Lo scopo del trattamento termico è quello di migliorare le proprietà meccaniche dei tubi in acciaio e dei tubi in acciaio di precisione, eliminare le tensioni residue e migliorare la lavorabilità dei metalli in acciaio. A seconda degli obiettivi specifici, i processi di trattamento termico possono essere ampiamente classificati in due categorie: trattamento termico preparatorio e trattamento termico finale.
Trattamento termico preparatorio
L'obiettivo del trattamento termico preparatorio è migliorare la lavorabilità, eliminare gli stress interni e preparare una struttura metallurgica favorevole per il trattamento termico finale. I processi coinvolti includono ricottura, normalizzazione, invecchiamento e tempra e rinvenimento.
(1) Ricottura e normalizzazione
La ricottura e la normalizzazione vengono applicate ai grezzi lavorati a caldo. Gli acciai al carbonio e gli acciai legati con un contenuto di carbonio superiore a 0.5% vengono spesso ricotti per ridurne la durezza e facilitarne il taglio. Al contrario, quelli con un contenuto di carbonio inferiore a 0.5% vengono sottoposti a normalizzazione per evitare un'eccessiva morbidezza che può causare l'inceppamento dell'utensile durante il taglio. La ricottura e la normalizzazione affinano anche le strutture dei grani, omogeneizzano le microstrutture e preparano il materiale per i successivi trattamenti termici. Questi processi vengono in genere eseguiti dopo la produzione del grezzo e prima della lavorazione grezza.
(2) Trattamento dell'invecchiamento
Il trattamento di invecchiamento è utilizzato principalmente per eliminare le sollecitazioni interne generate durante la produzione e la lavorazione dei pezzi grezzi. Per le parti che richiedono una precisione generale, un singolo trattamento di invecchiamento prima della finitura è sufficiente per evitare un trasporto eccessivo. Tuttavia, per le parti con requisiti di precisione più elevati (come la scatola di una macchina alesatrice a coordinate), potrebbero essere necessari due o più trattamenti di invecchiamento. Le parti semplici in genere non richiedono un trattamento di invecchiamento.
Oltre alle fusioni, le parti di precisione con scarsa rigidità (ad esempio, viti di comando di precisione) spesso subiscono più trattamenti di invecchiamento tra la lavorazione grezza e quella semi-finita per eliminare le sollecitazioni interne e stabilizzare la precisione di lavorazione. Alcune parti assiali richiedono anche un trattamento di invecchiamento dopo la raddrizzatura.
(3) Tempra e rinvenimento
La tempra e il rinvenimento comportano la tempra seguita da rinvenimento ad alta temperatura. Questo processo produce una struttura di sorbite temprata uniforme e a grana fine, preparando il materiale per una deformazione ridotta durante la successiva tempra superficiale e nitrurazione. Pertanto, la tempra e il rinvenimento possono anche fungere da trattamento termico preparatorio.
Grazie alle eccellenti proprietà meccaniche complessive, la tempra e il rinvenimento possono essere utilizzati anche come trattamento termico finale per parti con requisiti moderati di durezza e resistenza all'usura.
Trattamento termico finale
L'obiettivo del trattamento termico finale è migliorare le proprietà meccaniche quali durezza, resistenza all'usura e resistenza.
(1) Tempra
La tempra può essere superficiale o tramite tempra. La tempra superficiale è ampiamente utilizzata per la minima deformazione, ossidazione e decarburazione. Offre un'elevata resistenza esterna, una buona resistenza all'usura e mantiene una buona tenacità interna e resistenza all'impatto. Per migliorare le proprietà meccaniche delle parti sottoposte a tempra superficiale, spesso vengono eseguiti in anticipo trattamenti termici preparatori come tempra e rinvenimento o normalizzazione. Il flusso di processo tipico è: taglio → forgiatura → normalizzazione (o ricottura) → lavorazione grezza → tempra e rinvenimento → lavorazione semi-finitura → tempra superficiale → lavorazione di finitura.
(2) Cementazione e tempra
La cementazione e la tempra sono adatte per acciai a basso tenore di carbonio e basso legati. Questo processo aumenta il contenuto di carbonio della superficie del pezzo, con conseguente elevata durezza superficiale dopo la tempra, mentre il nucleo mantiene una resistenza moderata, elevata tenacità e plasticità. La cementazione può essere completa o parziale, con quest'ultima che richiede misure anti-carburazione (ad esempio, placcatura in rame o rivestimenti anti-carburazione) per le aree non cementate. A causa della deformazione significativa e di una profondità di cementazione in genere compresa tra 0.5 e 2 mm, il processo di cementazione è generalmente programmato tra la lavorazione semi-finitura e quella di finitura.
Il flusso di processo tipico è: taglio → forgiatura → normalizzazione → lavorazione di sgrossatura e semifinitura → cementazione e tempra → lavorazione di finitura.
Quando la porzione non cementata di una parte parzialmente cementata viene ingrandita per consentire la rimozione degli strati cementati in eccesso, questa fase di rimozione dovrebbe avvenire dopo la cementazione ma prima della tempra.
(3) Nitrurazione
La nitrurazione comporta l'infiltrazione di atomi di azoto nella superficie metallica per formare uno strato di composti di azoto. Lo strato nitrurato migliora la durezza superficiale della parte, la resistenza all'usura, la resistenza alla fatica e la resistenza alla corrosione. Poiché la nitrurazione funziona a basse temperature con una deformazione minima e produce uno strato sottile (in genere non più di 0.6-0.7mm), il processo di nitrurazione dovrebbe essere programmato il più tardi possibile. Per ridurre al minimo la deformazione durante la nitrurazione, in genere viene eseguita una tempra ad alta temperatura per alleviare lo stress dopo il taglio.
