La tempra a induzione, una tecnologia attenta al “cuore”
Risulta che sia sempre più richiesta dalle aziende. Queste la apprezzano anche – ma non solo, come sto per dirti – per i costi contenuti. Peraltro, è una tra le più antiche tecniche di indurimento superficiale ma le recenti innovazioni continuano a migliorarne la qualità.
Ma di cosa sto parlando? Voglio dedicare le prossime righe ad analizzar e in un certo senso a ‘quantificare’ i vantaggi garantiti dalla tempra a induzione. Comincio illustrando, in maniera analitica, come funziona. Si tratta di un processo che
- trasforma superficialmente l’acciaio,
- indurisce notevolmente l’acciaio,
- ma non altera lo stato del particolare a cuore.
Dal caldo al freddo, il principio generale della tempra
Cosa succede, di norma, nel processo della tempra? Il calore ed il rapido raffreddamento vengono sfruttati per aumentare la durezza, la resistenza e/o la durata dell’acciaio.
Riscaldare ferro o l’acciaio al di sopra delle rispettive temperature comporta di modificare la struttura cristallina del metallo in una forma detta austenite, una disposizione atomica grazie alla quale il carbonio migra liberamente in una nuova posizione.
A questo punto l’obiettivo è raffreddare rapidamente l’austenite, intrappolando gli atomi di carbonio nelle rispettive nuove posizioni nella struttura cristallina. Con la tempra si determina la martensite, una nuova struttura estremamente dura. A seconda delle esigenze, infine, la tempra a induzione può essere seguita dal rinvenimento.
Ecco perché la tempra a induzione ti fa riparmiare
Nella tempra a induzione non è necessario riscaldare tutta la massa del componente. Con un grande risparmio energetico, si riscalda solamente il materiale nella zona di riscaldamento. Il risultato di tempra dipende da un’interazione complessa di parametri di processo come analisi del materiale, geometria del componente, design di bobina e docce di tempra, frequenza di riscaldamento, cicli di riscaldamento e raffreddamento.
Il principio fisico di funzionamento del riscaldo ad induzione comporta l’immersione del particolare da trattare in un campo elettromagnetico variabile generato da un induttore (per esempio, l’anello di tubo in rame raffreddato internamente da acqua) percorso da corrente elettrica ad elevata frequenza (tra i 5 Khz e i 400 Khz, in relazione alla profondità di riscaldo da raggiungere).
Eccitate dal campo elettromagnetico indotto, le molecole del ferro si “autoriscaldano” e in tempi molto brevi, nell’ordine di qualche decimo di secondo, arrivano a temperature elevate (1000 °C ). Danno vita alle correnti induttrici note come “correnti di Foucault”.
Esaurita la fase del riscaldo, il materiale viene immediatamente sottoposto ad un brusco raffreddamento, in vasca olio o acqua. In conseguenza dello shock termico, gli atomi di carbonio presenti nell’acciaio (precedentemente liberati dall’alta temperatura), restano “imprigionati” nel reticolo molecolare del ferro.
Come risultato, avremo nella parte trattata una durezza di gran lunga superiore al precedente stato fisico, tale da soddisfare le richieste più esigenti nei maggiori settori della meccanica di precisione. Insomma: l’asso pigliatutto della tempra ad induzione risiede senz’altro nel valore tecnologico. È una strada molto promettente da percorrere e che in genere mantiene le promesse, lasciandoci con un prodotto finito caratterizzato da una resistenza all’usura e una tenacità senza pari.
Indeciso? Ti do 5 buone ragioni per scegliere la tempra a induzione
Apro qui un discorso che riguarda molti operatori, visto che la tempra a induzione si sceglie con successo nei settori più vari. Nell’automotive (componenti critici non esclusi) come nell’oleodinamica, nelle macchine movimento terra come nella produzione di macchinari agricoli… ma direi, più ampiamente, in tutto il mondo della meccanica c’è attenzione per questa tecnologia e gli indiscutibili vantaggi che può offrire. Mettiamoli in fila:
- Riscaldo diretto, grande risparmio di energia
Nei trattamenti termici convenzionali a fiamma, in forno oppure per convezione, il calore è apportato al componente riscaldandone lo strato superficiale. Si tratta di processi di grande durata, che richiedono una quantità di energia nettamente superiore per produrre il grado di durezza desiderato. La tempra a induzione offre invece tempi di riscaldamento estremamente brevi. Nel processo della tempra a induzione, invece, il calore viene generato direttamente nel pezzo. Il principale vantaggio consiste dunque nella rapidità con cui il materiale raggiunge la temperatura desiderata per la produzione di componenti metallici temprati.
- Definizione precisa della profondità del trattamento
Dato l’effetto pelle, le correnti RF che scorrono all’interno del materiale hanno determinate profondità di penetrazione e sono in grado di garantire il trattamento di un determinato spessore di materiale. Scegliendo correttamente la frequenza di lavoro, inversamente proporzionale profondità di penetrazione (bassa frequenza per un riscaldo profondo, alta frequenza per un riscaldo superficiale) diventa quindi possibile ottenere il profilo di tempra desiderato.
- Controllo assoluto
Nella tempra a induzione, ogni pezzo è gestito singolarmente e temprato nel rispetto di specifiche assolutamente precise. Il riscaldamento a induzione può essere controllato in modo molto preciso agendo su potenza, frequenza e geometria dell’induttore. La possibilità di determinare per ogni componente il miglior modello di distribuzione del calore, il tempo di riscaldamento, la velocità di tempra e il processo di raffreddamento è garantita con l’utilizzo dei moderni sistemi di controllo. Ciò riduce le deformazioni del pezzo e garantisce un’alta efficienza di processo.
- Elevata produttività
Integrare la tempra a induzione nelle linee di produzione non è difficile e può dar luogo a situazioni molto vantaggiose. Una volta installata, è possibile sfruttare la produttività, la controllabilità accurata e la riproducibilità elevata dell’attrezzatura, anche per pezzi con geometrie complesse. Ma anche effettuata esternamente, seguita, se il cliente lo richiede, dal rinvenimento, la tecnologia garantisce ripetitività e velocità di esecuzione.
- Impatto ambientale molto ridotto
Poiché il calore viene convogliato con precisione solo dove e quando necessario, la tempra a induzione non solo ha un rendimento energetico elevato, in particolare rispetto a metodi dispersivi come i forni di carburazione, ma si rivela anche una tecnologia pulita, senza fiamma o contatto. Viene realizzata usando un’emulsione di polimeri, di gran lunga preferibili ai bagni d’olio inquinanti! L’ambiente ringrazia ma non solo. Quanto è importante muoversi in un ambiente di lavoro sicuro, salubre e produttivo?
Ricapitolando: rapidità di esecuzione, possibilità di lavorare piccoli lotti e intere commesse con la stessa continuità di risultati, ripetitività assoluta sia tra i particolari trattati sia lotto dopo lotto. Una gran serie di vantaggi! Adesso viene spontaneo cercare di capire in quali casi si possa effettuare con successo questa modalità di trattamento termico dedicata ad acciaio, leghe e altri componenti metallici, .
È adatta per metalli con un tenore di carbonio superiore allo 0,3%, in particolare per l’ acciaio temprato con un basso tenore di lega (C34, C35, C60, ecc.), come indicato nella norma di settore DIN EN 100083.
È un trattamento che dà i migliori benefici con i pezzi meccanici cilindrici utilizzati nei settori della meccanica agricola, dell’edilizia e in tutte le applicazioni di macchine automatiche. Ma non biosgna fermarsi a questo, perché la pratica quotidiana ci mostra che componenti come:
- alberi,
- ingranaggi,
- indotti,
- ruote dentate
possono essere tranquillamente temprati mediante questo processo di induzione.
La tempra a induzione fa per te? SteelBetter la esegue per te
Sei arrivato fin qui e sei ormai convinto? Perfetto. Il mio vero obiettivo, però, non è mai convincere promettendo favole, ma fare informazione. Due sono le cose a cui tengo:
- la prima, creare le condizioni per una scelta consapevole: lo ripeto, informata, perché non è realistico pensare che una soluzione, per quanto invitante, poi si adatti a tutte le esigenze.
- l’altro aspetto che mi preme riguarda la disponibilità a rispondere ad ogni tua domanda, richiesta, dubbio. Esserci sempre, insomma, rispetto alla giusta curiosità che anima ogni persona attenta al proprio lavoro, nel doppio senso della reputazione e del portafoglio.
Sono cosciente che non possono bastare certo i miei appunti per far piazza pulita di tutte le incertezze, perciò eccomi! Sono un trattamentista in carne ed ossa, ho un bel po’ di annetti di esperienza sulle spalle, ma sono perfettamente in grado di comunicare con te quando vuoi e ne hai l’opportunità, fai una telefonata o manda una mail e saremo immediatamente in contatto.
A prescindere dal trattamento scelto, resta di basilare importanza la tipologia di acciaio e lo stato metallurgico da cui si parte. E chi vuole nasconderlo? la posizione ‘prudente’ non appartiene a me solo. Per primi gli accademici, e nondimeno gli “addetti ai lavori” evidenziano l’importanza del materiale! E poi, somma nostra maestra è la quotidiana esperienza che non mente mai e ci insegna che, a parità di parametri di processo, a seconda che l’acciaio sia ricotto, normalizzato o bonificato, si ottengono profili di indurimento e performance in esercizio molto differenti tra loro.
In SteelBetter crediamo che l’aggiornamento non possa mai mancare nell’iter che porta ad una scelta. Essere informati è sempre la miglior cosa, e vogliamo che i nostri clienti lo siano, attraverso ni.
Vorrei parlarti ad esempio, delle innovazioni che intervengono a migliorare i trattamenti. Ad esempio, in tempi recenti sono apparsi sul mercato degli acciai basso legati e con scarsa tendenza all’ingrossamento del grano. Cosa ci offrono? Rispetto ai classici acciai utilizzati per la tempra a induzione, questi hanno un costo mediamente inferiore dato il basso contenuto di elementi in lega come Manganese, Cromo, Nichel e Molibdeno. E, udite udite! possono essere temprati con relativa facilità a dispetto della scarsa temprabilità di queste classi d’acciai; un esempio sono gli acciai chiamati per l’appunto TSH-LH (Through Surface Hardening – Low Hardenability).