Dott. Ing. Ramona Sola Tel.:

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1 Dott. Ing. Ramona Sola Tel.:

2 1. Il diagramma di stato Fe-C e le curve TTT e CCT 2. Trattamenti termici degli acciai da costruzione 3. Trattamenti termici degli acciai: 1. Ricottura 2. Normalizzazione 3. Tempra 4. Rinvenimento 5. Bonifica 4. Trattamenti termochimici 1. Carbocementazioni 2. Nitrurazioni 3. Altri ramona.sola@unimore.it

3 1. Il diagramma di stato Fe-C e le curve TTT e CCT 2. Trattamenti termici degli acciai da costruzione 3. Trattamenti termici degli acciai: 1. Ricottura 2. Normalizzazione 3. Tempra 4. Rinvenimento 5. Bonifica 4. Trattamenti termochimici 1. Carbocementazioni 2. Nitrurazioni 3. Altri ramona.sola@unimore.it

4 Per l esecuzione di un trattamento termico è necessario conoscere: Digramma di stato Fe - C I punti critici Curve TTT e CCT ramona.sola@unimore.it

5 Acciaio Iper-eutettoidico ghisa Ipo-eutettica ghisa Iper-eutettica Acciaio Ipo-eutettoidico

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7 500x, 20Mn5 (acciaio ipoeuttettoidico), microstruttura ferritico perlitica

8 perlite 1000x, acciaio 20Mn5(acciaio ipoeuttettoidico)

9 Grani di ferrite 1000x, acciaio 20Mn5(acciaio ipoeuttettoidico)

10 I punti critici corrispondono alle temperature di trasformazione. In condizioni di equilibrio: A e1 = T di equilibrio tra austenite e ferrite/cementire (perlite) A e3 = T di equilibrio tra austenite e ferrite (acciai ipoeutteoidici) A em = di equilibrio tra austenite e cementite (acciai ipereutettoidici) In riscaldamento: A c1, A c3, A cm In raffreddamento: A r1, A r3, A rm ramona.sola@unimore.it

11 A 3 A m A 1

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14 500x, acciaio eutettoidico, microstruttura perlitica

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16 500x, acciaio ipoeutettoidico

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18 500x, acciaio ipereutettoidico

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20 Curve CCT di un acciaio 13CrMo4

21 1. Il diagramma di stato Fe-C e le curve TTT e CCT 2. Trattamenti termici degli acciai da costruzione 3. Trattamenti termici degli acciai: 1. Ricottura 2. Normalizzazione 3. Tempra 4. Rinvenimento 5. Bonifica 4. Trattamenti superficiali 1. Tempra 1. A induzione 2. Al laser 2. Trattamenti termochimici 1. Carbocementazioni 2. Nitrurazioni 3. Altri ramona.sola@unimore.it

22 Facendo riferimento alle norme UNI (3354/70), un trattamento termico, a rigore, può essere definito come operazione o successione di operazioni mediante le quali una lega o un metallo vengono sottoposti, al di sotto del punto o dell intervallo di fusione, in ambiente di natura determinata, ad uno o più cicli termici, nell intento di impartire loro determinate proprietà In metallurgia i trattamenti termici costituiscono un mezzo per ottenere una lega metallica con proprietà strutturali e resistenziali idonee alle esigenze delle successive lavorazioni e dell impiego finale STORIA Già alla fine del II millennio A.C., in Etruria si applicavano gli antenati degli attuali T.T.: alcuni gruppi nomadi avevano scoperto come incrementare drasticamente la durezza e la resistenza ad usura di lame di coltelli e spade. Il processo era la cementazione in cassetta : si metteva a contatto l oggetto con sostanze organiche in grado di generare carburi e nitruri, seguiva un successivo riscaldamento e permanenza alla T raggiunta, infine un brusco raffreddamento in acqua (trattamento simile alla tempra) ramona.sola@unimore.it

23 il trattamento termico solitamente non prevede la fusione del metallo trattato pertanto tutti i trattamenti termici sono condotti allo stato solido la temperatura di riscaldo deve essere al di sotto della T di liquazione RISCALDAMENTO del materiale MANTENIMENTO del materiale ad una T opportuna e definita RAFFREDDAMENTO con velocità che segue leggi opportune Queste fasi possono essere eseguite con modalità molto diverse: variabili: T, t, v e possono anche essere ripetute Conferire al metallo proprietà particolari adatte alla sua messa in opera e alla sua utilizzazione

24 Il trattamento termico in linea generale Provoca modificazioni strutturali e quindi nelle dimensioni, nella forma e nella ripartizione dei costituenti senza modificarne la natura Conferisce particolari proprietà agli strati superficiali del pezzo trattato Modifica la ripartizione e l intensità delle tensioni interne Il trattamento termico può essere: A. GENERALE, quando applicato all interno del pezzo B. LOCALE o PARZIALE, quando applicato soltanto ad una parte del pezzo, ma non al suo insieme ramona.sola@unimore.it

25 ricottura MASSIVI applicato al pezzo intero il risultato che si vuole raggiungere è unico in tutta la massa normalizzazione tempra rinvenimento Trattamenti termici bonifica SUPERFICIALI si applica solo alla superficie mirano ad ottenere una superficie con proprietà particolari e lasciare il cuore del pezzo inalterato Tempra superficiale cementazioni nitrurazioni ramona.sola@unimore.it

26 la maggior parte dei trattamenti termici prevede un riscaldamento in campo austenitico, cioè a T > A c3 genericamente, ciò che distingue un t.t. dall altro è la velocità di raffreddamento Ricottura Forno Ferrite - perlite

27 500x, 13CrMo4, ricottura: T austenitizzazione = 920 C t austenitizzazione = 60 minuti raffreddamento lento in forno

28 la maggior parte dei trattamenti termici prevede un riscaldamento in campo austenitico, cioè a T > A c3 genericamente, ciò che distingue un t.t. dall altro è la velocità di raffreddamento Normalizzazione Aria Bainite - martensite

29 500x, 13CrMo4, ricottura: T austenitizzazione = 920 C t austenitizzazione = 60 minuti raffreddamento fuori forno

30 la maggior parte dei trattamenti termici prevede un riscaldamento in campo austenitico, cioè a T > A c3 genericamente, ciò che distingue un t.t. dall altro è la velocità di raffreddamento Tempra Acqua (o altri mezzi di tempra) Martensite (austenite residua)

31 500x, 13CrMo4, ricottura: T austenitizzazione = 920 C t austenitizzazione = 60 minuti raffreddamento fuori forno

32 definizione dei trattamenti termici: norma UNI EN 10052:95 Vocabolario del trattamento termico dei prodotti ferrosi temperature dei trattamenti termici: le norme europee EN riportano per tutti gli acciai gli intervalli di temperatura consigliati per i trattamenti termici comuni anche i cataloghi dei produttori riportano le temperature più indicate per i vari acciai

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34 1. Il diagramma di stato Fe-C e le curve TTT e CCT 2. Trattamenti termici degli acciai da costruzione 3. Trattamenti termici degli acciai: 1. Ricottura 2. Normalizzazione 3. Tempra 4. Rinvenimento 5. Bonifica 4. Trattamenti termochimici 1. Carbocementazioni 2. Nitrurazioni 3. Altri ramona.sola@unimore.it

35 UNI EN Sotto la denominazione generica di ricottura si comprendono trattamenti termici eseguiti con cicli diversi, caratterizzati essenzialmente da: 1. un riscaldamento a temperatura elevata (all interno dell intervallo critico) 2. Permanenza prolungata a tale temperatura 3. Raffreddamento lento sufficiente per determinare nella massa metallica le trasformazioni volute (strutture da diagramma di stato) ADDOLCIRE 1. rendere il materiale metallico più facilmente lavorabile alle macchine utensili 2. Consentire una ulteriore deformazione del materiale metallico qualora incrudito da deformazione precedenti OMOGENEIZZARE 1. La composizione del materiale metallico 2. Microstruttura 3. Eliminazione delle tensioni residue interne 4. Eliminazione completa degli effetti di tempra

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37 Si tratta di un riscaldamento al di sopra dell intervallo critico, e permanenza a questa T per un tempo sufficiente alla completa austenitizzazione. Segue un raffreddamento lento nell intervallo di T compreso nell intervallo critico, mentre il raffreddamento finale a T amb può essere anche più rapido 2 1. RISCALDAMENTO PROGRESIVO fino ad una T > A3 per la completa in austenite di qualunque struttura fosse preesistente nell acciaio 3 2. MANTENIMENTO a tale T per assicurare la completa trasformazione del pezzo in austenite 1 Con questo raffreddamento si ottiene una struttura: ferritico-perlitica per un acciaio ipo-eutettoidico struttura perlitica per un acciaio eutettoidico struttura cementitico-perlitica per un acciaio ipereutettoidico 3. RAFFREDDAMENTO LENTO in forno, in modo che tutte le trasformazioni avvengano in condizioni prossime a quella di equilibrio per le quali vale il diagramma Fe-C Vedi diagramma Fe-C

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39 velocità di riscaldamento 100 C/h riscaldamento fino ad una T C sopra A 3 mantenimento a questa T per un tempo conveniente (0.5-1h per ton di carica) che dipende da: forma e dimensioni del pezzo conducibilità termica del materiale da trattare capacità termica del forno presenza di elementi o costituenti di lega che ritardano fenomeni diffusivi tendenza all ingrossamento del grano raffreddamento in forno: velocità di raffreddamento C/h per acciai legati raffreddamento in forno: velocità di raffreddamento C/h per acciai al C al di sotto di 500 C raffreddamento in aria

40 1000x, 13CrMo4, ricotto, microstruttura ferritico - perlitica Questo trattamento è vantaggioso perché consente il raggiungimento del massimo addolcimento e quindi la massima lavorabilità a freddo. Lo svantaggio è l ottenimento di una microstruttura grossolana

41 Il processo prevede un riscaldamento a T = Ac C, permanenza a questa temperatura per molto tempo, raffreddamento lento all interno dell intervallo critico e raffreddamento più veloce all aria al di sotto dell intervallo critico Rendere il metallo più omogeneo, per ridurre l eterogeneità della composizione chimica provocata dalla segregazione. La lunga permanenza ad alta temperatura è necessaria per permettere agli elementi di diffondere (di fatto solo il C riesce a diffondere sufficientemente) La riuscita del TT (omogeneizzazione) dipendono: 1. Coefficiente di diffusione dell elemento segregato alla T di trattamento 2. Distanze interdendritiche da superare 3. Differenze di concentrazione 4. Tempi e temperature (costi)

42 13CrMo4 segregato Bande chiare: ferritico perlitiche Bande scure: bainitiche

43 13CrMo4 Ricottura a 930 C per 10 minuti 13CrMo4 Ricottura a 930 C per 60 minuti

44 Detta anche ricottura di sferoidizzazione, è un trattamento termico che conferisce alla cementite una forma sferoidale ed una distribuzione uniforme Comprende le seguenti fasi: 1. Lento riscaldamento fino ad una T che può essere: Leggermente al di sotto di Ac 1 (ciclo termico 1) Compresa tra Ac 1 e Ac 3 (ciclo termico 2) 2. Permanenza alla T raggiunta per un tempo prolungato, oppure 2 o 3 oscillazioni intorno alla T vicina ad Ac 1 (ciclo termico 3) 3. Raffreddamento lento Microstruttura di un acciaio sottoposto a trattamento di ricottura globulare

45 T [ C] Ac 3 Ac 1 T [ C] Ac 3 Ac 1 Ciclo termico 1 Ciclo termico 2 T [ C] Ac 3 t Ac 1 Ciclo termico 3 La ricottura prevede 3 cicli termici un po diversi ma con i quali si ottengono strutture simili: perlite o cementite in forma globulare. Gli effetti di tale ricottura sono: buona lavorabilità alle macchine utensili facilità di formatura a freddo durezza inferiore a quella ottenibile con la ricottura completa t t ramona.sola@unimore.it 45

46 1000X X37CrMoV5-1 SCOPO Impartire al materiale una migliore lavorabilità alle macchine utensili e talvolta anche una migliore deformabilità plastica a freddo

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