TEMPRABILITA’

Le procedure di trattamento termico per ottenere acciai martensitici prevedono un raffreddamento rapido e continuo di un pezzo austenizzato in vari tipi di mezzi tempranti.Un acciaio temprato e rinvenuto può avere proprietà ottimali solo se, con il trattamento termico di tempra, ha acquisito un alto contenuto di martensite. Tuttavia con il trattamento di tempra, risulta impossibile raffreddare la provetta a velocità uniforme - la superficie si raffredderà sempre più rapidamente delle zone interne. Quindi si ottengono, all’interno del pezzo, microstrutture e proprietà che variano con la distanza dalla superficie.La riuscita di un trattamento termico di tempra dipende essenzialmente da tre fattori:

Dalla composizione della lega ( da cui dipende la velocità critica ovvero la velocità minima di raffreddamento necessaria affinchè si ha una struttura martensitica a temperatura ambiente)

Dal tipo e dalle caratteristiche del mezzo di tempra Dalla dimensione e dalla forma del pezzo

L’influenza della composizione della lefa sulla capacità di un acciaio a trasformarsi in martensite con un determinato trattamento di tempra viene espressa dal parametro detto temprabilità. La temprabilità è un termine che viene usato per descrivere la capacità di una lega ad essere indurita mediante formazione di martensite ottenuta con un trattamento termico. Un acciaio con un’elevata temprabilità è uno che indurisce, ovvero forma martensite, non solo in superficie, ma anche in profondità nell’interno.

PROVA DI JOMINY

Il metodo universalmente adottato per determinare la temprabilità degli acciai è la prova di Jominy.

Con questa prova tutti i fattori che possono influenzare la temprabilità (profondità fino alla quale l’acciaio si indurisce) vengono mantenuti costanti, ad eccezione della composizione chimica.Una provetta cilindrica di diametro 25mm e di lunghezza 100mm viene austenizzata ad una temperatura prescritta e per un tempo determinato. Una volta estratta dal forno, viene rapidamente appesa ad una attrezzatura come quella mostrata nella figura. L’estremità inferiore viene temprata da un getto d’acqua. In tal modo la velocità di raffreddamento è massima all’estremità e diminuisce con la distanza da questo punto lungo la lunghezza della provetta. Dopo essere stata raffreddata a temperatura ambiente, la provetta è pronta per essere esaminata. Si eseguono misure di durezza lungo una generatrice del cilindro ed i

risultati vengono generalmente riportati su un diagramma in funzione della distanza dalla estremità temprata. Si ottiene così la curva di temprabilità per l’acciaio in esame.

CURVE DI TEMPRABILITA’

L’estremità temprata è stata raffreddata molto rapidamente e presenta quindi la massima durezza; per la maggior parte degli acciai in questa posizione si ha il 100% martensite. Ogni acciaio ha una propria curva di temprabilità.La velocità di raffreddamento diminuisce con la distanza dall’estremità temprata, e diminuisce anche la durezza. Al diminuire della velocità di raffreddamento il carbonio ha più tempo a disposizione per diffondere e per formare maggiori quantità della più tenera perlite, che può essere miscelata con la martensite e la bainite.

La figura mostra le curve di temprabilità di cinque differenti acciai, con lo 0.40% in peso di C, ma con elementi di lega diversi. Su queste curve si possono fare alcune osservazioni. Anzitutto, tutte e cinque le

leghe hanno, in corrispondenza dell’estremità temprata, durezza identica; questa durezza è funzione solo del contenutodi carbonio che è lo stesso per tutte le leghe.Si osserva che la temprabilità dell’acciaio al carbonio 1040 è bassa poichè la durezza cade precipitosamente ad una distanza relativamente bassa. Al contrario,la diminuzione di durezza degli altri quattro acciai è notevolmente più graduale.Questa disparità di comportamento nei riguardi della temprabilità per le cinque leghe si spiega con la presenza di nichel (Ni), cromo (Cr) e molibdeno (Mo). Questi elementi infatti ritardano le reazioni austenite- perlite/bainite. Questo permette di formare più martensite per una particolare velocità di raffreddamento, portando ad una durezza maggiore.

Le curve di temprabilità dipendono anche dal contenuto di carbonio. Questo effetto è dimostrato nella figura sovrastante. Le durezze, per ogni posizioni Jominy, crescono con la concentrazione del carbonio.

FATTORI GEOMETRICI

Per dare una valutazione della velocità con cui si raffredda viene spesso usato il termine “severità di tempra”; più rapida la tempra, più severa la tempra. Dei tre più comuni mezzi tempranti – acqua, olio e aria – l’acqua produce la tempra più severa e quindi una velocità di raffreddamento molto alto rispetto agli altri due mezzi tempranti. Aumentando la velocità di raffreddamento si migliora l’efficacia della tempra. Tuttavia, in alcuni casi, non è possibile usare sempre l’acqua come mezzo temprante in quanto una tempra troppo severa può produrre deformazioni e fessurazioni.

Per quel che riguarda la forma del pezzo, dal momento che l’energia termica viene dissipata dal mezzo temprante attraverso la superficie, la velocità di raffreddamento per un determinato trattamento di tempra dipende dal rapporto fra l’area della superficie e la massa del pezzo. Maggiore è questo rapporto, più rapida sarà la veloctià di raffreddamento e, di conseguenza, maggiore sarà la profondità dell’indurimento. Forme irregolari con spigoli ed angoli hanno rapporti superficie-massa migliori rispetto alle forme arrotondate e sono quindi più predisposte ad indurire per tempra.