Una descrizione dettagliata del trattamento termico di tempra e tempra
Trattamento termico di tempra e tempera: una descrizione dettagliata
Il tempra e il temperamento (Q&T) è un trattamento termico a due stadi ** ** Processo utilizzato su metalli ferrosi (in genere acciai) per ottenere una combinazione di ** ad alta resistenza, buona tenacità e duttilità desiderabile **. È uno dei processi di trattamento termico più comuni e importanti nella produzione.
L'obiettivo principale è trasformare la microstruttura dell'acciaio per creare un equilibrio ottimale di proprietà meccaniche che non può essere raggiunta attraverso la sola lega.
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Fase 1: tempra (indurimento) **
La fase di spegnimento è progettata per produrre una microstruttura molto dura, ma fragile, chiamata ** martensite **.
** 1. Austenitizzazione: **
*** Riscaldamento: ** Il componente in acciaio è riscaldato uniformemente a una temperatura sopra la sua ** temperatura critica superiore (linea AC3 o ACM sul diagramma di fase) **. Questa temperatura è specifica per il contenuto di carbonio in acciaio e gli elementi di lega, in genere compresi tra 800 ° C a 950 ° C (da 1475 ° F a 1750 ° F).
*** Cambiamento microstrutturale: ** A questa temperatura, la microstruttura si trasforma interamente in ** austenite ** (una struttura cubica cubica, FCC, di ferro). L'austenite ha un'alta solubilità per il carbonio, consentendo agli atomi di carbonio di dissolversi in modo uniforme all'interno del reticolo cristallino.
*** Immerso: ** Il componente viene tenuto a questa temperatura per un tempo sufficiente (tempo di ammollo) per garantire una temperatura uniforme e una struttura austenitica omogenea durante la sua sezione trasversale. Il tempo di ammollo dipende dalle dimensioni della parte e dalle caratteristiche del forno.
** 2. Rapido tempra: **
*Dopo aver immerso, il componente viene rapidamente raffreddato (** spento **) immergendolo in un mezzo di tempra.
*La velocità di raffreddamento rapida (che supera la velocità di raffreddamento critica ** dell'acciaio) sopprime la formazione basata sulla diffusione di fasi più morbide come la ferrite e la perle.
*Invece, l'austenite subisce una trasformazione di taglio senza diffusione in ** martensite **.
*** Martensite ** è una struttura tetragonale (BCT) centrata sul corpo: una soluzione altamente tesa e supersatura di carbonio nel ferro. Questa tensione reticolare è la ragione della sua estrema durezza e forza, ma anche per la sua fragilità e stress interni.
** Media di spegnimento comuni (in ordine di aumento della frequenza di raffreddamento): **
*** AIR: ** Per acciai ad alto contenuto di allega con alta indennibilità (ad esempio acciai per utensili per il mantenimento dell'aria).
*** Olio: ** Un mezzo comune che offre un'estinzione meno grave dell'acqua, riducendo il rischio di crepe e distorsioni.
*** Polimero (ad esempio, soluzioni PAG): ** Media versatile la cui frequenza di raffreddamento può essere regolata per concentrazione e temperatura.
*** Acqua: ** Una tempra molto grave, usata per acciai a bassa lega.
*** Brine (acqua salata): ** La tempra più grave, fornendo le velocità di raffreddamento più rapide.
Dopo l'estinzione, l'acciaio è estremamente duro ma troppo fragile per la maggior parte delle applicazioni ingegneristiche. Contiene elevate sollecitazioni interne ed è soggetto a crack. Ciò richiede il secondo stadio: il temperamento.
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Fase 2: Tempering **
Il temperamento è un ** trattamento termico sub-critico ** eseguito immediatamente dopo l'estinzione. Il suo scopo è ** alleviare le sollecitazioni interne, ridurre la fragilità e aumentare la tenacità e la duttilità ** a spese di una certa durezza e forza.
**Processo:**
*L'acciaio estinto viene riscaldato a una temperatura ** significativamente al di sotto della temperatura critica inferiore (linea A1) **, in genere tra 150 ° C e 650 ° C (300 ° F e 1200 ° F).
* Viene tenuto a questa temperatura per un tempo predeterminato (di solito 1-2 ore per pollice di spessore) e quindi raffreddato, molto spesso in aria fissa.
** Cambiamenti microstrutturali: **
All'aumentare della temperatura di tempera, una serie di transizioni metastabili si verificano all'interno della martensite:
1. ** La precipitazione del carburo di epsilone (bassa temperatura: 150-200 ° C): ** Il carbonio inizia a precipitare fuori dalla martensite supersatura, formando carburi fini. Ciò allevia lo stress interno senza una significativa perdita di durezza.
2. ** Formazione di martensite temperato (200-300 ° C): ** Austenite residua (se presente) decomposti.
3. ** Conversione in cementite (Fe₃c) e ricristallizzazione (300-450 ° C): ** Le carburi si trasformano in una forma più stabile (cementite). Le sollecitazioni interne sono significativamente ridotte e la tenacità inizia ad aumentare notevolmente.
4. ** Speroidizzazione della cementite e ingrossamento (450-700 ° C): ** a temperature più elevate, le particelle di cementite si uniscono e sferoidizzano. La matrice si riprende e inizia a trasformarsi in ferrite. Questa struttura è spesso chiamata ** sferoidite ** quando completamente ammorbidito. Ciò aumenta significativamente la duttilità e la tenacità, ma si traduce in una grave perdita di durezza (un processo noto come ** ricottura ** se fatto nella gamma più alta).
** Il compromesso chiave: **
Le proprietà finali sono ** controllate direttamente dalla temperatura di tempera **:
*** Testering a bassa temperatura (150-250 ° C): ** produce elevata durezza e resistenza, buona resistenza all'usura, ma minore resistenza e duttilità. Utilizzato per strumenti, cuscinetti e componenti resistenti all'usura.
*** Temperatura a temperatura media (350-450 ° C): ** fornisce un buon equilibrio tra resistenza e tenacità (proprietà a molla). Utilizzato per sorgenti, forgiamenti e componenti automobilistici.
*** Temperatura ad alta temperatura (450-650 ° C): ** produce elevata tenacia, duttilità e resistenza all'impatto con una resistenza moderata. Questa è la condizione più spesso definita una microstruttura "** tempestata **" e è il bersaglio per acciai strutturali ad alta resistenza.
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Riepilogo dei vantaggi e delle applicazioni **
** Vantaggi: **
*Raggiunge un eccellente rapporto forza-peso **.
*Fornisce una combinazione superiore ** di proprietà meccaniche ** (resistenza, tenacità, duttilità) rispetto al solo indurimento o normalizzazione.
* Può essere adattato a requisiti specifici dell'applicazione regolando la temperatura di tempera.
** Applicazioni: **
*** Automotive: ** alberi da ginnastica, aste di collegamento, ingranaggi, assi.
*** Aerospace: ** Componenti del carrello di atterraggio, dispositivi di fissaggio strutturali.
*** Costruzione: ** bulloni ad alta resistenza, aste di ancoraggio, componenti strutturali.
*** Strumenti: ** martelli, assi, trapani e muore (spesso con temperatura a basso temperatura).
*** Produzione: ** alberi, mandrini e parti della macchina che richiedono prestazioni elevate.
In conclusione, tempra e tempra è un processo fondamentale che consente agli ingegneri di adattare con precisione le proprietà dell'acciaio per resistere a specifiche condizioni di servizio, rendendolo una pietra miliare della moderna metallurgia e produzione.