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Trattamenti termici Procedimenti basati principalmente sull'uso del calore per modificare la struttura completa, o solo superficiale, di alcuni materiali – in primo luogo acciaio, ma anche rame, alluminio, vetro ecc. – al fine di esaltarne certe proprietà (ad esempio la durezza) o minimizzarne altre (ad esempio la fragilità).
Trattamenti termici in senso stretto sono la tempra, il rinvenimento, la ricottura, la normalizzazione e la solubilizzazione. Sono detti più propriamente trattamenti termochimici la cementazione, la nitrurazione e la malleabilizzazione.
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ACCIAIO |
La tempra è il principale trattamento termico al quale si sottopone l'acciaio, al fine di aumentarne la durezza. Si esegue riscaldando il metallo fino alla temperatura di formazione dell'austenite (da 760 °C a 870 °C) e quindi raffreddandolo rapidamente in acqua o in olio: il brusco raffreddamento trasforma l'austenite in martensite, estremamente dura. Questo processo crea nel metallo cospicue tensioni e deformazioni interne, che lo rendono più fragile.
Tali difetti possono essere eliminati mediante successivi trattamenti termici, ad esempio il rinvenimento o la ricottura: il primo consiste nel riscaldare nuovamente l'acciaio a temperatura più bassa, raffreddandolo poi rapidamente, mentre, nel caso della ricottura, il raffreddamento avviene lentamente in aria. Il rinvenimento diminuisce la durezza e la resistenza dell'acciaio e ne accresce la duttilità e la tenacità, mentre la ricottura elimina totalmente gli effetti della tempra. La sequenza tempra-rinvenimento prende il nome di bonifica.
Per minimizzare le tensioni e le deformazioni interne che si formano durante il brusco raffreddamento, sono state sviluppate tre forme particolari di tempra, definite rispettivamente interrotta, isotermica e bainitica. Nella tempra interrotta l'acciaio, raggiunta la temperatura di formazione della martensite (circa 290 °C), viene estratto dal bagno di raffreddamento e lasciato raffreddare lentamente in aria. Nella tempra isotermica si ha l'estrazione dell'acciaio dal bagno di raffreddamento, come per la tempra interrotta, ma successivamente l'acciaio viene posto in un bagno a temperatura costante, affinché la temperatura della sua sezione trasversale divenga uniforme. Quindi l'acciaio viene raffreddato in aria, dalla temperatura di formazione della martensite a temperatura ambiente. Nella tempra baitinica l'acciaio viene parzialmente raffreddato in un bagno di metallo (ad esempio piombo fuso) o di sali, costantemente mantenuto alla temperatura a cui avvengono le trasformazioni strutturali desiderate, e quindi, a trasformazioni avvenute, raffreddato in acqua.
La normalizzazione consiste nello scaldare l'acciaio a temperatura relativamente bassa, lasciandolo poi raffreddare in aria; ha lo scopo di eliminare le tensioni interne indotte da lavorazioni di fucinatura e di omogeneizzare la struttura dei getti di fusione.
La solubilizzazione è un particolare trattamento al quale vengono sottoposti alcuni acciai speciali, per omogeneizzarne i costituenti; è detta anche tempra negativa, poiché accresce la malleabilità del materiale, a scapito della durezza. Si esegue scaldando il pezzo per lungo tempo ad alta temperatura e poi raffreddandolo rapidamente.
I trattamenti termochimici conferiscono all'acciaio solo un indurimento superficiale.
La cementazione consiste nel riscaldare un pezzo finito di acciaio con composti di carbonio (carbocementazione) o di azoto (nitrurazione), che reagiscono con lo strato superficiale del metallo e, aumentando il suo contenuto di carbonio oppure formando con esso nitruri, gli conferiscono un'estrema durezza.
Nella carbocementazione il metallo viene riscaldato in carbone di legna o coke, oppure in gas come metano o monossido di carbonio: questo trattamento è particolarmente adatto nei casi in cui l'oggetto d'acciaio (ad esempio un'incudine) deve possedere il massimo di durezza superficiale, pur mantenendo il massimo di tenacità complessiva. La nitrurazione invece si usa per accrescere la durezza di alcuni acciai speciali e si esegue mediante riscaldamento in ammoniaca gassosa per formare leghe di nitruri. La cianurazione infine consiste nell'immergere il pezzo di acciaio in un bagno di sali di cianuro di sodio o di potassio fusi, formando carburi e nitruri superficiali.
Nell'esecuzione dei trattamenti termici dell'acciaio è necessario raggiungere, ma è importante non superare, le temperature prescritte. Un metodo empirico tradizionale per valutare tali temperature con buona approssimazione si basa sul colore assunto dal metallo riscaldato. Sono valide le seguenti equivalenze, dove la temperatura è espressa in gradi Celsius (°C): rosso nascente 525-550, rosso cupo 650-700, rosso vivo 800-850, rosso chiaro 900-950, arancio cupo 1000-1050, arancio chiaro 1100-1150, bianco nascente 1200-1250, bianco vivo 1300-1350, bianco abbagliante 1500.
ALTRI METALLI |
Le proprietà della ghisa, in particolare delle ghise grigie e delle ghise speciali, possono essere migliorate con la tempra e il rinvenimento, che si eseguono con modalità simili a quelle usate per l'acciaio. Il trattamento termico più comune per la ghisa è tuttavia la ricottura, per addolcire il metallo ed eliminarne le tensioni interne che si formano durante il raffreddamento del getto di fusione.
La malleabilizzazione è invece un trattamento termochimico al quale viene sottoposta la ghisa bianca, estremamente dura e fragile, per trasformarla in ghisa malleabile, più tenace e più facilmente lavorabile. Si può eseguire in due modi principali: mediante riscaldamento fra 950 e 1050 °C in ambiente decarburante, costituito da una miscela di monossido e diossido di carbonio, oppure mediante riscaldamento prolungato a 820 °C in ambiente neutro o poco ossidato.
La tempra e la ricottura di rame, ottone, argento e leghe di alluminio seguono procedure diverse rispetto a quelle dell'acciaio. La tempra infatti si esegue mediante raffreddamento lento dopo il riscaldamento ad alta temperatura, mentre la ricottura si esegue mediante raffreddamento rapido.
Fonte: http://digilander.libero.it/chenam/documenti/scuola/Trattamenti%20termici.doc
Sito web da visitare: http://digilander.libero.it/chenam/
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