trattamenti termicitrattamenti termici18

L’industria dell’acciaio da sem-pre deve stare al passo con i tempi, rispondendo con lo sviluppo delle tecnologie alle esigenze del mercato. L’evolu-zione degli acciai per stampi per lavorazioni a freddo rappre-senta un chiaro esempio di in-novazione tecnologica attuatasi negli ultimi 40-50 anni.L’innovazione è sempre sta-ta orientata verso la ricerca e la messa a punto di acciai e trattamenti termici che permet-tessero agli stampi di avere maggiore resistenza all’usura e maggiore tenacità. Migliora-re questi due aspetti comporta ovviamente molti benefici. Ad esempio, una maggiore resi-stenza all’usura permette di aumentare la vita di uno stam-po prima di doverlo ripristinare (ad es. affilatura) e di poter stampare efficacemente anche materiali come acciai per molle o acciai inossidabili che tipi-camente tendono ad usurare molto gli stampi. Un migliora-mento della tenacità permette invece di realizzare stampi con sollecitazioni di compressio-

AcciAi negli stAmpi per lAvorAzioni A freddol'esperienza di stav, nota azienda specializzata nei trattamenti termici sottovuoto

acquisita dal trattamentista su particolari di tipologia e dimen-sioni diverse. Per mettere in luce l’evoluzio-ne della tecnologia nel caso dei materiali per lavorazioni a freddo, si sono esaminati tre diversi tipi di acciaio, prodotti dall’acciaieria Böhler:

- K110: tipico acciaio da utensili al 12% di cromo;- K340: acciaio con 8% di cro-mo rifuso sotto scoria (ESR) con elevate caratteristiche di tenacità;- K390: acciaio prodotto con la metallurgia delle polveri per elevate caratteristiche sia di resistenza all’usura sia di te-nacità.Nel corso degli anni si è passa-ti infatti dall’utilizzo prevalente del K110 al K340, nato circa

un decennio fa, fino ad arrivare al K390 che è uno degli acciai dotati delle migliori proprietà per le applicazioni nel settore delle lavorazioni a freddo.Nella Tabella 1 è riportata la composizione chimica percen-tuale dei principali elementi co-stituenti tali acciai.

Si nota come, passando da K110 a K340 a K390, si sia cercato di sostituire al cromo, elemento fondamentale per conferire elevata resistenza al-l’usura grazie alla formazione dei suoi carburi, altri elementi di lega come vanadio, cobalto e molibdeno.Più interessante è l’analisi delle micrografie dei tre acciai dopo trattamento termico, eseguita presso il laboratorio metallo-grafico della STAV.

I particolari (uno per ogni tipo di materiale) sono stati sotto-posti a cicli standard di tempra e rinvenimenti, eseguiti in forni sottovuoto con spegnimento in pressione di azoto. I cicli eseguiti sono riportati nella Tabella 2:

I provini dei tre acciai, dopo la misura di durezza superficia-le HRC, sono stati inglobati, lucidati e infine attaccati con Nital 2%. Le micrografie relative sono mostrate in Figura 1. Gli in-grandimenti sono 500x in tutti e tre i casi, in modo da confron-tare ed evidenziare le principali caratteristiche granulometriche dei tre tipi di acciaio.Le micrografie mettono in luce le principali differenze di forma

e dimensione dei carburi nei tre acciai confrontati.Nel K110 (Figura 1a) si notano delle isole di carburi primari di cromo di dimensioni relati-vamente grandi disposte con una evidente direzionalità che deriva dalla lavorazione dell’ac-

ciaio per laminazione, mentre nella matrice martensitica sono evidenti i carburi secondari di cromo.Nel K340 (Figura 1b) la com-posizione chimica con una per-centuale di cromo inferiore al K110 e l'aggiunta del molibde-no (Tabella 1) rendono i carburi più fini. L’utilizzo di tecniche di rifusione sotto scoria permette una distribuzione dei carburi più uniforme. Dalla micrografia si nota che in

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300

ne elevate anche sugli spigoli senza incorrere nel pericolo di scheggiature. Tuttavia spes-so la resistenza all’usura e la tenacità rappresentano delle caratteristiche contrastanti in un materiale: l’obiettivo dell’in-novazione tecnologica consiste proprio nel riuscire a mettere a punto materiali e trattamenti termici che consentano di otti-mizzare questi due aspetti. In questa sede si vuole mo-strare come l’evoluzione degli acciai sia legata al migliora-mento della loro microstruttura oltre che alla variazione della loro composizione chimica. Ai fini dell’ottenimento di una buo-na microstruttura risulta inoltre fondamentale l’utilizzo di trat-tamenti termici adeguati, con cicli di tempra e rinvenimento effettuati in impianti sottovuo-to di ultima generazione, con raffreddamento in circolazione di azoto pressurizzato e tempe-rature rigidamente controllate. Le massime prestazioni per un acciaio sono infatti raggiungi-bili mediante processi messi a punto grazie all’esperienza

Tabella 1: composizione chimica (valori indicativi in %) dei principali elementi di K110, K340 e K390

settembre/ottobre 2007

Tabella 2: temperature di tempra e rinvenimento, pressione di raffreddamento e durezze relative ai tre acciai esaminati

trattamenti termici 19trattamenti termici

AcciAi negli stAmpi per lAvorAzioni A freddoe dimensione dei carburi nei tre acciai confrontati.Nel K110 (Figura 1a) si notano delle isole di carburi primari di cromo di dimensioni relati-vamente grandi disposte con una evidente direzionalità che deriva dalla lavorazione dell’ac-

ciaio per laminazione, mentre nella matrice martensitica sono evidenti i carburi secondari di cromo.Nel K340 (Figura 1b) la com-posizione chimica con una per-centuale di cromo inferiore al K110 e l'aggiunta del molibde-no (Tabella 1) rendono i carburi più fini. L’utilizzo di tecniche di rifusione sotto scoria permette una distribuzione dei carburi più uniforme. Dalla micrografia si nota che in

polveri. Tale processo ne de-termina i principali vantaggi, rispetto agli acciai convenzio-nali, di omogeneità, assenza di segregazioni, uniformità di composizione chimica su tutta la sezione e su tutta la lun-ghezza. Nel K390 l’isotropia dei carburi rende nullo il rischio di innesco

alcuni punti permangono delle isole di carburi di una certa dimensione e sussiste ancora la disposizione di questi a file, dovuta appunto alla laminazio-ne, ma, rispetto al K110, le di-mensioni dei carburi sono dimi-nuite mostrando una struttura più fine ed omogenea. Questa struttura così diversa rispetto al K110 giustifica l’aumento di tenacità. Da notare inoltre che questi particolari, pur con elevata du-rezza superficiale (62 HRC), sono stati rinvenuti a tempe-ratura di 540°C e quindi, oltre che adatti per l’elettroerosione, sono sempre idonei a succes-sivi trattamenti superficiali di ni-trurazione ionica e rivestimento PVD. Nel caso del K390 (Figura 1c), la micrografia evidenzia carbu-ri molto fini ed uniformemente distribuiti, dovuti al processo di produzione di questo acciaio basato sulla metallurgia delle

di cricche, già notevolmente di-minuito nel K340. Inoltre, l’omo-geneità e la granulometria fine dei carburi, unitamente al rinve-nimento a temperatura elevata (540°C), rendono anche questo materiale particolarmente adat-to al taglio in elettroerosione e a successivi trattamenti superfi-ciali e di rivestimento. Queste caratteristiche fanno del K390 uno degli acciai più adat-ti nel caso della realizzazione di stampi con figura piccola o molto lavorata, in particolare modo nel caso delle macchine automatiche e per tranciatura fine. L’esperienza della STAV nel trattamento termico delle le-ghe ferrose denota un sempre

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maggiore utilizzo del K340 e del K390 da parte della clien-tela che effettua lavorazioni a freddo, in particolare da parte dei nostri maggiori clienti che lavorano stampi per tranciatu-ra, soprattutto dell’acciaio inos-sidabile. Per lo stampaggio di questo materiale è infatti spesso ne-cessario effettuare rivestimenti PVD e trattamenti superficiali di nitrurazione ionica, che pos-sono rivelarsi molto utili per aumentare notevolmente la du-rata dello stampo.In conclusione, l’evoluzione delle tecnologia dell’industria dell’acciaio e dei trattamenti termici risponde alle esigenze del mercato, consentendo nel

Dott.ssa Alessandra Mannini

(Resp. Lab. metallografico STAV)

Ing. Giovanni Parigi

(Resp. di produzione STAV)

caso delle lavorazioni a freddo, una lavorabilità ed una durata della vita dello stampo supe-riore rispetto ai materiali e ai trattamenti tradizionali.

Figura 1: Micrografie di K110 (a), K340 (b), K390 (c). Attacco Nital 2 %, ingrandimento 500x

a) b) c)

Un impianto di STAV per il trattamento termico sottovuoto

Gli autori ringraziano l’acciaieria Böhler per la preziosa collaborazione offerta.