Scopri come i trattamenti termici possono essere applicati a molte leghe metalliche per migliorare drasticamente proprietà fisiche chiave come durezza, resistenza e lavorabilità.
introduzione
I trattamenti termici possono essere applicati a molte leghe metalliche per migliorare drasticamente le proprietà fisiche chiave (ad esempio durezza, resistenza o lavorabilità).Questi cambiamenti avvengono a causa di modifiche alla microstruttura e, a volte, alla composizione chimica del materiale.
Tali trattamenti comportano il riscaldamento delle leghe metalliche a temperature (solitamente) estreme, seguito da una fase di raffreddamento in condizioni controllate.La temperatura alla quale il materiale viene riscaldato, il tempo in cui viene mantenuto a quella temperatura e la velocità di raffreddamento influiscono notevolmente sulle proprietà fisiche finali della lega metallica.
In questo articolo, abbiamo esaminato i trattamenti termici rilevanti per le leghe metalliche più comunemente utilizzate nella lavorazione CNC.Descrivendo l'effetto di questi processi sulle proprietà della parte finale, questo articolo ti aiuterà a scegliere il materiale giusto per le tue applicazioni.
Quando vengono applicati i trattamenti termici
I trattamenti termici possono essere applicati alle leghe metalliche durante tutto il processo di fabbricazione.Per le parti lavorate CNC, i trattamenti termici vengono generalmente applicati:
Prima della lavorazione CNC: quando viene richiesto un grado standardizzato di una lega metallica che sia prontamente disponibile, il fornitore di servizi CNC lavorerà le parti direttamente da quel materiale di scorta.Questa è spesso l'opzione migliore per ridurre i tempi di consegna.
Dopo la lavorazione CNC: alcuni trattamenti termici aumentano notevolmente la durezza del materiale o vengono utilizzati come fase di finitura dopo la formatura.In questi casi, il trattamento termico viene applicato dopo la lavorazione CNC, poiché l'elevata durezza riduce la lavorabilità di un materiale.Ad esempio, questa è una pratica standard durante la lavorazione CNC di parti in acciaio per utensili.
Trattamenti termici comuni per materiali CNC
Ricottura, distensione e rinvenimento
La ricottura, il rinvenimento e la distensione comportano tutti il riscaldamento della lega metallica ad alta temperatura e il successivo raffreddamento del materiale a bassa velocità, solitamente all'aria o in forno.Differiscono nella temperatura alla quale il materiale viene riscaldato e nell'ordine nel processo di fabbricazione.
Nella ricottura, il metallo viene riscaldato a una temperatura molto elevata e quindi raffreddato lentamente per ottenere la microstruttura desiderata.La ricottura viene solitamente applicata a tutte le leghe metalliche dopo la formatura e prima di qualsiasi ulteriore lavorazione per ammorbidirle e migliorarne la lavorabilità.Se non viene specificato un altro trattamento termico, la maggior parte delle parti lavorate CNC avrà le proprietà del materiale dello stato ricotto.
La distensione comporta il riscaldamento del pezzo ad una temperatura elevata (ma inferiore alla ricottura) e viene solitamente impiegata dopo la lavorazione CNC, per eliminare le tensioni residue create dal processo di fabbricazione.In questo modo vengono prodotte parti con proprietà meccaniche più coerenti.
Il rinvenimento riscalda anche il pezzo ad una temperatura inferiore rispetto alla ricottura, ed è solitamente impiegato dopo la tempra (vedi sezione successiva) di acciai dolci (1045 e A36) e acciai legati (4140 e 4240) per ridurne la fragilità e migliorarne le prestazioni meccaniche.
Tempra
La tempra comporta il riscaldamento del metallo a una temperatura molto elevata, seguito da una rapida fase di raffreddamento, solitamente immergendo il materiale in olio o acqua o esponendolo a un flusso di aria fredda.Il raffreddamento rapido "blocca" i cambiamenti nella microstruttura che il materiale subisce quando riscaldato, producendo parti con una durezza molto elevata.
Le parti vengono solitamente temprate come fase finale del processo di produzione dopo la lavorazione CNC (si pensi ai fabbri che immergono le loro lame nell'olio), poiché una maggiore durezza rende il materiale più difficile da lavorare.
Gli acciai per utensili vengono temprati dopo la lavorazione CNC per raggiungere le loro elevate proprietà di durezza superficiale.Un processo di rinvenimento può quindi essere utilizzato per controllare la durezza risultante.Ad esempio, l'acciaio per utensili A2 ha una durezza di 63-65 Rockwell C dopo la tempra, ma può essere rinvenuto a una durezza compresa tra 42 e 62 HRC.La tempra prolunga la vita utile del pezzo, poiché ne riduce la fragilità (i migliori risultati si ottengono con una durezza di 56-58 HRC).
Indurimento per precipitazione (invecchiamento)
L'indurimento per precipitazione o l'invecchiamento sono due termini comunemente usati per descrivere lo stesso processo.L'indurimento per precipitazione è un processo in tre fasi: il materiale viene prima riscaldato a una temperatura elevata, quindi temprato e infine riscaldato a una temperatura inferiore per un lungo periodo di tempo (invecchiato).Ciò fa sì che gli elementi di lega che inizialmente appaiono come particelle discrete di diversa composizione si dissolvano e si distribuiscano uniformemente nella matrice metallica, in modo simile a come i cristalli di zucchero si dissolvono in acqua quando la soluzione viene riscaldata.
Dopo l'indurimento per precipitazione, la resistenza e la durezza delle leghe metalliche aumentano drasticamente.Ad esempio, 7075 è una lega di alluminio, comunemente utilizzata nell'industria aerospaziale, per fabbricare parti con resistenza alla trazione paragonabile all'acciaio inossidabile, pur avendo meno di 3 volte il peso.
Cementazione e cementazione
La cementazione è una famiglia di trattamenti termici che si traducono in parti con un'elevata durezza sulla loro superficie, mentre i materiali sottostanti rimangono morbidi.Questo è spesso preferito rispetto all'aumento della durezza della parte in tutto il suo volume (ad esempio mediante tempra), poiché le parti più dure sono anche più fragili.
La carbocementazione è il trattamento termico di cementazione più comune.Implica il riscaldamento di acciai dolci in un ambiente ricco di carbonio e la successiva tempra della parte per bloccare il carbonio nella matrice metallica.Ciò aumenta la durezza superficiale degli acciai in modo simile all'anodizzazione che aumenta la durezza superficiale delle leghe di alluminio.
Tempo di pubblicazione: 14 febbraio 2022