Riepilogo delle conoscenze di base sul trattamento termico dei metalli

Il trattamento termico dei metalli è uno dei processi più importanti nella produzione meccanica. Rispetto ad altri processi di lavorazione, il trattamento termico generalmente non modifica la forma e la composizione chimica complessiva del prodotto siderurgico, ma modifica la microstruttura interna del manufatto o modifica la composizione chimica della superficie, dotando o migliorando così le prestazioni del prodotto. Lo scopo del trattamento termico del metallo è quello di migliorare la qualità intrinseca del metallo in modo che abbia le proprietà meccaniche, fisiche e chimiche richieste. Oltre alla ragionevole selezione dei materiali e dei vari processi di formatura, spesso sono essenziali i processi di trattamento termico. L’acciaio è il materiale più utilizzato nell’industria meccanica. La microstruttura dell'acciaio è complessa e può essere controllata attraverso il trattamento termico. Pertanto, il trattamento termico dell'acciaio è il contenuto principale del trattamento termico dei metalli.

Processo di trattamento termico

Il processo di trattamento termico comprende generalmente tre processi: riscaldamento, isolamento e raffreddamento. A volte ci sono solo due processi: riscaldamento e raffreddamento. Questi processi sono interconnessi e non possono essere interrotti. Il riscaldamento è uno dei processi importanti del trattamento termico. Esistono molti metodi di riscaldamento per il trattamento termico dei metalli. Carbone e carbone furono inizialmente utilizzati come fonti di calore e recentemente furono utilizzati combustibili liquidi e gassosi. L'applicazione dell'elettricità rende il riscaldamento facile da controllare e non inquina l'ambiente. Queste fonti di calore possono essere utilizzate per il riscaldamento diretto o per il riscaldamento indiretto tramite sale fuso o metallo o anche particelle galleggianti.

La temperatura di riscaldamento è uno dei parametri di processo importanti del processo di trattamento termico. La selezione e il controllo della temperatura di riscaldamento sono le questioni principali per garantire la qualità del trattamento termico. La temperatura di riscaldamento varia a seconda del materiale metallico da lavorare e dello scopo del trattamento termico, ma generalmente viene riscaldata al di sopra della temperatura di trasformazione di fase per ottenere una struttura ad alta temperatura. Inoltre, la trasformazione richiede un certo periodo di tempo. Pertanto, quando la superficie del metallo raggiunge la temperatura di riscaldamento richiesta, è necessario mantenerla a questa temperatura per un certo periodo di tempo per rendere costanti le temperature interna ed esterna e completare la trasformazione della microstruttura. Questo periodo di tempo è chiamato isolamento. Quando si utilizza il riscaldamento ad alta densità di energia e il trattamento termico superficiale, la velocità di riscaldamento è molto elevata e generalmente non vi è alcun tempo di isolamento, mentre il tempo di isolamento per il trattamento termico chimico è spesso più lungo.

Il raffreddamento è anche una fase indispensabile nel processo di trattamento termico. I metodi di raffreddamento variano a seconda del processo, controllando principalmente la velocità di raffreddamento. Generalmente, la ricottura ha la velocità di raffreddamento più lenta, la normalizzazione ha una velocità di raffreddamento più rapida e la tempra ha una velocità di raffreddamento più rapida rispetto alla normalizzazione. Ma ci sono anche requisiti diversi dovuti ai diversi tipi di acciaio.

Trattamento termico superficiale è un processo di trattamento termico dei metalli che riscalda solo lo strato superficiale del metallo per modificare le proprietà meccaniche dello strato superficiale. Per riscaldare solo la superficie del metallo senza trasferire troppo calore all'interno del metallo, la fonte di calore utilizzata deve avere un'elevata densità di energia, cioè al metallo viene fornita una grande quantità di energia termica per unità di superficie, in modo che la superficie o parte del metallo possa raggiungere temperature elevate in breve tempo. I principali metodi di trattamento termico superficiale comprendono lo spegnimento della fiamma e il trattamento termico con riscaldamento a induzione. Le fonti di calore comunemente utilizzate includono ossigeno acetilene, ossigeno propano, corrente indotta, laser e fascio di elettroni.

Trattamento termico chimico è un processo di trattamento termico dei metalli che modifica la composizione chimica, la struttura e le proprietà della superficie del metallo. Il trattamento termico chimico consiste nel riscaldare il metallo in un mezzo (gas, liquido, solido) contenente carbonio, sale o altri elementi leganti e mantenerlo caldo per lungo tempo, in modo che la superficie del metallo possa penetrare elementi come carbonio, azoto, boro e cromo. Dopo che gli elementi sono stati infiltrati, a volte vengono eseguiti altri processi di trattamento termico come la tempra e il rinvenimento. I principali metodi di trattamento termico chimico comprendono la cementazione, la nitrurazione e la metallizzazione.

Nel complesso, il trattamento termico dei metalli è uno dei processi importanti nel processo di produzione di parti meccaniche, utensili e stampi. Può garantire e migliorare varie proprietà del metallo, come resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, ecc. D'altra parte, può anche migliorare la struttura e lo stato di sollecitazione del pezzo grezzo per facilitare varie lavorazioni a freddo e a caldo.