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Trattamenti Termici

Prima o Dopo Saldatura

Il trattamento termico prima della saldatura è un Trattamento di Normalizzazione che può essere eseguito quando il "raggio di curvatura" del materiale grezzo è troppo invasivo per il prodotto stesso, cioè quando il rapporto Sp. / Ø ≥ 10%. Mentre il trattamento post-saldatura è normalmente richiesto quando lo Sp. è ≥ 19 mm. Sulla base del tipo di prodotto e delle sue caratteristiche può essere fornito nel corrispondente stato di fornitura come proposto nei seguenti esempi::

  • Distensione - Trattamento Dopo Saldatura
    ► 20°C ▲ 120°C/h ► 2,5' x mm.Sp.@ 600°C. ▼ 150°C/h ► 100°C
  • Normalizzazione - Trattamento Prima o Dopo Saldatura
    ► 20°C ▲ 100°C/h ► 1,5' x mm. Sp.@ 910°C. ▼ Aria Calma
  • Quenching & Tempering - Trattamento Dopo Saldatura
    Q ► 20°C ▲ 100°C/h ► 1,5' x mm. Sp.@ 910°C. ▼ H2O
    T ► 20°C ▲ 120°C/h ► 1,5' x mm. Sp.@ 630°C. ▼ Aria Calma
  • Solubilizzazione - Trattamento Dopo Saldatura
    ► 20°C ▲ 100°C/h ► 1,5' x mm. Sp.@ 1050°C. ▼ H2O

Ogni trattamento deve sempre essere eseguito rispettando le indicazioni del fabbricante della materia prima in modo da non inficiarne le prestazioni, e mantenuto sotto controllo attraverso Prove Distruttive e Non Distruttive. Il Trattamento di Distensione di un Acciaio inossidabile tipo 304 o 316 può essere eseguito a condizione che il tenore di Carbonio rientri nel diagramma qui in alto a destra per scongiurare il fenomeno della Precipitazione dei Carburi di Cromo che ne cancellerebbe le prestazioni di inossidabilità, di qui la necessità di materiali 304L o 316L dove la L sta per Low Carbon (basso contenuto di Carbonio).

Definizioni

Per migliorare il comportamento in vista del suo uso finale e per conferire caratteristiche specifiche all'acciaio, è prassi normale sottoporlo a trattamenti termici. Un'operazione di trattamento termico, o la successione di operazioni multiple, in cui l'acciaio viene sottoposto ad uno o più cicli termici entro determinati limiti, in cui le variabili più importanti sono la temperatura ed il tempo. Un ciclo termico comporta normalmente riscaldamento ad una data temperatura, un mantenimento per un tempo stabilito a questa temperatura ed infine un raffreddamento a temperatura ambiente in modi diversi in relazione agli effetti desiderati. I vari cicli di trattamento sono selezionati in base alle caratteristiche di durezza, tenacità, e lavorabilità desiderate. Il ciclo di trattamento è fissato non solo a seconda del tipo di acciaio, ma anche della dimensione dei pezzi, nonché dei gradienti di riscaldamento e raffreddamento.

Durante i trattamenti termici l'acciaio può raggiungere i cosiddetti punti critici, essi si manifestano durante le fasi di riscaldamento e raffreddamento, un cambiamento di fase si può verificare raggiungendo il punto di trasformazione:

  • AC1 ▲ inizia la trasformazione di ferrite in austenite
  • AC3 ▲ finisce la trasformazione di ferrite in austenite
  • AR3 ▼ trasformazione di austenite in ferrite
  • AR1 ▼ termina la trasformazione di austenite in ferrite + cementite
  • MS ▼ inizia la trasformazione di austenite in martensite
  • MF ▼ termina la trasformazione di austenite in martensite

Con riferimento ai diagrammi di trasformazione austenite, le curve vengono comunemente indicate come segue:

a) curve TTT (Temperature - Time - Transformation) bain S-curve

b) curve CCT (Continuous - Cooling - Transformation)

Queste curve sono caratteristiche di ciascun tipo di acciaio e permettono di stabilire temperatura, tempo e velocità di raffreddamento a scelta al fine di ottenere le strutture necessarie e le relative caratteristiche.

In Figura 1 si mostra schematicamente il diagramma CCT per il raffreddamento continuo di una ipoeutettoide acciaio a cui sono state sovrapposte 3 curve, indicate con i numeri 1, 2, 3, che rappresentano tre diversi gradienti di raffreddamento. Si noti che nella zona superiore della curva CCT si produce la trasformazione perlitica, nella zona intermedia viene prodotta la trasformazione bainitica, mentre alla temperatura di MS inizia la formazione di martensite. Le curve di raffreddamento intersecano il diagramma CCT in punti corrispondenti alla comparsa dei componenti diversi:

  • curva n. 1, relativa ad una bassa velocità di raffreddamento, può essere collegata a un ciclo di normalizzazione di un particolare di dimensioni relativamente elevate;
  • curva n. 2 in cui la velocità di raffreddamento è notevolmente aumentata, è tipica dei casi di tempra incompleta dove la struttura non è completamente martensitica;
  • curva n. 3 che rappresenta il caso in cui, per l'elevata velocità di raffreddamento, la curva non interseca né la zona di trasformazione perlitica, né bainitica;

l'austenite è stabile fino ad un massimo di Ms e da questo punto inizia la trasformazione progressiva in martensite che è completata al punto MF. La velocità minima di raffreddamento che dà origine a completa reticolazione (100% martensite) viene normalmente definito: velocità critica di indurimento. Poiché alla presenza di elementi di lega le curve di inizio e fine trasformazione sono spostate verso destra, ne consegue che la velocità critica di indurimento sarà meno elevata per gli acciai legati che per gli acciai al carbonio.

La Figura 2 mostra un diagramma schematico in TTT trasformazione isotermica in cui l'asse verticale mostra la temperatura e l'orizzontale il tempo su una scala logaritmica. Sono state sovrapposte quattro curve ad altrettanti trattamenti isotermici. I diagrammi TTT hanno forma e modello diversi secondo il tipo di acciaio: tuttavia, tutti delimitano in modo più o meno netto due zone: una superiore, della trasformazione perlitica ed una inferiore, della trasformazione bainitica. La curva tratteggiata a sinistra indica l'inizio della precipitazione della ferrite, la curva continua a sinistra indica l'inizio della trasformazione perlitica o bainitica, mentre l'estremità destra la fine della stessa. Nella parte inferiore del grafico sono contrassegnate le linee di Ms e MF, che indicano le temperature di inizio e fine dei diagrammi TTT di trasformazioni martensitiche, che sono stati ottenuti con prove eseguite su campioni di piccole dimensioni e, in certe condizioni operative, richiedono alcune modifiche al loro uso nella pratica industriale. Danno in generale una indicazione molto precisa per quanto riguarda le temperature, mentre per il tempo di trattamento deve essere preso in considerazione l'effetto della massa delle parti ed altre difficoltà, che richiedono di adottare tempi molto più lunghi di quelli indicati nelle figure.