Durante il trattamento termico dell'alluminio e delle leghe di alluminio si riscontrano comunemente diversi problemi, tra cui:
- Posizionamento improprio dei componenti: ciò può causare la deformazione dei componenti, spesso dovuta a una rimozione del calore insufficiente da parte del mezzo di tempra a una velocità sufficientemente elevata per ottenere le proprietà meccaniche desiderate.
- Riscaldamento rapido: può causare una deformazione termica; il corretto posizionamento dei componenti aiuta a garantire un riscaldamento uniforme.
-Surriscaldamento: può portare alla fusione parziale o alla fusione eutettica.
-Descagliatura superficiale/ossidazione ad alta temperatura.
-Trattamento di invecchiamento eccessivo o insufficiente, entrambi in grado di provocare la perdita delle proprietà meccaniche.
-Fluttuazioni nei parametri di tempo/temperatura/tempra che possono causare deviazioni nelle proprietà meccaniche e/o fisiche tra parti e lotti.
-Inoltre, una scarsa uniformità della temperatura, un tempo di isolamento insufficiente e un raffreddamento inadeguato durante il trattamento termico di soluzione possono contribuire a risultati inadeguati.
Il trattamento termico è un processo termico fondamentale nel settore dell'alluminio. Approfondiamo le conoscenze correlate.
1.Pretrattamento
I processi di pretrattamento che migliorano la struttura e alleviano le tensioni prima della tempra sono utili per ridurre la distorsione. Il pretrattamento prevede in genere processi come la ricottura di sferoidizzazione e la ricottura di distensione, e alcuni prevedono anche trattamenti di tempra e rinvenimento o normalizzazione.
Ricottura per riduzione dello stressDurante la lavorazione, possono svilupparsi tensioni residue dovute a fattori quali i metodi di lavorazione, l'impegno dell'utensile e la velocità di taglio. Una distribuzione non uniforme di queste tensioni può portare a distorsioni durante la tempra. Per mitigare questi effetti, è necessaria una ricottura di distensione prima della tempra. La temperatura per la ricottura di distensione è generalmente compresa tra 500 e 700 °C. In caso di riscaldamento in aria, si utilizza una temperatura di 500-550 °C con un tempo di mantenimento di 2-3 ore per prevenire l'ossidazione e la decarburazione. La distorsione del pezzo dovuta al peso proprio deve essere considerata durante il carico e le altre procedure sono simili a quelle della ricottura standard.
Trattamento di preriscaldamento per il miglioramento della struttura: Ciò include la ricottura di sferoidizzazione, la tempra e il rinvenimento, il trattamento di normalizzazione.
- Ricottura sferoidizzante: Essenziale per gli acciai al carbonio e gli acciai legati durante il trattamento termico, la struttura ottenuta dopo la ricottura di sferoidizzazione influenza significativamente l'andamento della distorsione durante la tempra. Regolando la struttura post-ricottura, è possibile ridurre la distorsione costante durante la tempra.
-Altri metodi di pretrattamento: Diversi metodi possono essere impiegati per ridurre la distorsione da tempra, come la tempra e il rinvenimento e il trattamento di normalizzazione. La selezione di pretrattamenti appropriati, come la tempra e il rinvenimento e il trattamento di normalizzazione, in base alla causa della distorsione e al materiale del pezzo, può ridurre efficacemente la distorsione. Tuttavia, è necessaria cautela per le tensioni residue e l'aumento della durezza dopo il rinvenimento; in particolare, il trattamento di tempra e rinvenimento può ridurre l'espansione durante la tempra per gli acciai contenenti W e Mn, ma ha scarso effetto sulla riduzione della deformazione per acciai come il GCr15.
Nella produzione pratica, identificare la causa della distorsione da tempra, sia essa dovuta a tensioni residue o a una struttura scadente, è essenziale per un trattamento efficace. La ricottura di distensione dovrebbe essere eseguita per la distorsione causata da tensioni residue, mentre trattamenti come il rinvenimento che alterano la struttura non sono necessari, e viceversa. Solo così si può raggiungere l'obiettivo di ridurre la distorsione da tempra, riducendo i costi e garantendo la qualità.
2. Operazione di riscaldamento e tempra
Temperatura di tempra: La temperatura di tempra influisce significativamente sulla distorsione. Possiamo raggiungere l'obiettivo di ridurre la deformazione regolando la temperatura di tempra, oppure mantenendo la sovrametallizzazione di lavorazione pari alla temperatura di tempra per raggiungere l'obiettivo di ridurre la deformazione, oppure selezionando e mantenendo ragionevolmente la sovrametallizzazione di lavorazione e la temperatura di tempra dopo le prove di trattamento termico, in modo da ridurre la sovrametallizzazione successiva. L'effetto della temperatura di tempra sulla deformazione da tempra non è correlato solo al materiale utilizzato nel pezzo, ma anche alle dimensioni e alla forma del pezzo. Quando la forma e le dimensioni del pezzo sono molto diverse, sebbene il materiale del pezzo sia lo stesso, l'andamento della deformazione da tempra è piuttosto diverso e l'operatore dovrebbe prestare attenzione a questa situazione nella produzione effettiva.
Tempo di mantenimento della tempra: La scelta del tempo di mantenimento non solo garantisce un riscaldamento completo e il raggiungimento della durezza o delle proprietà meccaniche desiderate dopo la tempra, ma tiene anche conto del suo effetto sulla distorsione. Prolungare il tempo di mantenimento della tempra aumenta sostanzialmente la temperatura di tempra, in particolare per gli acciai ad alto tenore di carbonio e cromo.
Metodi di caricamento:Se il pezzo in lavorazione viene disposto in una forma irragionevole durante il riscaldamento, si verificheranno deformazioni dovute al peso del pezzo o all'estrusione reciproca tra i pezzi, oppure deformazioni dovute a riscaldamento e raffreddamento non uniformi dovuti all'eccessivo accatastamento dei pezzi.
Metodo di riscaldamento: Per pezzi di forma complessa e di spessore variabile, in particolare quelli con elevato contenuto di carbonio e elementi in lega, un processo di riscaldamento lento e uniforme è fondamentale. Spesso è necessario utilizzare il preriscaldamento, che a volte richiede più cicli di preriscaldamento. Per pezzi di grandi dimensioni che non vengono trattati efficacemente tramite preriscaldamento, l'utilizzo di forni a resistenza a camera con riscaldamento controllato può ridurre la distorsione causata da un riscaldamento rapido.
3. Operazione di raffreddamento
La deformazione da tempra deriva principalmente dal processo di raffreddamento. La corretta selezione del mezzo di tempra, la corretta esecuzione e ogni fase del processo di raffreddamento influenzano direttamente la deformazione da tempra.
Selezione del mezzo di tempra: Pur garantendo la durezza desiderata dopo la tempra, è consigliabile preferire mezzi di tempra più delicati per ridurre al minimo la distorsione. Si consiglia l'utilizzo di mezzi di raffreddamento a bagno caldo (per facilitare la raddrizzatura mentre il pezzo è ancora caldo) o anche il raffreddamento ad aria. Anche i mezzi con velocità di raffreddamento intermedie tra acqua e olio possono sostituire i mezzi doppi acqua-olio.
—Tempra ad aria: La tempra ad aria è efficace per ridurre la deformazione da tempra di acciaio rapido, acciaio per stampi al cromo e acciaio per microdeformazione ad aria. Per l'acciaio 3Cr2W8V, che non richiede elevata durezza dopo la tempra, la tempra ad aria può essere utilizzata anche per ridurre la deformazione regolando opportunamente la temperatura di tempra.
—Raffreddamento e tempra dell'olio: l'olio è un mezzo di tempra con una velocità di raffreddamento molto inferiore a quella dell'acqua, ma per quei pezzi con elevata temprabilità, piccole dimensioni, forma complessa e grande tendenza alla deformazione, la velocità di raffreddamento dell'olio è troppo elevata, mentre per pezzi di piccole dimensioni ma scarsa temprabilità, la velocità di raffreddamento dell'olio è insufficiente. Per risolvere le contraddizioni di cui sopra e sfruttare appieno la tempra in olio per ridurre la deformazione da tempra dei pezzi, si sono adottati metodi per regolare la temperatura dell'olio e aumentarla per ampliarne l'utilizzo.
—Modifica della temperatura dell'olio di tempra: l'utilizzo della stessa temperatura dell'olio per la tempra al fine di ridurre la deformazione da tempra presenta comunque i seguenti problemi: quando la temperatura dell'olio è bassa, la deformazione da tempra è comunque elevata, mentre quando la temperatura dell'olio è alta, è difficile garantire la durezza del pezzo dopo la tempra. A causa dell'effetto combinato di forma e materiale di alcuni pezzi, l'aumento della temperatura dell'olio di tempra può anche aumentarne la deformazione. Pertanto, è fondamentale determinare la temperatura dell'olio di tempra dopo aver superato il test in base alle condizioni effettive del materiale del pezzo, alle dimensioni e alla forma della sezione trasversale.
Quando si utilizza olio caldo per la tempra, per evitare incendi causati dall'elevata temperatura dell'olio dovuta alla tempra e al raffreddamento, è necessario installare le necessarie attrezzature antincendio in prossimità del serbatoio dell'olio. Inoltre, è necessario verificare regolarmente la qualità dell'olio di tempra e rifornirlo o sostituirlo tempestivamente con olio nuovo.
—Aumentare la temperatura di tempra: Questo metodo è adatto per pezzi in acciaio al carbonio di piccola sezione trasversale e pezzi in acciaio legato leggermente più grandi che non possono soddisfare i requisiti di durezza dopo il riscaldamento e la conservazione termica alle normali temperature di tempra e alla tempra in olio. Aumentando opportunamente la temperatura di tempra e successivamente la tempra in olio, è possibile ottenere l'effetto di tempra e riduzione della deformazione. Quando si utilizza questo metodo di tempra, è necessario prestare attenzione a prevenire problemi come l'ingrossamento del grano, la riduzione delle proprietà meccaniche e la durata utile del pezzo a causa dell'aumento della temperatura di tempra.
—Classificazione e austempering: Quando la durezza di tempra è in grado di soddisfare i requisiti di progettazione, la classificazione e la tempra austempering del mezzo del bagno caldo devono essere sfruttate appieno per raggiungere l'obiettivo di ridurre la deformazione di tempra. Questo metodo è efficace anche per acciai strutturali al carbonio di piccola sezione e acciai per utensili a bassa temprabilità, in particolare acciai per stampi contenenti cromo e pezzi lavorati in acciaio rapido ad alta temprabilità. La classificazione del mezzo del bagno caldo e il metodo di raffreddamento mediante tempra austempering sono i metodi di tempra di base per questo tipo di acciaio. Analogamente, è efficace anche per quegli acciai al carbonio e acciai strutturali bassolegati che non richiedono un'elevata durezza di tempra.
Quando si esegue la tempra con un bagno caldo, occorre prestare attenzione ai seguenti aspetti:
Innanzitutto, quando si utilizza il bagno d'olio per la classificazione e la tempra isotermica, la temperatura dell'olio deve essere rigorosamente controllata per evitare il verificarsi di incendi.
In secondo luogo, quando si esegue la tempra con sali di nitrato, il serbatoio di questi ultimi deve essere dotato degli strumenti necessari e dei dispositivi di raffreddamento ad acqua. Per ulteriori precauzioni, si prega di fare riferimento alle informazioni pertinenti, che non verranno qui ripetute.
In terzo luogo, la temperatura isotermica deve essere rigorosamente controllata durante la tempra isotermica. Temperature elevate o basse non contribuiscono a ridurre la deformazione da tempra. Inoltre, durante la tempra austempra, è necessario scegliere il metodo di sospensione del pezzo per evitare deformazioni causate dal peso del pezzo stesso.
In quarto luogo, quando si utilizza la tempra isotermica o graduata per correggere la forma del pezzo a caldo, gli utensili e le attrezzature devono essere completamente attrezzati e l'azione deve essere rapida durante il funzionamento. Evitare effetti negativi sulla qualità della tempra del pezzo.
Operazione di raffreddamento:Un abile utilizzo durante il processo di raffreddamento ha un impatto significativo sulla deformazione da tempra, soprattutto quando vengono utilizzati mezzi di tempra ad acqua o ad olio.
-Direzione corretta dell'ingresso del mezzo di tempra: In genere, i pezzi lavorati simmetricamente bilanciati o allungati a forma di barra devono essere temprati verticalmente nel fluido. I pezzi asimmetrici possono essere temprati con una certa angolazione. La direzione corretta mira a garantire un raffreddamento uniforme su tutti i pezzi, con le aree di raffreddamento più lente che entrano per prime nel fluido, seguite da quelle più veloci. Nella pratica, è fondamentale considerare la forma del pezzo e la sua influenza sulla velocità di raffreddamento.
-Movimento dei pezzi nel mezzo di tempra: I pezzi a raffreddamento lento devono essere rivolti verso il fluido di tempra. I pezzi di forma simmetrica devono seguire un percorso bilanciato e uniforme nel fluido, mantenendo un'ampiezza ridotta e un movimento rapido. Per pezzi sottili e allungati, la stabilità durante la tempra è fondamentale. Evitare oscillazioni e valutare l'utilizzo di morsetti anziché di legature a filo per un migliore controllo.
-Velocità di tempra: I pezzi devono essere temprati rapidamente. Soprattutto per pezzi sottili, simili a barre, velocità di tempra più basse possono portare a una maggiore deformazione da flessione e a differenze di deformazione tra sezioni temprate in momenti diversi.
- Raffreddamento controllato:Per i pezzi con differenze significative nelle dimensioni della sezione trasversale, proteggere le sezioni a raffreddamento rapido con materiali come corde di amianto o lamiere per ridurre la velocità di raffreddamento e ottenere un raffreddamento uniforme.
-Tempo di raffreddamento in acqua: Per i pezzi che subiscono principalmente deformazioni dovute a stress strutturale, ridurre il tempo di raffreddamento in acqua. Per i pezzi che subiscono principalmente deformazioni dovute a stress termico, prolungare il tempo di raffreddamento in acqua per ridurre le deformazioni da tempra.
A cura di May Jiang di MAT Aluminum
Data di pubblicazione: 21 febbraio 2024
