La ricottura è un processo di trattamento termico che può alterare le proprietà fisiche di un materiale e, a volte, anche quelle chimiche, in genere aumentandone la duttilità e riducendone la durezza, rendendolo più facile da lavorare o da lavorare.
Panoramica della ricottura
La ricottura è un processo di trattamento termico che prevede il riscaldamento di un metallo a una temperatura adeguata, il mantenimento della stessa per un certo periodo di tempo e il successivo raffreddamento lento (tipicamente in forno) fino a temperatura ambiente. L'essenza della ricottura consiste nel riscaldare l'acciaio fino alla completa austenitizzazione, seguito da un lento processo di raffreddamento che facilita la trasformazione perlitica, ottenendo una microstruttura prossima all'equilibrio.
Funzione della ricottura
La ricottura viene eseguita per raggiungere diversi obiettivi critici:
- Raffinazione del grano e omogeneizzazione della microstruttura: affina la struttura del grano, omogeneizza la microstruttura interna e riduce la segregazione chimica, preparando il materiale strutturalmente per i successivi processi di trattamento termico.
- Riduzione delle sollecitazioni: elimina le sollecitazioni interne residue nel pezzo in lavorazione, prevenendo potenziali crepe o deformazioni eccessive che tali sollecitazioni potrebbero causare.
- Riduzione della durezza e miglioramento della plasticità: riduce la durezza del materiale e ne aumenta la plasticità, fondamentale per migliorare le successive operazioni di lavorazione a freddo, formatura a freddo e lavorazione meccanica.
Il processo di ricottura è generalmente suddiviso in 3 fasi principali:
- Fase di recupero: nella fase di recupero, si utilizza un forno o un altro tipo di dispositivo di riscaldamento per aumentare la temperatura del materiale fino al punto in cui vengono rilasciate le sue tensioni interne.
- Fase di ricristallizzazione: nella fase di ricristallizzazione, il materiale viene riscaldato a una temperatura superiore a quella di ricristallizzazione, ma mantenuto al di sotto della sua temperatura di fusione. Questo provoca la formazione di nuovi grani privi di tensioni.
- Fase di crescita dei grani: man mano che si formano, i nuovi grani continuano a svilupparsi completamente. Questa crescita viene controllata consentendo al materiale di raffreddarsi a una velocità specificata.
Il completamento di tre fasi si traduce in una maggiore duttilità e una riduzione della durezza del materiale. Talvolta, dopo la ricottura possono essere eseguiti processi successivi per modificare ulteriormente le proprietà meccaniche del materiale.
Tipi di ricottura
I metodi di ricottura sono ampiamente classificati in base alla temperatura di riscaldamento rispetto alle temperature critiche (Ac1 o Ac3):
La ricottura di ricristallizzazione per trasformazione di fase (sopra Ac1 o Ac3) comprende la ricottura completa, la ricottura per diffusione, la ricottura incompleta e la ricottura di sferoidizzazione.
La ricottura al di sotto della temperatura critica (inferiore ad Ac1 o Ac3) comprende la ricottura di ricristallizzazione e la ricottura di distensione.
Ricottura completa
Il processo prevede il riscaldamento dell'acciaio a 20–30 °C al di sopra della linea Ac3, l'immersione per un periodo e il successivo raffreddamento lento (raffreddamento in forno) per ottenere una microstruttura quasi in equilibrio (raggiungendo la completa austenitizzazione).
- Applicazione: utilizzato principalmente per acciai ipoeutettoidi (contenuto di carbonio dallo 0.3% allo 0.6%), in genere acciai a medio tenore di carbonio e acciai legati a basso tenore di carbonio, fusioni, forgiati, forme laminate a caldo e talvolta saldature.
- Scopo: affinare la struttura granulare, omogeneizzare la microstruttura, eliminare le tensioni interne, ridurre la durezza e migliorare la lavorabilità dell'acciaio. La struttura risultante nell'acciaio ipoeutettoidico è Ferrite + Perlite (F+P).
- Nota: Durante la produzione, per aumentare la produttività, i pezzi vengono spesso rimossi dal forno e raffreddati ad aria una volta raggiunta una temperatura di circa 500 °C.
Ricottura isotermica
La ricottura completa può richiedere molto tempo, soprattutto per gli acciai legati con austenite sottoraffreddata relativamente stabile. La ricottura isotermica riduce significativamente i tempi raffreddando rapidamente l'acciaio austenitizzato a una temperatura leggermente inferiore a Ar1, mantenendolo isotermico per trasformare l'austenite (A) in perlite (P) e quindi raffreddandolo ad aria fino a temperatura ambiente.
È adatto per acciai con microstrutture stabili, come acciai ad alto tenore di carbonio (C > 0.6%), acciai legati per utensili e acciai altolegati (contenuto totale di lega > 10%). Contribuisce a ottenere una microstruttura uniforme e proprietà costanti. Non è ideale per componenti in acciaio di grandi sezioni o carichi di forno di grandi dimensioni, poiché ottenere una temperatura isotermica uniforme in tutto il carico può essere difficile.
Ricottura incompleta
L'acciaio viene riscaldato a una temperatura compresa tra Ac1 e Ac3 (per l'acciaio ipoeutettoidico) o tra Ac1 e Acm (per l'acciaio ipereutettoidico), immerso e poi raffreddato lentamente per ottenere una microstruttura quasi in equilibrio.
Viene utilizzato per gli acciai ipereutettoidi per ottenere una struttura perlitica sferoidale, che contribuisce a eliminare le tensioni interne, ridurre la durezza e migliorare la lavorabilità. La ricottura di sferoidizzazione è una forma di ricottura incompleta.
Ricottura sferoidizzante
Uno specifico processo di trattamento termico progettato per sferoidizzare i carburi nell'acciaio, ottenendo una struttura granulare perlitica (carburo sferoidale). Il materiale viene riscaldato a 20-30 °C sopra Ac1, immerso per un tempo adeguato (tipicamente 2-4 ore) e solitamente raffreddato lentamente nel forno o mantenuto isotermicamente per un lungo periodo a circa 20 °C sotto Ar1.
Viene utilizzato principalmente per acciai eutettoidi e ipereutettoidi, come acciai al carbonio per utensili, acciai legati per utensili e acciai per cuscinetti.
La struttura post-forgiatura o post-laminazione dell'acciaio ipereutettoidico (perlite lamellare con reticoli di cementite) è dura, fragile e difficile da macchina CNCe soggetto a deformazioni/crepe durante la fase finale tempraLa ricottura di sferoidizzazione produce perlite sferoidale, in cui le particelle fini e globulari di cementite sono disperse nella matrice di ferrite. Questa struttura presenta una durezza inferiore, una migliore lavorabilità e, soprattutto, impedisce l'ingrossamento del grano austenitico durante la successiva tempra, riducendo così la tendenza a deformazioni e cricche.
Se nell'acciaio ipereutettoidico è presente una rete di cementite, è necessario eliminarla mediante normalizzazione prima che la ricottura di sferoidizzazione possa procedere in modo efficace.
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Ricottura per diffusione
Comporta il riscaldamento di lingotti, getti o grandi pezzi forgiati a una temperatura elevata, leggermente al di sotto della linea di solidus, l'immersione per un periodo prolungato e il successivo raffreddamento lento per eliminare la non uniformità chimica (segregazione dendritica e regionale).
La temperatura di riscaldamento è molto elevata, in genere 100-200 °C superiore a Ac3 o Accm, a seconda del grado di segregazione e del tipo di acciaio. Il tempo di immersione è solitamente di 10-15 ore.
Per eliminare la segregazione generata durante la solidificazione dei lingotti, omogeneizzare la composizione chimica e la microstruttura.
La ricottura per diffusione è solitamente seguita dalla ricottura completa o dalla normalizzazione per affinare la struttura a grana grossa.
Viene applicato principalmente ad acciai legati di alta qualità e getti o lingotti di acciaio legato con gravi problemi di segregazione.
Ricottura di distensione
La ricottura di distensione prevede il riscaldamento del componente in acciaio a una temperatura specifica inferiore ad Ac1 (tipicamente 500-650 °C), il mantenimento a tale temperatura (immersione) e il successivo raffreddamento lento (raffreddamento in forno). Poiché la temperatura utilizzata per la ricottura di distensione è inferiore alla linea critica A1, il processo non induce alcuna modifica microstrutturale. L'obiettivo è eliminare le tensioni interne residue all'interno del componente.
Ricottura di ricristallizzazione
Riscaldando un metallo lavorato a freddo a una temperatura superiore alla sua temperatura di ricristallizzazione per un tempo appropriato, i grani deformati si trasformano in grani uniformi ed equiassiali, eliminando così l'incrudimento e le tensioni residue.
La temperatura di riscaldamento dovrebbe essere 100–200 °C superiore alla temperatura minima di ricristallizzazione (per l'acciaio, circa 450 °C). La temperatura minima di ricristallizzazione è generalmente Tc = 0.4*Tm (temperatura assoluta).
Considerazioni per la scelta della ricottura
La scelta del metodo di ricottura appropriato segue generalmente questi principi:
- Per gli acciai con microstrutture ipoeutettoidi, si preferisce generalmente la ricottura completa. Per ridurre i tempi di ricottura, si può optare per la ricottura isotermica.
- Per gli acciai ipereutettoidici, la ricottura di sferoidizzazione è generalmente indicata. Se i requisiti non sono elevati, è possibile optare per la ricottura incompleta. Per gli acciai per utensili e per cuscinetti, la ricottura di sferoidizzazione è comunemente indicata. La ricottura di sferoidizzazione viene talvolta utilizzata anche per componenti estrusi a freddo e ricalcati a freddo in acciaio a basso o medio tenore di carbonio.
- Per eliminare l'incrudimento è possibile scegliere la ricottura di ricristallizzazione.
- La ricottura di distensione può essere scelta per eliminare le tensioni interne causate da vari processi di produzione. La ricottura per diffusione viene spesso scelta per getti di grandi dimensioni di alcuni acciai legati di alta qualità per migliorare la non uniformità della microstruttura e della composizione chimica.
