Nel nostro post del blog www.progettosani.it vediamo: Cos’è il trattamento termico e a cosa serve.
Il trattamento termico è chiamato processo durante il quale le leghe metalliche sono sottoposte a calore estremo e poi improvvisamente raffreddate, sono inoltre soggetti a improvvise condizioni di velocità e pressione. Per questo, il metallo deve essere allo stato solido. La funzione del trattamento termico è migliorare le proprietà meccaniche delle leghe, quali durezza, resistenza ed elasticità.
Le leghe a cui solitamente si applica questa tecnica sono l’acciaio, il vetro e la ghisa e il carbonio, anche se può essere applicata anche al legno e alla ceramica.
Proprietà meccaniche
I trattamenti termici alterano la struttura cristallina dei materiali senza deformarne la composizione chimica. Ciò avviene attraverso un successivo procedimento di riscaldamento e raffreddamento fino ad ottenere la struttura cristallina desiderata e quindi a migliorare le caratteristiche meccaniche del materiale.
Le caratteristiche meccaniche sono:
- Resistenza all’usura: È la resistenza che un materiale oppone all’erosione prodotta dall’attrito contro un altro materiale.
- Tenacia: Si tratta di un altro tipo di resistenza, questa volta agli urti, in quanto è la capacità del materiale di non creparsi assorbendo energia.
- Lavorabilità: Questo è il nome dato alla facilità di asportazione di truciolo del materiale durante la lavorazione.
- Durezza: È la resistenza che offre il materiale all’essere penetrato o graffiato.
Allotropia e polimorfismo
L’allotropia è la proprietà degli elementi chimici puri di presentare diverse strutture di grano, ma senza modificare la composizione chimica, ed è ciò che consente l’operazione di trattamenti termici.. In altri materiali, questa capacità è chiamata polimorfismo; quindi, diamante e granito sono polimorfismi del carbonio, mentre α-ferrite, austenite e δ-ferrite sono polimorfismi del ferro.
Trattamenti termici dell’acciaio
Con un adeguato trattamento termico, l’acciaio può ridurre lo stress interno e la dimensione del grano, nonché acquisire una maggiore tenacità o una superficie più dura e tenace ma con un interno duttile. La chiave per un buon trattamento termico risiede nelle reazioni che si verificano nell’acciaio (e in altre leghe) durante il riscaldamento e il raffreddamento se vengono rispettate le linee guida o gli orari prestabiliti.
Per questo è necessario disporre di un diagramma che specifichi le temperature alle quali il materiale cambia fase, cioè cambia la sua struttura cristallina.
I principali trattamenti termici per l’acciaio sono:
- Temperamento: È un processo in cui l’acciaio viene riscaldato al di sopra della temperatura critica superiore Ac, cioè tra 900 e 950º C, e quindi raffreddato in acqua o olio. Ciò aumenta la durezza e la resistenza dell’acciaio.
- Condito: Questo processo viene eseguito una volta che l’acciaio è stato temperato e diminuisce i suoi effetti di durezza e resistenza ma aumenta la tenacità del metallo. Anche le tensioni di temperamento vengono eliminate.
- Cintura: Con questa tecnica l’acciaio viene portato alla temperatura di austenitizzazione (800-925 °C) e successivamente raffreddato lentamente per aumentarne l’elasticità. Anche la struttura è omogeneizzata, la grana è affinata e l’acciaio è ammorbidito, il che facilita la lavorazione. Inoltre vengono eliminate le sollecitazioni interne e l’acrimonia prodotte dalla lavorazione a freddo.
- Normalizzato: Viene utilizzato prima della tempra e del rinvenimento in modo che l’acciaio sia in uno stato normale, cioè non abbia tensioni interne e il carbonio sia distribuito uniformemente.
Trattamenti termochimici dell’acciaio
La differenza tra questi trattamenti termici è che in questi casi la composizione chimica dell’acciaio viene modificata nel suo strato superficiale, al quale vengono aggiunti prodotti chimici.. Il riscaldamento e il raffreddamento in questi processi devono essere effettuati in atmosfere speciali.
Gli obiettivi principali dei trattamenti termochimici sono aumentare la durezza superficiale del pezzo mantenendo l’anima morbida e tenace; ridurre l’attrito e aumentare la resistenza all’usura, alla fatica e alla corrosione.
Tipi di trattamenti termochimici
- Cementazione: All’aumentare della concentrazione di carbonio sulla superficie dell’acciaio, aumenta anche la sua durezza superficiale. Per questo bisogna tener conto dell’atmosfera che circonda il metallo durante il suo riscaldamento e raffreddamento. Deve quindi subire una procedura di tempra e rinvenimento per affermare la sua durezza e resistenza all’usura mantenendo la tenacità del nucleo.
- Nitrurazione: questo processo incorpora l’azoto nella composizione della parte in acciaio e la riscalda ad una temperatura compresa tra 400 e 525 °C, coinvolgendo la parte in un flusso di ammoniaca gassosa con azoto. Ciò aumenta la durezza superficiale molto di più rispetto alla cementazione.
- cianurazione: Viene utilizzato in minuterie metalliche, che vengono placcate con cianuro di sodio, carbonato e cianato e poi riscaldate a 760 e 950 °C per indurirle.
- carbonitrurazione: In questo caso nello strato superiore di acciaio vengono inglobati carbonio e azoto e, inoltre, una serie di idrocarburi come metano, etano o propano; ammoniaca (NH3) e monossido di carbonio (CO). Viene quindi portato da 650 a 850 °C e infine deve essere effettuato il rinvenimento e il rinvenimento.
- Solfinizzazione: In questo caso, all’acciaio viene applicato un bagno di sali di zolfo e riscaldato a bassa temperatura (circa 565°C), che aumenta la resistenza all’usura delle parti risultanti.
