Il Scala di durezza Rockwell è la misura della resistenza di un materiale alla penetrazione o alla deformazione permanente quando incontra la forza di un altro materiale. Penetrazioni includono rotture superficiali, come punzonature o graffi. Deformazioni permanenti includono ammaccature, fibbie o fratture da compressione.
Quando si lavora un utensile metallico, come un blocco matrice o un utensile da taglio, il materiale grezzo deve essere abbastanza malleabile da poter essere tagliato o modellato nella sua forma funzionale finale. I materiali migliori in questa fase del processo hanno una durezza Rockwell inferiore a quella degli strumenti di taglio e di sagomatura utilizzati per formarli.
Una volta che un pezzo ha raggiunto la sua forma finale, deve essere reso sufficientemente duro da rimanere in quella forma per tutta la durata del suo utilizzo. Ad esempio, le superfici dei pistoni dei motori devono essere sufficientemente dure da resistere a miliardi di piccole esplosioni e all'attrito del movimento all'interno dei cilindri del motore per tutta la loro durata. Questi materiali devono avere un'elevata durezza nella scala Rockwell.
Tempra, Il trattamento termico è la fase cruciale che trasforma i materiali metallici da malleabili e lavorabili a durevoli e resistenti alla penetrazione e alla deformazione.
Il trattamento termico di tempra prende una parte di metallo e applica una quantità di calore sufficiente a trasformare l'interno del metallo. struttura del reticolo cristallino (vedi barra laterale), rendendolo più resistente alla penetrazione e alla deformazione. Il processo porta a una struttura interna del reticolo cristallino che presenta un numero inferiore e più corto di piani di taglio.2
Piani di taglio, occasionalmente noto anche come spiani labiali, I piani di taglio sono aree all'interno di un materiale solido in cui gli ammassi di atomi o molecole possono facilmente scorrere l'uno sull'altro. Questi piani di taglio rappresentano punti deboli, dove è più probabile che si verifichino deformazioni o penetrazioni.
La struttura cristallina dei metalli
Tutti gli elementi metallici conosciuti, tranne il mercurio, sono solidi e cristallini a temperatura ambiente. I metalli e le loro leghe hanno una forte tendenza a cristallizzare, con gli atomi disposti in schemi ordinati e ripetuti piuttosto che in modo casuale.
La struttura cristallina della maggior parte dei metalli a temperatura ambiente è di tre tipi comuni: cubica centrata sul corpo (BCC), cubica centrata sulla faccia (FCC) o esagonale impacchettata (HCP).1
Queste strutture cristalline influenzano la facilità con cui gli atomi possono muoversi l'uno rispetto all'altro, che a sua volta influisce sulla resistenza, sulla duttilità e sul comportamento di deformazione del metallo quando viene applicata una forza.
Qual è la differenza tra la cementazione e la tempra?
Esistono due metodi di tempra che i trattatori termici utilizzano frequentemente per aumentare la durezza dei metalli. indurimento della cassa e tempra.
Tempra della carcassa
La cementazione è la diffusione di uno o più elementi ad alte temperature in un metallo. Questi elementi alterano l'uniformità del reticolo cristallino, modificando la forma di una linea o di un piano in un materiale uniforme in qualcosa di più frastagliato.3
Questi processi sono utilizzati più frequentemente con metalli ferrici come l'acciaio. Carburazione, nitrurazione e carbonitrurazione sono le versioni più comuni della cementazione.
La maggior parte della cementazione avviene in fornaci d'atmosfera, come un Atlante Ipsen forno. I pezzi entrano nel forno e vengono riscaldati a una temperatura in cui il gas di processo può diffondere elementi come il carbonio, l'azoto o entrambi nel metallo superficiale dei pezzi. Questo avviene introducendo nel sistema gas di processo come acetilene, ammoniaca, anidride carbonica o monossido di carbonio. A volte viene introdotto l'idrogeno per rimuovere gli ossidi superficiali e ottenere un legame più efficace.
In alcuni casi, la cementazione richiede l'uso di un forno a vuoto. Tra gli esempi vi sono i pezzi che richiedono un'elevata pulizia, una durezza uniforme in profondità o geometrie complesse. Uno di questi metodi per la cementazione in un forno sottovuoto è il seguente Ipsen Avac® carburazione a bassa pressione.
Tempra
L'indurimento per tempra non si ottiene aggiungendo materiale a un metallo, ma aumentando la temperatura del metallo fino a quando la struttura del reticolo cristallino raggiunge lo stato di austenite, quindi spegnendo rapidamente il materiale fino a quando si stabilizza nello stato cristallino di martensite. Questo processo di spegnimento deve essere sufficientemente rapido per evitare la formazione di altre strutture cristalline, come ferrite, perlite e bainite.4
La tempra può essere ottenuta sia con forni sotto vuoto che in atmosfera, anche se solo le leghe con alti livelli di elementi leganti possono essere temprate sotto vuoto.
L'indurimento per tempra può essere effettuato con una soluzione di tempra liquida, come olio, sale o acqua, o con un gas non reattivo circolante ad alta pressione, come argon o azoto. Mentre alcuni forni sottovuoto, come il LOG Ipsen Fornace5, La maggior parte dei forni a vuoto utilizza solo gas pressurizzato per lo spegnimento.
Forni a vuoto con tempra a gas sono solitamente classificati in base alla loro capacità di pressione. La maggior parte dei forni Ipsen può fornire una pressione di spegnimento del gas da 2 a 20 bar. A titolo indicativo, triplicando la pressione si può dimezzare il tempo di spegnimento; il gas ha più molecole per assorbire il calore dai pezzi e dalla camera. A un certo punto, tuttavia, l'estinzione con gas ad alta pressione non è in grado di raggiungere la velocità di un'estinzione con liquido in modo altrettanto efficace o efficiente, motivo per cui le pressioni di estinzione con gas raramente superano i 20 bar.
La durezza non è la durezza: Perché la tempra è così importante?
La massimizzazione della durezza di un materiale non è sempre la soluzione migliore per una lunga durata. I metalli troppo duri, soprattutto se di sezione sottile, possono diventare fragili.
Per questo motivo molti processi di tempra richiedono un temperamento processo. Il rinvenimento riscalda i pezzi a temperature subcritiche, quindi applica un processo di tempra più lento. Questo processo riduce leggermente la durezza, eliminando le tensioni e le cricche microscopiche che possono formarsi durante una tempra rapida o un processo di indurimento.
Il rinvenimento riduce la fragilità e aumenta la tenacità del pezzo, consentendo una flessibilità del reticolo cristallino sufficiente a far tornare il pezzo in forma dopo l'applicazione di una forza di compressione o di perforazione.
Poiché i cicli di rinvenimento richiedono solitamente tempi più lunghi rispetto a quelli di tempra, spesso i trattatori termici eseguono le ricette di rinvenimento in forni separati per massimizzare la produzione complessiva.
Per saperne di più sulla metallurgia che sta alla base della tempra e dei trattamenti termici, partecipate a un incontro di prossima pubblicazione. Ipsen U classe.
Se siete alla ricerca di un forno per le vostre esigenze di tempra, contattate sales@ipsenusa.com.