre: diminuzione della resilienza diminuzione dell allungamento percentuale a rottura diminuzione della strizione tensioni elevate all interno del pezzo distorsione dei pezzi elevata fragilità

19 (Completa trasformazione martensitica) La T alla quale si riscalda l acciaio e il tempo di permanenza a tale T devono essere in grado di garantire la completa austenitizzazione dell acciaio stesso La velocità di raffreddamento deve essere tanto elevata da impedire le trasformazioni ad alta T Latemperatura Mf deve essere superiore alla T amb Temperatura di tempra troppo alta che causa surriscaldamento, cioè eccessivo ingrossamento del grano austenitico. La T di tempra deve essere circa C > Ac3 e 50 C > Ac 1

20 Ma quanto rapido? Il raffreddamento necessario alla tempra dell acciaio si ottiene immergendo il pezzo in un bagno temprante che può essere costituito da acqua, aria eventualmente insufflata, olio, soluzioni saline, metalli fusi, ecc Se l acciaio prende la tempra all aria si dice auto-temprante Mezzi di tempra Calore latente di vaporizzazione Calore specifico Conducibilità termica viscosità T del bagno temprante Severità del mezzo di tempra

21 SCELTA Severità del mezzo di tempra Tipo di acciaio Dimensioni e forma del pezzo TEMPRABILITA (penetrazione di tempra) La TEMPRABILITA è definita come la profondità della trasformazione martensitica per effetto di un trattamento di tempra, ovvero riscaldamento ad una data T seguito da un rapido raffreddamento. Esprime quindi l attitudine di un materiale metallico alla trasformazione martensitica e quindi ad accrescere la sua durezza se sottoposto a tempra Temprabilità elevata temprabilità Elevata profondità di un struttura martensitica influenzata dalla % di C Influenzata dalla presenza di elementi di lega come Ni, Cr, Mn, B

22 Influenza degli elementi di lega 22

23 Presentano C < 0.2%. Essi non acquistano durezza e le altre proprietà meccaniche legate a questa perché, per quanto rapido sia il raffreddamento, non si forma martensite. Questi acciai non possono subire la tempra con un raffreddamento veloce (immergendo il pezzo completamente austenitizzato in acqua) questi acciai acquistano grande durezza in superficie. Se di piccole dimensioni la durezza si estende a tutto il pezzo, si limita ad una parte più o meno estesa se il pezzo ha piccole dimensioni In questi acciai, a parità di raffreddamento, la tempra si diffonde anche in profondità ed in ogni caso in modo più efficace che negli acciai al carbonio La quantità di martensite che si ottiene con la tempra è tanto più elevata quanto maggiore è la percentuale di C La durezza aumenta sia con la percentuale di C sia con la percentuale di martensite

24 T Riscaldamento ad una temperatura (temperatura di tempra) di C superiore ad Ac3 per gli acciai ipoeutettoidici e superiore ad Ac1 per gli acciai ipereutettoidici. Il riscaldamento deve avvenire in modo relativamente lento Permanenza a tale T per un tempo sufficiente all ottenimento dell equilibrio strutturale (completa austenitizzazione); circa un ora per ogni 30-50mm di pezzo t Raffreddamento fino a T amb con velocità più elevata di quella critica, in modo tutta l austenite si trasformi in martensite

25 Tempra classica Per ottenere una struttura completamente martensitica è importante impostare il raffreddamento in modo da evitare le curve di trasformazione nel diagramma di Bain

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27 T Ac3 Ms t Riscaldamento ad una temperatura (temperatura di tempra) di C superiore ad Ac3 per gli acciai ipoeutettoidici e superiore ad Ac1 per gli acciai ipereutettoidici. Il riscaldamento deve avvenite in modo relativamente lento Perrmanenza a tale T per un tempo sufficiente all ottenimento dell equilibrio strutturale (completa austenitizzazione); circa un ora per ogni 30-50mm di pezzo Raffreddamento, fino ad una T prossima a Ms con una velocità superiore a quella critica di tempra Permanenza a questa T per il tempo sufficiente perché tutto il pezzo sia riscaldato uniformemente, ma non tale da rischiare l inizio della trasformazione dell austenite Raffreddamento finale in aria fino a T amb con la conseguente formazione della struttura martensitica

28 Tempra scalare martensitica lo scopo è ottenere una struttura martensitica che conferisce al materiale particolari caratteristiche di durezza, riducendo il pericolo di distorsioni o di cricche di tempra negli acciai particolarmente sensibili a tali fenomeni ramona.sola@unimore.it

29 a. la struttura finale dell acciaio è martensitica b. la tempra scalare martensitica è effettuata su pezzi di acciaio ad elevata temprabilità con forme lunghe e sottili (lime, coltelli, utensili) oppure di notevoli dimensioni. Per questi pezzi non è possibile applicare una tempra diretta perchè sarebbero inevitabili spaccature, cricche o distorsioni c. Con il raffreddamento in due tempi, il pezzo è mantenuta ad una T intorno a Ms per un tempo sufficiente affinchè la T nel pezzo diventi omogenea (non ci siano delle variazioni di T notevoli tra cuore e superficie o tra gli estremi opposti del pezzo). Omogeneizzata la T il pezzo può essere raffreddato velocemente senza correre il rischio di rotture o distorsioni eccessive d. L omogeneizzazione della T intorno a Ms fa sì che la trasformazione martensite austenite sia praticamente contemporanea in tutti i punti del pezzo evitando così l insorgere di pericolose tensioni ottenendo comunque una struttura martensitica

30 T Ac3 Ms t Riscaldamento ad una temperatura (temperatura di tempra) di C superiore ad Ac3 per gli acciai ipoeutettoidici e superiore ad Ac1 per gli acciai ipereutettoidici. Il riscaldamento deve avvenite in modo relativamente lento Perrmanenza a tale T per un tempo sufficiente all ottenimento dell equilibrio strutturale (completa austenitizzazione); circa un ora per ogni 30-50mm di pezzo Raffreddamento, fino ad una T superiore di C sopra Ms con una velocità superiore a quella critica di tempra Permanenza a questa T fino a: parziale trasformazione dell austenite in bainite, oppure totale trasformazione dell austenite in bainite Raffreddamento a velocità qualunque fino a T ambiente

31 Tempra bainitica totale La bainite possiede buone caratteristiche di durezza, resilienza e di resistenza a rottura. Questo trattamento è particolarmente indicato su pezzi soggetti a distorsioni o rotture se trattati con una tempra drastica (scalpelli, anelli per cuscinetti a sfere, molle, ). Per quanto riguarda il raffreddamento: il raffreddamento intorno a Ms è eseguito in una bagno di sali e, una volta avvenuta la trasformazione bainitica parziale o totale, il pezzo è estratto e raffreddato in aria ramona.sola@unimore.it

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33 Tempra bainitica parziale In questo caso latrasformazione ustenite bainite è solo parziale. Con il raffreddamento rapido l austenite che resta si trasforma in martensite ramona.sola@unimore.it

34 La martensite è caratterizzata da elevata durezza e resistenza meccanica, ma anche da notevole fragilità, dovuta anche alle notevoli tensioni residue interne. Il rinvenimento è un trattamento termico che solitamente segue quello di tempra Il rinvenimento è un trattamento termico che permette di ottenere strutture con una utile e vantaggiosa combinazione tra tenacità, duttilità e durezza Lo scopo principale del rinvenimento è quello della modificazione della struttura martensitica, ma ha anche l effetto sulla eventuale austenite residua che può essere presente e sugli sforzi interni residui. L entità degli effetti ottenuti (diminuzione della durezza e della fragilità e contemporaneo aumento della tenacità e della duttilità dell acciaio) è funzione di: temperatura di rinvenimento durata del trattamento I risultati sono tanto più marcati quanto più è alta la T e lunga la durata

35 T [ C] Ac 3 Ac 1 Riscaldamento del materiale ad una T che può essere bassa oppure relativamente alta, ma sempre al di sotto di Ac1 Permanenza a questa T per qualche ora (da 2 a 10 h) t Raffreddamento veloce in acqua o olio per acciai soggetti a fragilità al rinvenimento e raffreddamento con una velocità qualunque per tutti gli altri acciai. Un rinvenimento a questa T non cambia la struttura martensitica, ottenuta con la tempra, ma ne diminuisce la durezza e questo ne riduce notevolmente le tensioni residue interne aumentando la resilienza La struttura martensitica si trasforma completamente in una struttura diversa, cambiando così notevolmente tutte le proprietà dell acciaio

36 rivenimento tempra Il rinvenimento è un trattamento termico che solitamente segue la tempra

37 martensite Martensite rinvenuta

38 Trattamento termico applicato agli acciai da costruzione e consiste: Porta alla formazione di martensite, struttura caratterizzata da: notevole durezza alto carico di rottura bassa resilienza (rotture per urti con collasso istantaneo della struttura) Riscaldamento del pezzo che porta alla formazione di martensite rinvenuta. Di fatto si lascia il tempo al C di diffondere all esterno del reticolo cristallino dell austenite e di formare così una fase più stabile

39 T [ C] Ac 3 Ac 1 Riscaldamento del materiale alla T di tempra Permanenza alla T di tempra per un tempo sufficiente alla completa austenitizzazione Raffreddamento rapido fino alla temperatura ambiente con una velocità superiore alla velocità critica t Successivo ed immediato raffreddamento ad una temperatura inferiore ad Ac1 ( C) Permanenza a questa T per un tempo necessario alla trasformazione della martensite in sorbite Raffreddamento rapido, per gli acciai suscettibili a fragilità da rinvenimento; per gli altri acciai raffreddamento a qualsiasi velocità

40 All aumentare della percentuale di C aumenta la durezza. La durezza diminuisce all aumentare della T di rinvenimento a parità di C ramona.sola@unimore.it 40

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