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Il trattamento termico può essere definito come una combinazione di operazioni di riscaldamento e raffreddamento a cui viene sottoposto un metallo o una lega allo stato solido per ottenere le condizioni o le proprietà desiderate.

I trattamenti termici possono essere impiegati per omogeneizzare le leghe in metallo colato per migliorare la loro lavorabilità a caldo, per addolcire i metalli prima e durante le operazioni di lavorazione a caldo e a freddo oppure per alterarne la microstruttura in modo da ottenere le proprietà meccaniche desiderate.

I trattamenti termici delle leghe metalliche vengono impiegati anche per modificare la struttura chimica superficiale dei materiali. Questa modifica viene generata tramite la diffusione di carbonio, azoto ed altri materiali gassosi o solidi sulla superficie del componente. Questi processi vengono utilizzati per conferire una determinata durezza superficiale e per aumentare la resistenza all’usura, alla corrosione ed alle sollecitazioni.

I parametri ed i processi che possono influenzare la composizione e le proprietà di componenti metallici comprendono quanto segue:

  • Tipo di lega
  • Riscaldamento
  • Raffreddamento
  • Ingresso di lavoro
  • Tempo
  • Atmosfera
  • Placcatura superficiale
  • Diffusione superficiale

Affinché qualsiasi componente metallico sia adatto ed indicato per lo scopo previsto, potrebbe rendersi necessario sottoporlo ad una particolare serie di trattamenti di condizionamento e finitura. Questi trattamenti vengono eseguiti in modo tale da garantire l’attento controllo della combinazione richiesta di questi parametri, al fine di ottenere il componente finito desiderato.

Il trattamento termico dei metalli comporta l’aumento della temperatura di una lega a una temperatura definita, spesso tramite un profilo termico prestabilito. Il materiale quindi viene mantenuto in temperatura per un determinato periodo prima di essere raffreddato o ad una velocità controllata, oppure in condizioni di tempra rapida ad una temperatura fissa.

I trattamenti vengono eseguiti in forni in cui spesso, oltre alle variazioni di temperatura, vengono utilizzati i gas per controllare l’atmosfera del processo. Le atmosfere controllate vengono utilizzate per ridurre gli effetti dell’ossidazione oppure per fornire un’atmosfera arricchita per gli effetti chimici superficiali sul componente sottoposto a trattamento.

I trattamenti termici vengono classificati in base al loro scopo:

Trattamenti generali

Omogeneizzazione

Questo trattamento viene eseguito prima dei processi di lavorazione a caldo con lo scopo di uniformare le temperature di una lega o di ridurre l’effetto di microsegregazione dovuto alla composizione chimica non uniforme.

Ricottura

La ricottura comprende vari processi di trattamento termico finalizzati ad addolcire le leghe ed aumentare la loro duttilità prima della lavorazione a freddo.

Normalizzazione/Distensione

Trattamenti termici eseguiti allo scopo di eliminare tensioni interne a componenti saldati, fusi o raffreddati rapidamente.

Trattamenti che alterano la struttura chimica superficiale di una lega

Cementazione, nitrurazione, carbonitrurazione e nitrocarburazione

In questi processi gli strati superficiali della lega vengono temprati e induriti esponendo il componente ad un’atmosfera gassosa arricchita di carbonio o azoto mentre il materiale è sottoposto ad un profilo termico elevato prima della tempra. Si possono ottenere proprietà di componenti simili utilizzando altri componenti molecolari superficiali in processi quali l’impiantazione ionica – deposizione chimica da vapore (CVD – Chemical Vapour Deposition), deposizione fisica da vapore (PVD – Physical Vapour Deposition), borurazione e alluminizzazione.

Trattamenti che alterano la struttura della fase di una lega

Indurimento

Tutte le leghe metalliche possono essere lavorate già indurite mentre le leghe di acciaio possono essere anche indurite tramite un processo di trattamento termico. La capacità di indurimento di una lega di acciaio dipende dal contenuto di carbonio o di altre leghe. Maggiore è il contenuto di carbonio che leghe riescono a raggiungere maggiore sarà il grado di durezza.

Il processo di indurimento si ottiene riscaldando una lega ad una temperatura predefinita e poi temprandola in olio, acqua, aria oppure utilizzando una speciale tempra a base di polimero. La temperatura e i parametri di tempra dipendono dal tipo di acciaio da lavorare.

Rinvenimento

Il rinvenimento è un processo che generalmente segue il processo di indurimento allo scopo di rimuovere gran parte della fragilità acquisita dalla lega pur conservando la durezza dei componenti.

Per comprendere l’importanza di questi processi e le temperature a cui eseguire questi trattamenti è necessario studiare il diagramma di fase di ogni singola lega.

Tempra a induzione

Il riscaldamento rapido con una bobina a induzione immediatamente seguito da un processo di tempra è in grado di indurire tipi di acciaio a medio e alto contenuto di carbonio. In alternativa questo stesso processo può essere eseguito mediante contatto diretto di una fiamma incandescente o con tecniche di riscaldamento a laser.

Altri processi specialistici

Pressione isostatica a caldo (HIP ping)

Processo impiegato per la densificazione di colate e componenti presinterizzati, nonché nella saldatura a diffusione delle leghe. Questo processo prevede solitamente temperature e pressioni estremamente elevate in un recipiente progettato appositamente.

Sinterizzazione

Molti prodotti con forme a sezione trasversale complessa, vengono ottenuti da materiali di base in polvere premuti o plasmati nella forma del componente. La sinterizzazione ha luogo in un ambiente ad atmosfera controllata e viene impiegata per rafforzare il legame dei componenti in polvere compattata in un ciclo di processi con tempi e temperature stabiliti.

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