Materiale più dolce e omogeneo con la ricottura
Tra i vari trattamenti termici, la ricottura, o annealing, può essere considerata l’opposto della tempra in quanto provoca la formazione di strutture che conferiscono al materiale un determinato stato di addolcimento.
Non è però il suo solo scopo, perché si ricorre alla ricottura anche per:
- eliminare o modificare effetti conseguenti la solidificazione, operazioni di deformazione plastica, saldatura, trattamenti termici precedenti; (), o comunque favorevole alla lavorazione o alla deformazione a freddo;
- omogeneizzare il materiale attenuando eterogeneità di composizione chimica.
L’effettuazione del ciclo termico prevede:
- un riscaldamento progressivo fino alla temperatura di ricottura e superando quella di austenitizzazione (Ac3 + 50-70 °C);
- un mantenimento a questa temperatura quanto basta alla completa trasformazione in austenite e ad assicurare che tutte le parti del pezzo l’abbiano raggiunta o abbiano subito le trasformazioni volute;
- un raffreddamento lento solitamente in forno ma anche all’aria, così che il materiale, tornato alla temperatura ambiente, si trovi in uno stato strutturale più prossimo allo stato di equilibrio stabile.
Prevalentemente usata su acciai e su rame, la ricottura prepara questi materiali alle successive fasi della lavorazione, rendendoli più dolci ed più omogenei. Al termine del trattamento, gli obiettivi da verificare sono:
- per quanto riguarda l’equilibrio chimico: riduzione della segregazione minore;
- per quanto riguarda l’equilibrio strutturale: trasformazione delle fasi metastabili;
- per quanto riguarda l’equilibrio meccanico: riduzione delle tensioni residue interne, incrudimento compreso.
Diversi tipologie di ricottura
Secondo il metallo e la lega e in funzione degli effetti che si vogliono ottenere, si distinguono diversi tipi di ricottura. Limitandoci agli acciai, possiamo trovare:
● la ricottura completa:
ha lo scopo di attenuare sia gli effetti sulla struttura dovuti alla solidificazione ed alla deformazione plastica, sia l’eterogeneità della composizione chimica del metallo. A livello industriale, le viene preferito la ricottura isotermica: i due cicli si differenziano sostanzialmente solo per quel che riguarda la fase del raffreddamento.
la ricottura di coalescenza o eterogeneizzazione:
prevede una netta separazione delle fasi provocando la coalescenza dei globuli. Le strutture globulari dei metalli trattati diventano più grossolane così da ottenere un’ottima deformabilità a freddo e, conseguentemente, una migliore lavorabilità alle macchine utensili.
● la ricottura isotermica :
comporta una austenitizzazione seguita da un raffreddamento interrotto mediante permanenza ad una temperatura alla quale l’austenite si trasforma completamente in ferrite-perlite (struttura bianco-nera). Richiede il riscaldo alla stessa temperatura della ricottura completa; la temperatura viene ridotta di 150 ÷ 180 °C, e dopo una adeguata permanenza il materiale è raffreddato in aria sino alla temperatura ambiente. L’assenza del mantenimento in forno sino al raffreddamento rendeil processo più rapido;
● la ricottura di globulizzazione:
comporta generalmente una permanenza prolungata ad una temperatura prossima ad Ac1 allo scopo di provocare la globulizzazione dell’acciaio;
● la ricottura di lavorabilità o subcritica:
si pratica sui particolari ottenuti con impiego di forte deformazione plastica a freddo o caldo, con conseguente elevato stress termico. Le temperature di processo si differenziano a seconda dell’acciaio impiegato: non superano mai il limite AC1, ma si avvicinano sensibilmente ai 700 °C.
Focus sulla ricottura di lavorabilità o subcritica
Come il nome stesso suggerisce, l’obiettivo di questo processo consiste nel conferire al materiale una durezza ed una struttura altamente lavorabili. Tra le più diffuse, si propone di ridurre la durezza dell’acciaio per migliorarne la lavorabilità, senza sostanzialmente modificarne la microstruttura.
Può essere considerata come un rinvenimento d’addolcimento eseguito alla massima temperatura consentita, senza alcuna trasformazione ferrite austenite, per cui la struttura finale appare strettamente legata a quella di partenza. Infatti, la solubilità del carbonio nella ferrite è praticamente nulla e la diffusione estremamente lenta.
Durante la ricottura di lavorabilità di una struttura in acciaio perlitico, le lamelle di cementite vengono arrotondate creando piccole particelle circolari in una matrice ferritica più tenera. Si tratta di un processo di diffusione piuttosto lungo e il tempo di mantenimento della temperatura è normalmente superiore a 4 ore.
È previsto un risaldamento ad una temperatura di 30÷35 °C inferiore ad AC1 e permanenza di breve durata (1÷2 ore), seguito da raffreddamento a temperatura ambiente, veloce quanto si desidera. Pur non modificando sostanzialmente la microstruttura dell’acciaio, generalmente ferritica e perlitica puntiforme, il trattamento tende a conferire forma globulare alla cementite o ai carburi già presenti nelle strutture formatesi durante il raffreddamento dopo le lavorazioni plastiche a caldo (laminazione, stampaggio, fucinatura).
La durata della ricottura non è però sufficiente affinché la coalescenza della cementite o dei carburi si manifesti in termini rilevabili al microscopio ottico. Perciò la cementite e i carburi non modificano le loro condizioni originali e la microstruttura di un pezzo di acciaio ricotto subcriticamente può variare da zona a zona.
Ricottura subcritica e intercritica a confronto
I carburi sferoidali possono essere ottenuti tramite
a) riscaldamento ad una temperatura inferiore per un periodo di tempo più lungo;
b) utilizzando una temperatura più elevata per un periodo di tempo più breve.
La ricottura subcritica si basa su a), con bassa temperatura per un periodo di tempo più lungo), usando temperature più vicino possibile alla temperatura Ac1 (ma sempre al di sotto). Questa temperatura è in genere di 680 °C e la ricottura subcritica avviene nell’intervallo di temperatura di 500-650 °C. I tempi di ricottura possono essere molto lunghi, in genere tra 5 e 20 ore. La microstruttura e le proprietà risultanti dipendono dalla struttura originale e dalla composizione dell’acciaio.
I trattamenti di ricottura intercritica, invece, implicano il riscaldamento e il mantenimento di una temperatura compresa tra AC1 e AC3 al fine di ottenere una austenitizzazione parziale. Questa fase è seguita da un raffreddamento lento o dal mantenimento di una temperatura inferiore a quella critica per ottenere una microstruttura finale di carburi sferoidali distribuiti uniformemente in una matrice di ferrite.
Ricottura subcritica: per quali materiali e applicazioni?
La ricottura di lavorabilità può essere effettuata su leghe di acciaio e su leghe di rame e ottone. In particolare, possono essere vantaggiosamente sottoposti a ricottura di lavorabilità:
▲ acciaio 170-300 HB
▲ rame 40-70 HV
▲ ottone 50-100 HV
Gli acciai da cementazione e da bonifica acquisiscono buone caratteristiche di lavorabilità per asportazione di truciolo e, più ampiamente, soddisfacenti nelle più diverse condizioni di lavorazione. Durante la formatura a freddo di componenti in rame e ottone, il materiale incrudisce, di conseguenza aumenta la durezza. maggiore è la formatura a freddo, più aumenterà la durezza del materiale.
La struttura sferoidizzata (carburi globulari in una matrice di ferrite) su acciai al carbonio migliora la formabilità a freddo degli acciai e consente elevate deformazioni plastiche come la trafilatura a freddo o imbutitura. Tuttavia, una struttura sferoidizzata in acciaio al carbonio (<0,4%C) non è sempre adatta per certe lavorazioni in quanto il materiale è troppo morbido e può “appiccicarsi” agli utensili da taglio.
L’incrudimento a seguito di una formatura effetto a freddo può essere eliminato mediante la ricottura di lavorabilità. La durezza rilevabile dopo la ricottura di lavorabilità dipende dal tipo di acciaio o di lega.
Se vuoi saperne di più, c’è SteelBetter
Quando bisogna prendere una decisione, essere informati è necessario ma sappiamo che altrettanto importante è poter esaminare le opzioni inserite in una loro casistica pratica. È esattamente quello che può offrirti un’azienda come SteelBetter, da sempre dedicata ai trattamenti termici.
Ogni trattamento ha un suo perché, è ovvio. Ma deve essere anche scelto tenendo conto di premesse e strategie per portare aventi il processo e concluderlo nel più soddisfacente dei modi. Intendo dire che è vantaggioso parlare con ci conosce perfettamente il materiale, il trattamento e sa condurlo tenendo anche presenti i diversi esiti che può avere.
Tramite la ricottura il materiale si modifica nelle sue proprietà di flessibilità e di durezza. Tipicamente possiamo aspettarci la rimozione dei difetti della struttura cristallina. L’obiettivo è infatti formare una distribuzione uniforme di carburi sferoidali in acciaio, che rendono il materiale più morbido e più resistente. Normalmente, aumentando le dimensioni degli sferoidi si incrementa la lavorabilità dell’acciaio. Ma con un riscaldamento a temperatura più elevata e per tempi più lunghi, è possibile anche incrementare l’uniformità della composizione chimica del materiale… un punto di qualche interesse direi, per chi ha a che fare con l’acciaio.
Talvolta però i risultati non sono ottimali, come nel caso degli acciai da cementazione contenenti nichel o degli acciai da nitrurazione all’alluminio, perché l’eventuale microstruttura con grandi placche di ferrite tende a dare taglienti di riposto. Per gli acciai ipereutettoidici la ricottura di lavorabilità o subcritica è di poca utilità.
D‘altra parte, acciai con carbonio elevato e legati, che raffreddano all’aria dopo la lavorazione a caldo, come la forgiatura o la laminazione a caldo, sono di solito difficili da lavorare. La ricottura di lavorabilità riduce la durezza e rende il materiale più lavorabile. Quando gli acciai presentano un basso contenuto di carbonio (<0,35% C) offrono di norma una struttura con durezza non adatta perché troppo tenera, con conseguente incollaggio del truciolo all’utensile.
Va doverosamente precisato che, anche se le leghe di rame e ottone figurano tra i materiali idonei alla ricottura subcritica, il processo fisico è molto. Tanto per limitarci alla temperatura, è compresa tra 300 °C e 650 °C per le leghe di rame e tra 425 °C e 650 °C per le leghe di ottone.
Ultimo, ma non inutile a sapersi: la ricottura subcritica è un trattamento costoso perché richiede tempi molto lunghi, ed è destinato alle applicazioni che richiedono considerevoli deformazioni plastiche a freddo.
Se credi, queste considerazioni possono continuare finché non ti sarà completamente chiaro l’orizzonte e più semplice la scelta… io sono qui proprio per questo, a tua disposizione se vuoi mandarmi una mail o farmi una telefonata. SteelBetter fa soprattutto trattamenti termici, ma all’interno dell’azienda voglio essere per te un interlocutore attendibile e interessato a condividere con i miei clienti le informazioni che più possono servire ad una scelta felice sotto il profilo della qualità che garantisci alla tua produzione e alla “serenità” del tuo portafoglio.