Ricottura dell'acciaio come tipo di trattamento termico. Tecnologia dei metalli

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 13:57

Creare nuovi materiali e controllarne le proprietà è l'arte della tecnologia dei metalli. Uno dei suoi strumenti è il trattamento termico. Tali lavorazioni consentono di modificare le caratteristiche e, di conseguenza, gli ambiti di impiego delle leghe. La ricottura dell'acciaio è un'opzione ampiamente utilizzata per eliminare i difetti di fabbricazione dei prodotti, aumentandone la resistenza e l'affidabilità.

Attività di processo e le sue varietà

Le operazioni di ricottura vengono eseguite con lo scopo di:

• ottimizzazione della struttura intracristallina, ordinamento degli elementi di lega;
• ridurre al minimo la distorsione e lo stress interni dovuti alle rapide fluttuazioni della temperatura di processo;
• aumento della flessibilità degli oggetti per il taglio successivo.

L'operazione classica si chiama "ricottura completa", tuttavia ne esistono diverse varietà, a seconda delle proprietà specificate e delle caratteristiche dei compiti: incompleta, bassa, diffusione (omogeneizzazione),isotermico, ricristallizzazione, normalizzazione. Tutti sono simili in linea di principio, tuttavia, le modalità di trattamento termico degli acciai differiscono in modo significativo.

Trattamento termico basato sul grafico

Tutte le trasformazioni nella metallurgia ferrosa, che si basano sul gioco delle temperature, corrispondono chiaramente al diagramma delle leghe ferro-carbonio. È un ausilio visivo per determinare la microstruttura di acciai al carbonio o ghise, nonché i punti di trasformazione delle strutture e le loro caratteristiche sotto l'influenza del riscaldamento o del raffreddamento.

La tecnologia dei metalli regola tutti i tipi di ricottura degli acciai al carbonio con questo programma. Per la ricristallizzazione incompleta, bassa e anche per la ricristallizzazione, i valori di temperatura “di partenza” sono la linea PSK, ovvero il suo punto critico Ac₁. La ricottura completa e la normalizzazione dell'acciaio sono orientate termicamente alla linea del diagramma GSE, i suoi punti critici Ac₃ e Ac_{m. Il diagramma stabilisce inoltre chiaramente la connessione di un determinato metodo di trattamento termico con il tipo di materiale in termini di contenuto di carbonio e la corrispondente possibilità di implementazione per una particolare lega.}

Ricottura completa

Oggetti: pezzi fusi e forgiati da una lega ipoeutettoidale, mentre la composizione dell'acciaio dovrebbe riempire il carbonio in una quantità fino allo 0,8%.

Obiettivo:

• massima modifica della microstruttura ottenuta mediante colata e pressione a caldo, portando la composizione disomogenea di ferrite-perlite a grana grossa in una grana fine omogenea;
• ridurre la durezza e aumentare la duttilità per ulteriori lavorazionitaglio.

Tecnologia. La temperatura di ricottura dell'acciaio è 30-50˚С superiore al punto critico Ac_{3. Quando il metallo raggiunge le caratteristiche termiche specificate, vengono mantenute a questo livello per qualche tempo, il che consente di completare tutte le trasformazioni necessarie. I grossi grani perlitici e ferritici si trasformano completamente in austenite. La fase successiva è il lento raffreddamento insieme a un forno, durante il quale la ferrite e la perlite vengono nuovamente separate dall'austenite, che ha una grana fine e una struttura uniforme.}

La ricottura completa dell'acciaio consente di eliminare i difetti interni più difficili, tuttavia è molto lunga e ad alta intensità energetica.

Ricottura incompleta

Oggetti: acciai ipoeutettoidi privi di gravi disomogeneità interne.

Scopo: macinare e ammorbidire i grani di perlite, senza modificare la base ferritica.

Tecnologia. Riscaldare il metallo a temperature che rientrano nell'intervallo tra i punti critici Ac₁ e Ac_{3. L'esposizione di pezzi grezzi nel forno con caratteristiche stabili contribuisce al completamento dei processi necessari. Il raffreddamento avviene lentamente, insieme al forno. In uscita si ottiene la stessa struttura a grana fine perlite-ferrite. Con un tale effetto termico, la perlite diventa a grana fine, mentre la ferrite rimane in alterata cristallina, e può solo cambiare strutturalmente, macinando anche.}

La ricottura incompleta dell'acciaio consente di bilanciare lo stato interno e le proprietà di oggetti semplici, è meno dispendioso in termini di energia.

Bassa ricottura(ricristallizzazione)

Oggetti: tutti i tipi di acciai al carbonio laminati, acciai legati con contenuto di carbonio entro lo 0,65% (ad esempio cuscinetti a sfere), parti e semilavorati in metalli non ferrosi che non presentano gravi difetti interni, ma necessitano correzione a bassa energia.

Obiettivo:

• rimozione delle sollecitazioni interne e dell'indurimento dovuto all'influenza della deformazione sia a freddo che a caldo;
• elimina gli effetti negativi del raffreddamento non uniforme delle strutture saldate, aumenta la plasticità e la resistenza delle cuciture;
• rendere uniforme la microstruttura dei prodotti di metallurgia non ferrosa;
• sferoidizzazione della perlite lamellare - dandole una forma granulare.

Tecnologia.

Le parti vengono riscaldate 50-100˚C al di sotto del punto critico Ac_{1. Sotto l'influenza di tali influenze, i piccoli cambiamenti interni vengono eliminati. L'intero processo tecnologico richiede circa 1-1,5 ore. Intervalli di temperatura approssimativi per alcuni materiali:}

1. Acciai al carbonio e leghe di rame - 600-700˚C.
2. Leghe di nichel - 800-1200˚C.
3. Leghe di alluminio - 300-450˚C.

Il raffreddamento avviene in aria. Per gli acciai martensitici e bainitici, la tecnologia dei metalli fornisce un nome diverso per questo processo: alto rinvenimento. È un modo semplice ed economico per migliorare le proprietà di parti e strutture.

Omogeneizzazione (ricottura per diffusione)

Oggetti: prodotti di colata di grandi dimensioni, in particolare gettiacciaio legato.

Scopo: distribuzione uniforme degli atomi degli elementi di lega sui reticoli cristallini e sull'intero volume del lingotto per effetto della diffusione ad alta temperatura; ammorbidendo la struttura del pezzo, riducendone la durezza prima di eseguire successive operazioni tecnologiche.

Tecnologia. Il materiale viene riscaldato ad alte temperature di 1000-1200˚С. Le caratteristiche termiche stabili devono essere mantenute a lungo - circa 10-15 ore, a seconda delle dimensioni e della complessità della struttura del getto. Al completamento di tutte le fasi delle trasformazioni ad alta temperatura, segue il raffreddamento lento.

Un processo laborioso ma altamente efficace per livellare la microstruttura di grandi strutture.

Ricottura isotermica

Oggetti: lamiere di acciaio al carbonio, prodotti legati e altolegati.

Obiettivo: Migliorare la microstruttura, rimuovendo i difetti interni in minor tempo.

Tecnologia. Il metallo viene inizialmente riscaldato fino alla piena temperatura di ricottura e viene mantenuto il tempo necessario per la trasformazione di tutte le strutture esistenti in austenite. Quindi raffreddare lentamente per immersione nel sale caldo. Raggiunto il calore a 50-100˚C al di sotto del punto Ac_{1, viene posto in un forno per mantenerlo a questo livello per il tempo necessario alla completa trasformazione dell'austenite in perlite e cementite. Il raffreddamento finale avviene in aria.}

Il metodo consente di ottenere le proprietà richieste dei grezzi in acciaio legato, risparmiando tempo rispetto al pienoricottura.

Normalizzazione

Oggetti: pezzi fusi, forgiati e parti in acciaio a basso carbonio, medio carbonio e bassolegato.

Scopo: snellire lo stato interno, conferire la durezza e la resistenza desiderate, migliorare lo stato interno prima delle successive fasi di trattamento termico e taglio.

Tecnologia. L'acciaio viene riscaldato a temperature leggermente superiori alla linea del GSE e ai suoi punti critici, trattenuto e raffreddato in aria. Pertanto, la velocità di completamento dei processi aumenta. Tuttavia, utilizzando questa procedura, è possibile ottenere una struttura calma razionale solo quando la composizione dell'acciaio è determinata dal carbonio in una quantità non superiore allo 0,4%. Con un aumento della quantità di carbonio, si verifica un aumento della durezza. Lo stesso acciaio dopo la normalizzazione ha una maggiore durezza insieme a grane fini uniformemente distanziate. La tecnica permette di aumentare notevolmente la resistenza delle leghe alla distruzione e la duttilità di taglio.

Possibili difetti di ricottura

Durante l'esecuzione delle operazioni di trattamento termico, è necessario rispettare le modalità specificate di riscaldamento e raffreddamento della temperatura. In caso di violazione dei requisiti possono verificarsi vari difetti.

1. Ossidazione dello strato superficiale e formazione di squame. Durante l'operazione, il metallo caldo reagisce con l'ossigeno atmosferico, che porta alla formazione di incrostazioni sulla superficie del pezzo. Da pulire meccanicamente o conprodotti chimici speciali.
2. Carbonio. Si verifica anche a causa dell'influenza dell'ossigeno sul metallo caldo. Una diminuzione della quantità di carbonio nello strato superficiale porta ad una diminuzione delle sue proprietà meccaniche e tecnologiche. Per prevenire questi processi, la ricottura dell'acciaio deve essere eseguita parallelamente all'introduzione di gas protettivi nel forno, il cui compito principale è prevenire l'interazione della lega con l'ossigeno.
3. Surriscaldamento. È una conseguenza dell'esposizione prolungata in un forno ad alta temperatura. Ne risulta un'eccessiva crescita del grano, l'acquisizione di una struttura a grana grossa disomogenea e un aumento della fragilità. Da correggere con un' altra fase di ricottura completa.
4. Esaurito. Si verifica a seguito del superamento dei valori consentiti di riscaldamento ed esposizione, porta alla distruzione dei legami tra alcuni grani, rovina completamente l'intera struttura del metallo e non è soggetto a correzione.

Per prevenire guasti, è importante eseguire accuratamente le attività di trattamento termico, avere competenze professionali e controllare rigorosamente il processo.

La ricottura dell'acciaio è una tecnologia altamente efficiente per portare la microstruttura di parti di qualsiasi complessità e composizione alla struttura e alle condizioni interne ottimali, necessarie per le fasi successive di influenze termiche, taglio e messa in funzione della struttura.