Analisi dell'acciaio. Contenuto di carbonio. Contenuto di elementi di lega. Quantità di carburi. Finezza e omogeneità dei carburi

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1 GENERALITÀ Per ottenere le caratteristiche meccaniche su un acciaio dato, con un buon compromesso tra la resistenza e la tenacità, è indispensabile ottimizzare la sua struttura metallurgica così come la dimensione, la ripartizione, la densità e l'omogeneità dei carburi che contiene. Questo doppio obiettivo può essere raggiunto solo con una composizione adatta, come succede per il TENASTEEL in cui i contenuti di carbonio, cromo, molibdeno e titanio, in particolare, sono stati aggiustati per ottenere contemporaneamente un ottima resistenza ed una tenacità elevata. Ma questo non è sufficiente, poiché le caratteristiche meccaniche di un acciaio di composizione data possono essere ampiamente migliorate con i trattamenti termici che subirà. Influendo sulla sua struttura, essi permetteranno di aumentare o di diminuire la resistenza del metallo e di diminuirne la fragilità. Un trattamento termico non modifica la composizione chimica del metallo, ma influisce su: - la sua struttura controllando la precipitazione dei carburi (dimensione, ripartizione ) come anche la natura e la proporzione dei costituenti (ferrite, austenite, martensite ), - lo stato meccanico all interno del metallo (tensioni interne, dilatazione...). Analisi dell'acciaio Trattamenti termici Contenuto di carbonio Contenuto di elementi di lega Quantità di carburi Finezza e omogeneità dei carburi Costituenti dell acciaio (ferrite, austenite, martensite ) Dimensione dei grani STRUTTURA DELL'ACCIAIO Caratteristiche meccaniche / Proprietà d'impiego Figura 1 Incidenza della struttura sulle proprietà d impiego TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 1/16

2 Tecnicamente, un trattamento termico si definisce con una variazione di temperatura in funzione del tempo. L'acciaio subisce un ciclo termico che può essere scisso in tre tappe distinte: Un riscaldamento fino alla temperatura desiderata; Un mantenimento alla temperatura definita in funzione del trattamento termico praticato, imposto dall obiettivo auspicato (omogeneizzazione, indurimento, addolcimento, incremento della duttilità, rilassamento di tensioni interne ) ; Un raffreddamento la cui velocità fisserà la struttura del metallo in termini di componenti e di precipitazioni. Si possono susseguire più velocità di raffreddamento prima di raggiungere la temperatura di fine trattamento. La realizzazione dei trattamenti termici esige quindi la comprensione dei principali fenomeni che intervengono, vale a dire, essenzialmente per gli acciai per utensili, la sistemazione e lo scioglimento dei carburi, come anche l'evoluzione delle strutture, le loro trasformazioni e le condizioni in cui si verificano. CAMBIAMENTI DI FASI Il ferro ha la particolarità d esistere sotto due forme cristalline diverse secondo la temperatura: al disotto di 91 C il ferro α presenta una maglia cubica centrata contenente 2 atomi di ferro (uno al centro e 8 X 1 / 8 ad ogni apice del cubo) ; al disopra di 91 C il ferro γ presenta una maglia cubica a facce centrate contenente 4 atomi di ferro (6 X ½ al centro delle facce del cubo e 8 X 1 / 8 ad ogni apice) Essendo la fase γ più densa della fase α, la trasformazione allotropica s'accompagna ad un cambiamento di volume che spiega i fenomeni di contrazione-dilatazione dei pezzi in acciaio nel corso dei trattamenti termici. Segnaliamo anche a 14 C un altra trasformazione allotropica che permette di ritrovare una struttura cubica centrata con l'apparizione del ferro δ. Carbonio in ins. Mezzo Degli spigoli Centro facce Ferro α Ferrite Figura 2 - Maglia cristallina del ferro α e della ferrite TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 2/16

3 L'acciaio è essenzialmente una lega di ferro e di carbonio nella quale gli atomi di carbonio di diametro (1,54 Å) nettamente inferiore a quelli del ferro (2,5 Å) vanno ad inserirsi nella sua rete. La soluzione solida d'inserimento di carbonio nel ferro α si chiama ferrite. Essa può contenere solo lo,2% di carbonio alla temperatura ambiente e lo,45% al massimo a 72 C. Carbonio in inser. Mezzo Degli spigoli Centro del cubo Ferro γ austenite Figura 3 Maglia cristallina del ferro γ e dell'austenite La soluzione solida d'inserimento di carbonio nel ferro γ si chiama austenite. Lo scioglimento del carbonio è qui nettamente maggiore, poiché può raggiungere l 1,7%. Al momento della trasformazione dell'austenite nel corso del raffreddamento, sarà quindi rilasciato del carbonio dalla ferrite sotto forma di cementite (carburo di ferro Fe 3 C) o di carburi complessi con gli elementi di lega. Sebbene più densa, l'austenite può sciogliere più carbonio perché i siti d accoglienza potenziali della maglia cubica a faccia centrata sono più grandi (centro del cubo e metà degli spigoli) di quelli della maglia cubica centrata (parametri di maglie inferiori ad esempio spigoli del cubo più piccoli (2,9 contro 3,6 Å)). L'energia da attuare per sciogliere del carbonio nel ferro γ è quindi meno grande e il reticolo cristallino sarà meno deformato che nel caso della ferrite. Ad una temperatura inferiore a 72 C la cementite si combina alla ferrite per dare una nuova struttura composta di lamelle alternate di questi due componenti. È la perlite che contiene lo,83% di carbonio. È una fase mediamente dura (da 2 a 25 HB), abbastanza resistente e duttile. Il trattamento industriale che porta a questa trasformazione perlitica è chiamato ricottura d'addolcimento. TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 3/16

4 Il diagramma ferro carbonio qui sotto mostra l'evoluzione di queste strutture nel corso di un raffreddamento (o di un riscaldamento) lento. Figura 4 - Diagramma ferro carbonio Le temperature di inizio e di fine trasformazione austenite ferrite e i campi d'esistenza delle diverse fasi riportate sul diagramma ferro - carbonio saranno modificate dalla presenza d elementi di lega negli acciai. Le temperature di trasformazione saranno dette quindi AC1 e AC3 se la trasformazione ha luogo al riscladamento (ferrite austenite) e AR1, AR3 se si verifica durante il raffreddamento (austenite ferrite). Questa trasformazione austenite - ferrite - perlite - cementite come la descrive il diagramma ferro carbonio sarà possibile se gli atomi hanno il tempo di riorganizzarsi, vale a dire nel corso di un raffreddamento lento. Al contrario, se il tempo di trasformazione è ridotto, vale a dire se il raffreddamento è rapido, una trasformazione diversa si verifica alle basse temperature; l'austenite si trasforma in martensite che è una struttura fuori equilibrio soprassatura di carbonio. In effetti, al momento della trasformazione γ α, il carbonio non si è potuto diffondere fuori dalla maglia per formare la cementite. La presenza di questa soprassaturazione di carbonio nella maglia ferritica produce delle tensioni notevoli che spiegano la grandissima durezza della martensite (fino a 65 HRC), ma anche la sua grandissima fragilità. Il trattamento termico che permette d ottenere questa struttura martensitica è la tempra. A causa della sua grandissima fragilità, la martensite non può mai essere utilizzata così com è; ecco perché una tempra è sempre seguita da un trattamento di rinvenimento. Per delle velocità di raffreddamento intermedie, l'austenite dà un miscuglio di perlite e di cementite: la bainite che si presenta sotto forma di aghi finissimi. È un costituente al contempo meno duro e meno fragile della martensite. La ripartizione di questi diversi costituenti, in funzione della velocità di raffreddamento è data dai diagrammi di trasformazione in raffreddamento continuo (TRC). Quello del TENASTEEL è presentato nella figura 5. TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 4/16

5 1 Austenizzazione 13 C Manten. 3 minuti Temperatura ( C) AC m 88 C AC C PERLITE BAINITE 2 MARTENSITE HRC 63, ,5 61,5 58,5 5,5 41,5 225HV Tempo in secondi Figura 5 Diagramma TRC del TENASTEEL FORMAZIONE E DISPERSIONE DEI CARBURI Come indica la figura 1, le caratteristiche meccaniche di un acciaio legato dipendono strettamente dalle fasi presenti, ma anche dalla dimensione, dalla densità, dalla ripartizione e dalla natura dei carburi presenti nella struttura. Questa figura mostra in particolare la grande importanza dell'omogeneità di ripartizione dei carburi; uno degli scopi essenziali dei trattamenti termici sarà quindi di disperdere i carburi. In effetti, alla solidificazione, i carburi precipitano di preferenza in zone privilegiate corrispondenti ad esempio ai giunti dei grani. I trattamenti termici permetteranno di riorganizzare in parte la dispersione dei carburi. È necessario, in un primo tempo, scioglierli portando l acciaio a temperatura elevata. È quello che si verifica al momento della riaustenizzazione precedente la tempra dei pezzi. I carburi, fra cui la cementite, spariscono perché il carbonio si dissolve più facilmente nella struttura γ del ferro (figura 4). Si noti tuttavia che i carburi primari formati nella fase liquida al momento della solidificazione non saranno dissolti. Una volta dissolto, il carbonio potrà precipitare nel corso del raffreddamento controllato del prodotto. Per un raffreddamento lento, come è il caso nel diagramma ferro carbonio, si otterranno delle strutture d'equilibrio con, ad esempio, formazione di cementite. La ricomparsa dei carburi (ferro, ma anche cromo ed altri elementi di lega) inizierà ad alta temperatura. I germi sono quindi poco numerosi e vanno a dividersi il carbonio disponibile per ingrossarsi tanto più quanto più la diffusione del carbonio verso i carburi è rapida a temperatura elevata. In sintesi, i carburi formati ad alta temperatura (velocità di raffreddamento lenta del prodotto), sono grossolani, poco numerosi e poco dispersi. Essi saranno quindi poco indurenti. TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 5/16

6 Al contrario, se il raffreddamento è rapido, i carburi si formeranno più tardi, a temperatura più bassa. La loro tendenza a precipitare sarà quindi più alta poiché la differenza di temperatura allo scioglimento è più grande. I germi saranno quindi più numerosi, ma non avranno più carbonio disponibile da dividersi. Non si ingrosseranno e resteranno fini. Più fini e più numerosi, si ritroveranno meglio ripartiti, cosa che presenta un vantaggio certo. In sintesi, i carburi formati a temperatura più bassa (velocità di raffreddamento del prodotto elevata), sono più fini, più numerosi e meglio dispersi. Essi portano ad un indurimento notevole dell acciaio. 1 Temperatura ( C) Perlite + carburi grossolani Bainite + carburi fini Martensite con carbonio in soluz Velocità di raffreddamento ( C/min) Figura 6 Evoluzione della precipitazione dei carburi con la velocità di raffreddamento Per i raffreddamenti molto rapidi, al momento della tempra, una parte del carbonio resta imprigionata nella martensite, cosa che gli permetterà di precipitare al momento del successivo rinvenimento. La figura 6 illustra questo comportamento del carbonio in funzione della temperatura e della velocità di raffreddamento. Vi sono riassunte la morfologia dei carburi speciali formati con gli elementi di lega e le fasi metalliche presenti. Ricordiamo infine che, al momento della tempra, il raffreddamento è sufficientemente rapido affinché una parte della struttura non abbia il tempo di trasformarsi, cosa che spiega la presenza d'austenite residua dopo questo trattamento. TR. TERMICI APPLICATI AL TIPO Per facilitarne la lavorazione, il TENASTEEL è consegnato allo stato ricotto per dare una struttura con debole durezza. I pezzi saranno successivamente temprati e rinvenuti a cura del cliente. La ricottura d'addolcimento Questo trattamento che consiste in un riscaldamento a temperatura elevata, seguito da un mantenimento e poi da un raffreddamento lento, permette di portare l acciaio in uno stato d'equilibrio fisico-chimico e meccanico; esso provoca quindi la scomparsa degli stati sbilanciati provenienti da trattamenti termici o meccanici precedenti. Esso conferisce all acciaio una debole resistenza meccanica e un alta duttilità favorevole alla sua messa in opera. È lo stato di consegna normale del TENASTEEL. TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 6/16

7 Temperatura ( C) Manten. dopo livellamento di temperatura carica 3mn Raffreddamento 3 C/h 2 h 9h2 Raffreddamento 15 C/h 6 Tempo Figura 7 Ciclo termico di ricottura d'addolcimento praticato sul TENASTEEL Per ottenere la struttura ferrito-perlitica ricercata, il raffreddamento del prodotto sarà totalmente controllato. Il ciclo termico di ricottura d'addolcimento praticato sul TENASTEEL comporta quindi (figura 7) : Un aumento della temperatura superiore a AC3 ( 9 C) per trasformare la struttura in austenite ; Una fase di mantenimento di questa temperatura per omogeneizzare la struttura tra pelle e cuore. Il tempo di mantenimento è relativamente breve per evitare un ingrossamento esagerato del grano; Una fase di raffreddamento lento nel forno a 3 C/h poi 15 C/h fino ad una temperatura di 7 C alla quale tutta l'austenite è trasformata in ferrite e perlite. Successivamente, la carica è tirata fuori dal forno ed il raffreddamento può essere completato all aria poiché non si verificherà più nessuna trasformazione della struttura. Questo tipo di trattamento permette di ottenere una durezza dell ordine di 23 HB Trattamento di tempra e rinvenimento L acciaio addolcito potrà essere messo in forma, ma un trattamento termico sarà poi necessario per dare al pezzo queste caratteristiche meccaniche finali. Si tratta di una tempra per indurire il metallo seguito da rinvenimenti per eliminare la sua fragilità ed accrescerne la tenacità. Il trattamento di tempra consiste in: Un riscaldamento lento, per limitare la deformazione ed evitare di generare delle fessurazioni dovute alle tensioni, fino ad una temperatura giusto inferiore a AC1 dove un mantenimento (funzione dello spessore del pezzo) permette d'omogeneizzare il prodotto in tutto il suo spessore. Successivamente, il riscaldamento riprende fino alla temperatura d'austenizzazione (> AC3) ; TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 7/16

8 Il mantenimento a questa temperatura per ottenere un omogeneità termica nel prodotto da un lato per trasformare l acciaio in austenite, e dall altro dissolvere il massimo di carburi formati precedentemente; Infine, un raffreddamento sufficientemente rapido, in un ambiente adatto, per ottenere una struttura martensitica. Affinché la tempra porti alla formazione di martensite, è necessario che la velocità di raffreddamento sia superiore alla velocità critica di tempra dell acciaio. Più la velocità critica di tempra è bassa, più l acciaio è temprante e più potrà indurirsi in profondità. La temprabilità di un acciaio dipende essenzialmente della sua composizione chimica; tutti gli elementi di lega, salvo il cobalto, tendono ad aumentare la temprabilità. Il diagramma TRC del TENASTEEL (figura 5) mostra una velocità critica di tempra relativamente bassa. La sua temprabilità è paragonabile a quella dell acciaio X16 Cr Mo V12. Le condizioni d'austenizzazione che controllano di fatto la composizione effettiva dell'austenite (più o meno grande rimessa in soluzione dei carburi; elementi di leghe presenti nei carburi e quindi inattivi dal punto di vista della temprabilità ) e la dimensione del grano austenitico, rappresentano anche un parametro importante del trattamento di tempra. Dopo la tempra, la struttura dell acciaio non è totalmente martensitica, resta una certa proporzione d'austenite detta austenite residua, e dei carburi. La proporzione d'austenite residua è tanto maggiore quanto più l acciaio è legato e la temperatura e la durata di riaustenizzazione sono elevate. Questa struttura complessa ripara dalle tensioni interne che aumentano la fragilità dell acciaio. Per attenuare gli effetti nefasti della tempra, i pezzi dovranno subire un nuovo trattamento termico: il rinvenimento, che consiste nel portarli per un certo tempo ad una temperatura inferiore a AC1, per evitare di modificare la struttura cristallina (α) del ferro, quindi a raffreddarli rapidamente C Figura 8 Influenza del tempo di mantenimento sull evoluzione della durezza nel corso del rinvenimento Durezza (HRC) Acciaio,8 % C -,75 % Mn Tempo (ore) Essendo la martensite uno stato metastabile, il suo nuovo riscaldamento tenderà a riportarla in uno stato d'equilibrio con rigetto di carbonio che precipiterà sotto forma di carburo di ferro ε (Fe 2 C) e di cementite (Fe 3 C). Questa precipitazione s'accompagna ad una contrazione del metallo (uscita del carbonio reticolo martensitico si avvicina al reticolo cubico) e ad una diminuzione della durezza (rilassamento delle tensioni interne). TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 8/16

9 Come mostra la figura 8, la diminuzione della durezza è molto rapida nei primi minuti del trattamento (tanto più che la temperatura di mantenimento è elevata), non è quindi necessario prolungarlo, diventando poi molto lente le modifiche delle proprietà. Questo addolcimento dovuto alla trasformazione della martensite è attenuato da un indurimento provocato dalla trasformazione dell'austenite residua in bainite o in martensite secondaria durante il raffreddamento; questa reazione s'accompagna a un espansione del metallo. Un secondo rinvenimento è generalmente praticato per trasformare questa nuova martensite. Infine, nel corso dei rinvenimenti effettuati ad alta temperatura (a partire da 5 C), è anche prodotto un indurimento secondario dalla precipitazione di carburi speciali; carburi di molibdeno e di vanadio nel caso del TENASTEEL. Questo nuovo indurimento s'accompagna anche a un espansione del metallo. In sintesi, l'addolcimento al rinvenimento risulta da più fenomeni simultanei (figura 9) : l'addolcimento della martensite (primaria poi secondaria) la trasformazione dell'austenite residua la precipitazione di carburi speciali se il rinvenimento è effettuato ad alta temperatura. Precipitazione dei carburi Durezza Trasformazione dell'austenite residua Addolcimento della martensite Addolcimento al rinv. 5 C Temperatura Figura 9 Diversi fenomeni metallurgici che portano ad un addolcimento al rinvenimento Il ciclo termico di tempra rinvenimento da applicare sul TENASTEEL tiene conto di queste considerazioni metallurgiche; è schematizzato nella figura 1. TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 9/16

10 Temperatura ( C) Austenizzazione (sotto vuoto) +Tempra Secondo spessore gas, olio 1 rinv. 1h pe 25 mn Tempo Aria o gas 2 rinv. 1h per 25 mn aria o gas Figura 1 Cicli termici di tempra e rinvenimenti praticati sul TENASTEEL Condizioni di tempra richieste per il TENASTEEL Il nuovo riscaldamento d'austenizzazione sarà praticato sotto vuoto, o almeno in atmosfera controllata per prevenire i rischi di decarburazione dell acciaio. La temperatura di reaustenizzazione può essere scelta tra 1 e 11 C; la temperatura ottimale si deve scegliere in funzione delle caratteristiche ricercate. La durata potrà essere di 3 minuti una volta che tutto lo spessore del prodotto è a temperatura. Infine, due rinvenimenti saranno praticati tra 5 e 6 C per usufruire pienamente dell indurimento secondario. Si consiglia una durata di 1 ora per 25 mm di spessore di prodotto. L'evoluzione della durezza del TENASTEEL dopo il trattamento termico di finitura è presentata nella figura 11 in funzione delle temperature di reaustenizzazione e di doppio rinvenimento che copre tutti i campi definiti precedentemente. Si noti che questo grandissimo intervallo di temperature d'austenizzazione accettabili permette d'essere compatibile con le temperature attualmente utilizzate per un molti altri acciai (X16 Cr Mo V12 in particolare). Questo rende possibile un ottimizzazione del riempimento dei forni, quindi una riduzione dei costi di trattamento termico, come anche una riduzione dei rischi d errori legati al mancato rispetto delle temperature d'austenizzazione. 65 Durezza (HRC 15 kgf) Temperatura d'austenizzazione ( C) Figura 11 Evoluzione della durezza del TENASTEEL reaustenizzazione e di rinvenimenti con le temperature di TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 1/16

11 Indipendentemente dalla temperatura d'austenizzazione, una durezza compresa tra 58 e 62 HRC (standard d'utilizzo per questo tipo d acciaio) può essere ottenuta se il TENASTEEL subisce due rinvenimenti tra 5 e 55 a 575 C. Un doppio rinvenimento a 6 C dovrà essere riservato ad alcune applicazioni molto particolari per le quali è necessario un addolcimento massimo; se si ricerca, ad esempio, una resilienza estremamente elevata. Sebbene un austenizzazione tra 1 e 11 C porti ad una buona durezza del nostro acciaio, le migliori caratteristiche si otterranno dopo il nuovo riscaldamento tra C. È in questo intervallo di temperatura che la resilienza a una durezza data, è massima come mostra la figura Figura 12 Effetto della temperatura d'austenizzazione sulla tenacità Resilienza Charpy (J/cm²) HRC T austenizzazione ( C) In effetti, se la temperatura d'austenizzazione è troppo bassa, una parte non trascurabile dei carburi di cromo non sarà dissolta. Resteranno grossolani e non permetteranno di aumentare sufficientemente la durezza e la tenuta all usura dell acciaio. D'altra parte, per delle temperature più elevate di nuovi riscaldamenti, l indurimento ottenuto con l'affinamento dei carburi è controbilanciato dall'addolcimento dovuto all aumento del tasso d'austenite residua presente dopo la tempra. Un terzo rinvenimento sarebbe quindi necessario per destabilizzare totalmente questa austenite residua. Per quanto riguarda la tempra, il diagramma TRC della figura 5 mostra che V 2, la velocità critica inferiore di tempra (velocità di raffreddamento a partire dalla quale l'austenite è trasformata in bainite e martensite senza dare della perlite, o velocità a partire dalla quale compare la struttura martensitica) è di 1 C/min, mentre V 1, la velocità critica superiore di tempra (a partire dalla quale l'austenite è unicamente trasformata in martensite) è vicina a 33 C/min. Queste velocità di raffreddamento possono essere ottenute con tempra in aria per dei pezzi che vanno fino a 25 mm di spessore. Oltre, la tempra sarà effettuata in olio. SINTESI I trattamenti di riaustenizzazione e di tempra standard del TENASTEEL si effettueranno con i seguenti parametri: Austenizzazione sotto vuoto tra 12 e 15 C ; Mantenimento 1 ora per 25 mm di spessore; Tempra à l'air per dei pezzi fino a 25mm di spes. E in olio oltre. TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 11/16

12 Condizioni di rinvenimento richieste per il TENASTEEL Il numero e la temperatura dei rinvenimenti praticati per addolcire la struttura martensitica ottenuta dopo la tempra permetteranno di dare al TENASTEEL le sue caratteristiche meccaniche e le sue proprietà d'impiego finali. Le curve d'addolcimento al rinvenimento del TENASTEEL sono paragonate a quelle dell X16 Cr Mo V12 nella figura 13 per un austenizzazione a 13 C e nella figura 14 dopo nuovo riscaldamento a 15 C. Durezza (HRC 15 kgf) TENASTEEL X16 Cr Mo V12 ; Austenizzazione: 13 C X16 Cr Mo V12 doppio rinv. TENASTEEL doppio rinv Temperatura di rinv. ( C) Figura 13 Curva d'addolcimento al rinvenimento del TENASTEEL austenizzato a 13 C, paragonata a quella dell X16 Cr Mo V12 Durezza (HRC TENASTEEL - X16 Cr Mo V12 ; Austenizzazione: 15 C X16 Cr Mo V12 doppio rinv. TENASTEEL doppio rinv Temperatura di rinv. ( C) Figura 14 Curva d'addolcimento al rinvenimento del TENASTEEL austenizzato a 15 C paragonata a quella dell X16 Cr Mo V12 Queste curve d'addolcimento al rinvenimento del TENASTEEL permettono di trarre alcune conclusioni interessanti: I tipi TENASTEEL e X16 Cr Mo V12 sono trattati nelle stesse gamme di temperature ; Per una temperatura di rinvenimento identica, il TENASTEEL è più duro dell X16 Cr Mo V12, Infine, TENASTEEL permette di ottenere elevate durezze (> 6 HRC) praticando dei rinvenimenti a temperature elevate ( 55 C). TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 12/16

13 Quest ultima possibilità rappresenta un vantaggio considerevole per l'idoneità al rivestimento che necessita, per la nitrurazione (gassosa, bagno di sali, ionico ) o il deposito di PVD, ad esempio, dei mantenimenti relativamente lunghi a delle temperature elevate. Queste curve d'addolcimento mostrano che per dei trattamenti praticati tra 55 e 575 C, il TENASTEEL è del tutto in grado di conservare una durezza della matrice superiore a 6 HRC, mentre l X16 Cr Mo V12 vede la sua durezza crollare (5 58 HRC) in questo campo di temperature. Maggiori precisazioni sull idoneità ai rivestimenti di superficie del TENASTEEL saranno date nel Capiolo 8 Tenacità (J/cm²) Tenacità usura Durezza (HRC) ) Usura: perdita volumetrica 3( ) Figura 15 Evoluzione delle caratteristiche meccaniche del TENASTEEL in funzione della sua durezza ottenuta dopo il trattamento termico L'evoluzione delle caratteristiche meccaniche ottenute dopo il trattamento termico è riportata nella figura 15. La tenacità del TENASTEEL cresce fortemente con la diminuzione della durezza dell acciaio, mentre la sua resistenza all usura aumenta debolmente con la durezza. Il migliore compromesso, per un applicazione standard è ottenuto dopo due rinvenimenti praticati tra 525 e 575 C, con la durata fissata a 1 ora per 25 mm di spessore del prodotto. Infine, essendo molto ampie le fasce di temperature utilizzabili tanto per l'austenizzazione quanto per il rinvenimento del TENASTEEL, è quindi facile adattare il trattamento termico in funzione delle caratteristiche finali ricercate. La figura 16 riassume un certo numero di trattamenti ottimali per le applicazioni attuali ben definite di questo tipo. Altri trattamenti sono del tutto immaginabili in caso d'applicazioni specifiche. Ad esempio una durezza di 5 55 HRC che porta ad una resilienza massima può essere ottenuta praticando dei rinvenimenti a 6 C. Per altre applicazioni specifiche ci si potrà riferire alla figura 15 per determinare la durezza cui mirare secondo le caratteristiche ricercate, quindi vedere le figure 13 e 14 per determinare il trattamento termico ottimale. TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 13/16

14 Temperatura ( C) Austenizziazione + Tempra 1 rinv. 1h per 25 mm Tempo 2 rinv. 1h per 25 mm Durezza ottenuta (HRC) Resilienza (J/cm²) Resistenza All usura Idoneità al rivestimento Eccellente Buona Applicazione Tranciatura fine e media Temperatura ( C) 55 Austenizzazione + Tempra 1 Rinv. 1h per 25 mm Tempo 2 Rinv. 1h per 25 mm Durezza ottenuta (HRC) Resilienza (J/cm²) Resistenza All usura Idoneità al rivestimento Eccellente Molto buona Applicazione Tranciatura media (polivalente) 15 Temperatura ( C) 575 Austenizzaz. + Tempra 1 Rinv. 1h per 25 mm Tempo 2 Rinv. 1h per 25 mm Durezza ottenuta (HRC) Resilienza (J/cm²) Resistenza All usura Idoneità al rivestimento Molto buona Eccellente Applicazione Tranciatura forte in spessore (Sbozzatura) Figura 16 Esempi di trattamenti termici raccomandati per il TENASTEEL TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 14/16

15 TRATTAMENTO CRIOGENICO Per la maggioranza degli acciai per utensili la temperatura di fine trasformazione martensitica è inferiore alla temperatura ambiente. Ne risulta che al momento di una tempra classica, condotta fino alla temperatura ambiente, persiste dell'austenite residua che si trasforma in parte durante i rinvenimenti se sono effettuati ad alta temperatura. A meno d'aumentare il numero dei rinvenimenti (4 o 5), ne resta sempre una minima percentuale nel metallo. La figura 17 mostra che è necessario effettuare dei doppi rinvenimenti ad almeno 55 C affinché il contenuto di austenite residua dopo l austenizzazione del TENASTEEL a 15 C sia inferiore all 1%. Austenite residua (%) Austenizzaz.: 15 C Temperatura di rinven. ( C) Figura 17 Evoluzione del contenuto di austenite residua in funzione della temperatura del doppio rinvenimento. Questa bassa quantità d'austenite residua si trasformerà quindi molto lentamente a temperatura ambiente e porterà ad una instabilità dimensionale dei pezzi nelle settimane successive al trattamento. Per aumentare la stabilità dimensionale dei pezzi, è interessante eliminare questa austenite con un trattamento con il freddo che permetta di passare sotto la temperatura di fine trasformazione martensitica. Si devono prendere diverse precauzioni: Il raffreddamento deve essere effettuato immediatamente dopo la tempra, dato che un mantenimento alla temperatura ambiente stabilizza l'austenite ; La temperatura ottimale di refrigerazione si posiziona tra 6 e 1 C. A queste temperature, la trasformazione martensitica non è istantanea come lo è al disopra di C. Un certo tempo di mantenimento è quindi necessario: generalmente da 2 a 3 ore; Il nuovo riscaldamento dopo la refrigerazione deve essere lento per permettere di trasformare l'austenite che non lo è stata durante il mantenimento, e per limitare le tensioni, i rischi di rottura (struttura 1% martensitica, quindi molto fragile). TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 15/16

16 Il trattamento raccomandato per il TENASTEEL raccomandazioni; è rappresentato (figura 18) qui sotto: tiene conto di queste Austenizzazione (13/15 C) Un solo rinvenim. (5/ 6 C) Temperatura ambiente -2-3 ore Refrigerazione lenta - 8 C Riscaldam. lento Figura 18 - Trattamento criogenico da applicare sul TENASTEEL La trasformazione della maggior parte dell'austenite residua conduce ad un aumento supplementare della durezza dopo il solo rinvenimento necessario. La figura 19 qui sotto mostra questa durezza superiore quando il metallo ha subito un trattamento criogenico. In questo caso, si possono ottenere delle durezze di 64 HRC dopo un rinvenimento a 5 C, sia che l acciaio sia stato austenizzato a 13 o 15 C. Durezza (HRC 15 kgf) criogenico, 1 rinv, 13 criogenico, 1 rinv 15 doppio rinv. 13 doppio rinv Temperatura di rinvenimento ( C) Figura 19 Evoluzione della durezza misurata sul TENASTEEL dopo il trattamento termico TENASTEEL Trattamenti termici - Pagina 16/16