Comprensione delle applicazioni di tempra, rinvenimento, normalizzazione e ricottura

1. Tempra

1. Cos'è il quench?
La tempra è un processo di trattamento termico utilizzato per l'acciaio. In questo processo, l'acciaio viene riscaldato ad una temperatura superiore alla temperatura critica Ac3 (per acciaio ipereutettoidico) o Ac1 (per acciaio ipereutettoidico). Viene quindi mantenuto a questa temperatura per un periodo di tempo per austenitizzare completamente o parzialmente l'acciaio, quindi raffreddato rapidamente al di sotto di Ms (o mantenuto isotermicamente vicino a Ms) a una velocità di raffreddamento superiore alla velocità di raffreddamento critica per trasformarlo in martensite ( o bainite). La tempra viene utilizzata anche per il trattamento di soluzioni solide e il raffreddamento rapido di materiali come leghe di alluminio, leghe di rame, leghe di titanio e vetro temperato.

2. Lo scopo dell'estinzione:

1) Migliorare le proprietà meccaniche di prodotti o parti metalliche. Ad esempio, migliora la durezza e la resistenza all'usura di utensili, cuscinetti, ecc., aumenta il limite elastico delle molle, migliora le proprietà meccaniche complessive delle parti dell'albero, ecc.

2) Per migliorare le proprietà materiali o chimiche di tipi specifici di acciaio, come migliorare la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile o aumentare il magnetismo permanente dell'acciaio magnetico, è importante selezionare attentamente i mezzi di tempra e utilizzare il metodo di tempra corretto durante il processo processo di tempra e raffreddamento. I metodi di tempra comunemente usati includono la tempra a liquido singolo, la tempra a doppio liquido, la tempra graduata, la tempra isotermica e la tempra locale. Ogni metodo ha le sue applicazioni e vantaggi specifici.

3. Dopo la tempra, i pezzi in acciaio presentano le seguenti caratteristiche:

- Sono presenti strutture instabili come martensite, bainite e austenite residua.
- C'è un elevato stress interno.
- Le proprietà meccaniche non soddisfano i requisiti. Di conseguenza, i pezzi in acciaio vengono solitamente sottoposti a rinvenimento dopo la tempra.

2. Tempra

1. Cos'è il rinvenimento?

La tempra è un processo di trattamento termico che prevede il riscaldamento di materiali o parti metalliche bonificate a una temperatura specifica, il mantenimento della temperatura per un certo periodo e quindi il loro raffreddamento in un modo specifico. Il rinvenimento viene eseguito immediatamente dopo la tempra ed è generalmente la fase finale del trattamento termico del pezzo. Il processo combinato di tempra e rinvenimento viene definito trattamento finale.

2. Gli scopi principali della tempra e del rinvenimento sono:
- Il rinvenimento è essenziale per ridurre le tensioni interne e la fragilità dei pezzi bonificati. Se non temprate in modo tempestivo, queste parti potrebbero deformarsi o rompersi a causa dell'elevato stress e della fragilità causate dalla tempra.
- La tempra può essere utilizzata anche per regolare le proprietà meccaniche del pezzo, come durezza, resistenza, plasticità e tenacità, per soddisfare diversi requisiti prestazionali.
- Inoltre, il rinvenimento aiuta a stabilizzare le dimensioni del pezzo garantendo che non si verifichi alcuna deformazione durante l'uso successivo, poiché stabilizza la struttura metallografica.
- Il rinvenimento può anche migliorare le prestazioni di taglio di alcuni acciai legati.

3. Il ruolo del rinvenimento è:
Per garantire che il pezzo rimanga stabile e non subisca trasformazioni strutturali durante l'uso, è importante migliorare la stabilità della struttura. Ciò comporta l'eliminazione dello stress interno, che a sua volta aiuta a stabilizzare le dimensioni geometriche e a migliorare le prestazioni del pezzo. Inoltre, il rinvenimento può aiutare a regolare le proprietà meccaniche dell'acciaio per soddisfare requisiti di utilizzo specifici.

Il rinvenimento ha questi effetti perché quando la temperatura aumenta, l'attività atomica viene migliorata, consentendo agli atomi di ferro, carbonio e altri elementi di lega nell'acciaio di diffondersi più velocemente. Ciò consente la riorganizzazione degli atomi, trasformando la struttura instabile e sbilanciata in una struttura stabile ed equilibrata.

Quando l'acciaio viene temperato, la durezza e la resistenza diminuiscono mentre aumenta la plasticità. L'entità di questi cambiamenti nelle proprietà meccaniche dipende dalla temperatura di rinvenimento, con temperature più elevate che portano a maggiori cambiamenti. In alcuni acciai legati con un elevato contenuto di elementi leganti, il rinvenimento in un determinato intervallo di temperature può portare alla precipitazione di composti metallici fini. Ciò aumenta la resistenza e la durezza, un fenomeno noto come indurimento secondario.

Requisiti di tempera: Diversiparti lavoraterichiedono un rinvenimento a temperature diverse per soddisfare requisiti di utilizzo specifici. Ecco le temperature di rinvenimento consigliate per le diverse tipologie di pezzi:
1. Gli utensili da taglio, i cuscinetti, le parti cementate e temprate e le parti temprate in superficie vengono solitamente temprate a basse temperature inferiori a 250°C. Questo processo comporta una variazione minima della durezza, una riduzione dello stress interno e un leggero miglioramento della tenacità.
2. Le molle vengono temperate a temperature medie comprese tra 350 e 500°C per ottenere una maggiore elasticità e la necessaria tenacità.
3. Le parti realizzate in acciaio strutturale a medio tenore di carbonio vengono generalmente temprate a temperature elevate di 500-600°C per ottenere una combinazione ottimale di resistenza e tenacità.

Quando l'acciaio viene temperato a circa 300°C, può diventare più fragile, un fenomeno noto come primo tipo di fragilità da rinvenimento. In generale, il rinvenimento non dovrebbe essere effettuato in questo intervallo di temperature. Alcuni acciai strutturali legati a medio carbonio sono anche soggetti a fragilità se vengono raffreddati lentamente a temperatura ambiente dopo un rinvenimento ad alta temperatura, noto come il secondo tipo di fragilità da rinvenimento. L'aggiunta di molibdeno all'acciaio o il raffreddamento in olio o acqua durante la tempra possono prevenire il secondo tipo di fragilità della tempra. Il riscaldamento del secondo tipo di acciaio fragile temperato alla temperatura di rinvenimento originale può eliminare questa fragilità.

In produzione, la scelta della temperatura di rinvenimento dipende dalle esigenze prestazionali del pezzo. Il rinvenimento è classificato in base alle diverse temperature di riscaldamento in rinvenimento a bassa temperatura, rinvenimento a media temperatura e rinvenimento ad alta temperatura. Il processo di trattamento termico che prevede la tempra seguita da un rinvenimento ad alta temperatura è denominato rinvenimento, che conferisce elevata resistenza, buona plasticità e tenacità.

- Rinvenimento a bassa temperatura: 150-250°C, rinvenimento M. Questo processo riduce lo stress interno e la fragilità, migliora la plasticità e la tenacità e si traduce in una maggiore durezza e resistenza all'usura. Viene generalmente utilizzato per realizzare strumenti di misura, utensili da taglio, cuscinetti volventi, ecc.
- Rinvenimento a media temperatura: 350-500°C, rinvenimento T. Questo processo di rinvenimento si traduce in una maggiore elasticità, una certa plasticità e durezza. È comunemente usato per produrre molle, stampi per forgiatura, ecc.
- Rinvenimento ad alta temperatura: 500-650°C, rinvenimento S. Questo processo si traduce in buone proprietà meccaniche complete e viene spesso utilizzato per realizzare ingranaggi, alberi a gomiti, ecc.

3. Normalizzazione

1. Cos'è la normalizzazione?

ILprocesso CNCdi normalizzazione è un trattamento termico utilizzato per migliorare la tenacità dell'acciaio. Il componente in acciaio viene riscaldato a una temperatura compresa tra 30 e 50°C superiore alla temperatura Ac3, mantenuto a quella temperatura per un periodo di tempo e quindi raffreddato ad aria all'esterno del forno. La normalizzazione comporta un raffreddamento più rapido rispetto alla ricottura, ma un raffreddamento più lento rispetto alla tempra. Questo processo si traduce in grani cristallini raffinati nell'acciaio, migliorando la resistenza, la tenacità (come indicato dal valore AKV) e riducendo la tendenza del componente a rompersi. La normalizzazione può migliorare in modo significativo le proprietà meccaniche complete delle lamiere di acciaio laminate a caldo a bassa lega, dei pezzi forgiati e delle fusioni di acciaio a bassa lega, oltre a migliorare le prestazioni di taglio.

2. La normalizzazione ha i seguenti scopi e usi:

1. Acciaio ipereutettoidico: la normalizzazione viene utilizzata per eliminare le strutture a grana grossa e Widmanstatten surriscaldate in fusioni, forgiati e saldature, nonché le strutture fasciate nei materiali laminati. Affina i grani e può essere utilizzato come trattamento di preriscaldamento prima della tempra.

2. Acciaio ipereutettoidico: la normalizzazione può eliminare la cementite secondaria della rete e affinare la perlite, migliorando le proprietà meccaniche e facilitando la successiva ricottura sferoidale.

3. Lastre di acciaio sottili imbutite a basso tenore di carbonio: la normalizzazione può eliminare la cementite libera al confine del grano, migliorando le prestazioni di imbutitura profonda.

4. Acciaio a basso tenore di carbonio e acciaio bassolegato a basso tenore di carbonio: la normalizzazione può ottenere strutture di perlite più fini e traballanti, aumentando la durezza a HB140-190, evitando il fenomeno del "coltello che si attacca" durante il taglio e migliorando la lavorabilità. Nelle situazioni in cui è possibile utilizzare sia la normalizzazione che la ricottura per l'acciaio a medio tenore di carbonio, la normalizzazione è più economica e conveniente.

5. Acciaio strutturale ordinario a medio tenore di carbonio: la normalizzazione può essere utilizzata al posto della tempra e del rinvenimento ad alta temperatura quando non sono richieste elevate proprietà meccaniche, rendendo il processo semplice e garantendo struttura e dimensioni stabili dell'acciaio.

6. Normalizzazione ad alta temperatura (150-200°C sopra Ac3): riduzione della segregazione dei componenti di pezzi fusi e forgiati a causa dell'elevata velocità di diffusione alle alte temperature. I grani grossi possono essere raffinati mediante una successiva seconda normalizzazione a una temperatura inferiore.

7. Acciai legati a basso e medio tenore di carbonio utilizzati nelle turbine a vapore e nelle caldaie: la normalizzazione viene utilizzata per ottenere una struttura bainite, seguita da rinvenimento ad alta temperatura per una buona resistenza al creep a 400-550°C.

8. Oltre alle parti in acciaio e ai materiali in acciaio, la normalizzazione è ampiamente utilizzata anche nel trattamento termico della ghisa sferoidale per ottenere una matrice di perlite e migliorare la resistenza della ghisa sferoidale. Le caratteristiche della normalizzazione implicano il raffreddamento ad aria, quindi la temperatura ambiente, il metodo di impilamento, il flusso d'aria e le dimensioni del pezzo hanno tutti un impatto sulla struttura e sulle prestazioni dopo la normalizzazione. La struttura di normalizzazione può essere utilizzata anche come metodo di classificazione per gli acciai legati. Tipicamente, l'acciaio legato è classificato in acciaio perlite, acciaio bainite, acciaio martensite e acciaio austenite, a seconda della struttura ottenuta mediante raffreddamento ad aria dopo aver riscaldato un campione con un diametro di 25 mm a 900°C.

4. Ricottura

1. Cos'è la ricottura?
La ricottura è un processo di trattamento termico del metallo. Si tratta di riscaldare lentamente il metallo a una temperatura specifica, mantenerlo a quella temperatura per un certo periodo e quindi raffreddarlo a una velocità adeguata. La ricottura può essere classificata in ricottura completa, ricottura incompleta e ricottura di distensione. Le proprietà meccaniche dei materiali ricotti possono essere valutate attraverso prove di trazione o prove di durezza. Molti acciai vengono forniti allo stato ricotto. La durezza dell'acciaio può essere valutata utilizzando un durometro Rockwell, che misura la durezza HRB. Per piastre di acciaio più sottili, nastri di acciaio e tubi di acciaio a pareti sottili, è possibile utilizzare un tester di durezza Rockwell per misurare la durezza HRT.

2. Lo scopo della ricottura è:
- Migliorare o eliminare vari difetti strutturali e tensioni residue causate dall'acciaio nei processi di fusione, forgiatura, laminazione e saldatura per prevenire deformazioni e fessurazioni dell'acciaio.parti di pressofusione.
- Ammorbidire il pezzo da tagliare.
- Affinare i grani e migliorare la struttura per esaltare le proprietà meccaniche del pezzo.
- Preparare la struttura per il trattamento termico finale (tempra e rinvenimento).

3. I processi di ricottura comuni sono:
① Ricottura completa.
Per migliorare le proprietà meccaniche dell'acciaio a medio e basso tenore di carbonio dopo la fusione, la forgiatura e la saldatura, è necessario affinare la struttura grossolana surriscaldata. Il processo prevede il riscaldamento del pezzo a una temperatura di 30-50 ℃ superiore al punto in cui tutta la ferrite viene trasformata in austenite, il mantenimento di questa temperatura per un periodo di tempo e il successivo raffreddamento graduale del pezzo in un forno. Quando il pezzo si raffredda, l'austenite si trasformerà nuovamente, dando luogo ad una struttura in acciaio più fine.

② Ricottura sferoidizzante.
Per ridurre l'elevata durezza dell'acciaio per utensili e dell'acciaio per cuscinetti dopo la forgiatura, è necessario riscaldare il pezzo a una temperatura di 20-40 ℃ superiore al punto in cui l'acciaio inizia a formare austenite, mantenerlo caldo e quindi raffreddarlo lentamente. Quando il pezzo si raffredda, la cementite lamellare contenuta nella perlite assume una forma sferica, riducendo la durezza dell'acciaio.

③ Ricottura isotermica.
Questo processo viene utilizzato per ridurre l'elevata durezza di alcuni acciai strutturali legati ad alto contenuto di nichel e cromo per la lavorazione di taglio. Tipicamente, l'acciaio viene rapidamente raffreddato alla temperatura più instabile dell'austenite e quindi mantenuto a una temperatura calda per un periodo di tempo specifico. Ciò fa sì che l'austenite si trasformi in troostite o sorbite, con conseguente riduzione della durezza.

④ Ricottura di ricristallizzazione.
Il processo viene utilizzato per ridurre l'indurimento di fili metallici e lamiere sottili che si verifica durante la trafilatura e laminazione a freddo. Il metallo viene riscaldato a una temperatura generalmente inferiore di 50-150 ℃ rispetto al punto in cui l'acciaio inizia a formare austenite. Ciò consente di eliminare gli effetti di incrudimento e di ammorbidire il metallo.

⑤ Ricottura di grafitizzazione.
Per trasformare la ghisa ad alto contenuto di cementite in ghisa forgiabile e dotata di buona plasticità, il processo prevede il riscaldamento della fusione a circa 950°C, il mantenimento di questa temperatura per un determinato periodo, e il successivo raffreddamento opportuno per disgregare la cementite e generare grafite flocculante.

⑥ Ricottura per diffusione.
Il processo viene utilizzato per uniformare la composizione chimica dei getti in lega e migliorarne le prestazioni. Il metodo prevede il riscaldamento della fusione alla massima temperatura possibile senza scioglierla, il mantenimento di questa temperatura per un periodo prolungato e quindi il raffreddamento lento. Ciò consente ai vari elementi della lega di diffondersi e distribuirsi uniformemente.

⑦ Ricottura di distensione.
Questo processo viene utilizzato per ridurre lo stress interno nei getti di acciaio e nelle parti saldate. Per i prodotti in acciaio che iniziano a formare austenite dopo il riscaldamento a una temperatura inferiore a 100-200 ℃, devono essere mantenuti caldi e quindi raffreddati all'aria per eliminare lo stress interno.

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