Cos’è un trattamento termico? A cosa servono i trattamenti termici? Come vengono eseguiti? Quali sono i principali trattamenti termici? Quali materiali si prestano al trattamento termico?
Se cerchi risposta ad una di queste domande sei nel posto giusto!
La parola “trattamenti termici” genera spesso confusione tra chi non conosce il modo della metallurgia. Con questo articolo cercheremo di fare chiarezza partendo dalla base e rispondendo alle domande più comuni.
Cosa sono i trattamenti termici?
I trattamenti termici si definiscono come ciclo di riscaldo a cui segue un mantenimento a temperatura ed un raffreddamento più o meno lento. Lo scopo dei trattamenti è quello di conferire a un metallo o ad una lega metallica quelle strutture cristalline che permettono di modificarne le caratteristiche meccaniche a seconda del campo di applicazione.
La definizione teorica è molto vaga, ma questo è dovuto all’infinità di variabili che subentrano a seconda del tipo di trattamento che dobbiamo eseguire ed al materiale che dovremo trattare.
Per il momento limitiamoci a vedere il trattamento termico come una semplice “cottura” in forno, esattamente come la cottura di una torta, con l’unica differenza che all’interno del forno avremo dei particolari in leghe metalliche.
A cosa servono i trattamenti termici?
Lo scopo dei trattamenti è quello di modificare la microstruttura di un materiale per conferire al materiale stesso le caratteristiche meccaniche desiderate.
Questo format ha lo scopo di rendere gli argomenti trattati comprensibili a tutti quindi ancora una volta mettiamo da parte le definizioni teoriche e proviamo figurarcelo a livello pratico. Se lo scopo di una lavorazione meccanica alle macchine utensili è quello di modificare la forma del mio materiale, lo scopo di un trattamento è quello di modificare le caratteristiche di durezza, tenacità e lavorabilità del materiale.
Molti non conoscono nemmeno l’esistenza dei trattamenti termici ma è sorprendente sapere quanto questi siano importanti e presenti nelle nostre vite quotidiane. Prendiamo un’automobile ad esempio, all’interno di un’auto ci sono centinaia, se non migliaia di componenti che hanno subito un trattamento. Oppure più banalmente pensiamo a cosa succederebbe alla testa di un martello se non avesse subito un trattamento termico.
Come vengono eseguiti i trattamenti termici?
Generalmente si eseguono in forni per trattamento termico, le cui dimensioni variano a seconda delle dimensioni del materiale da trattare. Nel caso di grandi pezzi di carpenteria i forni possono arrivare a decine di metri di lunghezza e diversi metri di altezza, nel caso di minuteria esistono impianti le cui dimensioni utili si esprimono in centimetri. La grossa differenza sta però nelle temperature che possono raggiungere e nel tipo di atmosfera presente al loro interno.
Esistono impianti che raggiungono temperature di 500/600°C mentre altri che possono arrivare a migliaia di gradi, alcuni forni sono privi di atmosfera controllata (esattamente come il forno di casa), altri hanno la possibilità di modificare l’atmosfera interna aggiungendo durante il trattamento azoto, metano, ammoniaca ecc… altri ancora possono rimuovere l’aria presente all’interno del forno ed effettuare trattamenti sottovuoto.
Quali materiali possono subire trattamenti termici?
Il trattamento termico viene effettuato su vari tipi di metalli sia ferrosi che non ferrosi. Ogni materiale richiede specifici trattamenti termici a seconda del campo di applicazione. Esistono ad esempio acciai specifici per la bonifica o per la cementazione oppure leghe di alluminio che si prestano ai trattamenti di solubilizzazione e invecchiamento. Esistono anche particolari leghe di ottone utilizzate per la fabbricazione di valvole e rubinetti sulle quali vengono eseguiti trattamenti termici per evitare la dispersione di zinco nelle acque potabili.
Ma i trattamenti si eseguono anche su acciai inossidabili per migliorarne la loro resistenza all’ossidazione o su strutture in carpenteria per distendere le tensioni generate dalla saldatura.
Non tutte le leghe metalliche possono però essere trattate termicamente, se hai bisogno di delucidazioni specifiche in merito contatta il nostro ufficio tecnico qui.
Quali sono i principali trattamenti termici?
Come anticipato in precedenza il mondo dei trattamenti è veramente molto vasto. Esistono decine di trattamenti termici ogni uno dei quali può anche essere suddiviso in sottogruppi a seconda del ciclo termico e del materiale che stiamo lavorando. Soffermiamoci sui principali tipi di trattamento cercando di chiarire a grandi linee cosa siano e quale sia la loro funzione.
Cos’è il trattamento termico di ricottura?
Il trattamento termico di ricottura consiste nel riscaldare il materiale fino ad una determinata temperatura (che varia a seconda della lega o del materiale che intendiamo ricuocere) per poi raffreddarlo lentamente, così da ottenere un equilibrio strutturale ed una struttura più tenera. Lo scopo è quello di rendere il materiale più facilmente lavorabile alle macchine utensili. La ricottura si esegue su vari tipi di materiale, principalmente sull’acciaio, ma anche ottone, ghisa, bronzo ed alcune leghe di alluminio. Esistono vari tipi di ricottura, ma potremo affrontare questo argomento in un articolo dedicato.
Cos’è il trattamento termico di normalizzazione?
Il trattamento termico di normalizzazione è un processo simile al trattamento di ricottura, con la differenza che il raffreddamento viene eseguito in aria forzata, in modo da ottenere una struttura più fine del materiale. Questo trattamento viene generalmente eseguito su semilavorati in acciaio per migliorarne le caratteristiche meccaniche e migliorare l’efficacia dei trattamenti termici o termochimici successivi.
Cos’è il trattamento termico di distensione?
Il trattamento di distensione, o trattamento termico di stress relief, ha lo scopo di distendere le tensioni dovute a lavorazioni pregresse come saldature su particolari di carpenteria o pezzi prodotti in additive manufacturing. Durante il processo il materiale viene portato, tramite una salita controllata, ad una determinata temperatura e rimane in permanenza fino a quando tutto il materiale non raggiungerà una temperatura omogenea rilasciando ogni eventuale tensione. Finita la permanenza il materiale viene raffreddato molto lentamente in modo da non creare nuove tensioni.
Questo trattamento è particolarmente indicato per tutti quei particolari saldati come macchine utensili, particolari con applicazione nel settore navale e nel settore energetico. Se sei interessato all’argomento leggi l’articolo dedicato qui.
Cos’è il trattamento termico di bonifica?
La bonifica è un trattamento eseguito sull’acciaio per migliorarne le caratteristiche meccaniche. Questo trattamento è formato da due processi, la tempra ed il rinvenimento. Nel trattamento di tempra il materiale viene scaldato oltre ad una determinata temperatura per poi essere raffreddato rapidamente in acqua, olio o azoto. Grazie alla tempra l’acciaio raggiunge valori di durezza molto elevati, ma allo stesso tempo si infragilisce. Dopo la tempra subentra il secondo processo detto rinvenimento. Lo scopo del trattamento di rinvenimento è quello di abbassare le durezze dopo tempra per raggiungere il compromesso di durezza e tenacità desiderate. La bonifica viene generalmente eseguita su particolari in acciaio che necessitano di durezze elevate, per esempio in ambito agricolo, utensili ecc..
Cos’è il trattamento termico di solubilizzazione?
Il trattamento termico di solubilizzazione è un processo che consiste nell’uniformare la struttura del particolare solubilizzandone le fasi. In termini molto semplici il compito della solubilizzazione è quello di “sciogliere” le fasi di un materiale per renderlo omogeneo e rimuoverne le tensioni interne.
Durante il processo di solubilizzazione il materiale viene portato ad una determinata temperatura (che varia a seconda del materiale e della lega), dopodichè viene raffreddato rapidamente in acqua o in aria.
La particolarità della solubilizzazione è che, al contrario del processo di tempra, i materiali trattati, dopo il raffreddamento risultano più teneri anziché più duri (per questa ragione la solubilizzazione è chiamata anche tempra inversa).
Questo processo viene eseguito su acciai particolari, come gli inossidabili o gli acciai Duplex, ma viene eseguito anche su alcune leghe di alluminio e rame.
Se sei interessato all’argomento leggi l’articolo dedicato alla solubilizzazione dell’alluminio qui.
Cos’è il trattamento termico di invecchiamento?
Il trattamento termico di invecchiamento è un processo eseguito generalmente in seguito al trattamento di solubilizzazione e consiste nell’indurire il materiale per precipitazione. Durante l’invecchiamento il materiale tende a creare al suo interno delle isole di elementi di lega disposte in maniera omogenea. Questa “precipitazione di elementi” migliora le proprietà meccaniche del materiale e la resistenza a corrosione.
L’invecchiamento permette all’alluminio di ottenere quelle caratteristiche meccaniche che unite alla leggerezza di questo materiale le rendono una dei materiali più utilizzati in ambito automotive.
Come sempre vi ricordiamo che lo scopo di “te lo spiego con un disegno” è quello di dare un’infarinatura generale sul mondo della metallurgia e, in particolare, sul mondo dei trattamenti termici, cercando di spiegare queste tematiche nella maniera più semplice e comprensibile possibile. Per eventuali chiarimenti o precisazioni contattate il nostro ufficio tecnico premendo qui.