Si fa presto a dire ‘tempra’…

Chi tra voi, e tra tutti noi del settore, non ha mai avuto a che fare con un “grande esperto”? La tradizione della nostra grande metallurgia italiana ne conosce a decine e decine, di questi operatori che il titolo nobiliare se lo sono guadagnato sul campo di battaglia e hanno sempre pronta una ‘mano santa’ per i problemi di ogni giorno.

Sanno cosa significa fucinare l’acciaio, ma lo sanno bene perché per migliaia di volte lo han fatto e fatto bene: arnesi da taglio, vanghe, picconi, accette e così via. Fateli parlare e vedrete che non è mai finita. E se si parla di tempra ti dicono, spiazzandoti “… tutto sta nel trovare la temperatura giusta, provando l’acciaio.”

Ma in effetti, perché temprare l’acciaio?

Il grande esperto ci suggerisce di metterci al lavoro su un campione, fino a capire qual è la giusta tempra per il suo uso. Semplice, efficace, più che giusto! E servirebbe a tutti noi crescere un po’ in esperienza, su questo trattamento in particolare.

Se ci lavoriamo, ogni giorno, abbiamo le idee molto chiare su cosa si ottiene trattando il nostro metallo con il calore. Con la tempra, infatti, ‘variano notevolmente le proprietà tecnologiche dell’acciaio’. Così recita ogni manuale e… beh, è un buon motivo per andare più a fondo. Ci sta un ripassino? Effettuando il trattamento di tempra, si assiste a:

• aumento della durezza in base al grado di carburazione dell’acciaio.
• aumento della resistenza a trazione di circa il 50 %.
• aumento del limite elastico di circa il 100 %.
• la grana si affina, si fa uniforme e compatta.
• diminuzione dell’allungamento, la malleabilità, la tenacità. Il metallo diviene duro ma vetrino.

Bellissimo scenario! Nel quale, però, non possiamo premetterci di ignorare i particolari… ogni tipo di acciaio richiede un diverso e particolare tipo di tempra, e ci torneremo sopra alla prima occasione buona. Per ora vorrei concentrarmi sul trattamento e sulle ‘magie’ che in esso prendono vita.

Il segreto della tempra perfetta: la martensite

Bisogna portare il metallo nel campo dove il ferro scioglie il carburo di ferro e forma con esso una vera soluzione solida, detta austenite, che raffreddata convenientemente, si trasforma in martensite.

Il trattamento di tempra comporta infatti un riscaldo di austenitizzazione, cui segue il raffreddamento del materiqale fino ad una temperatura inferiore al punto di trasformazione martensite/austenite.

È importante, evidentemente, che il raffreddamento sia abbastanza rapido da permettere la trasformazione in martensite, struttura dell’acciaio di elevata durezza e fragilità.

Per realizzare una ‘tempra perfetta’, cioè una struttura martensitica al 100%, è necessario che la velocità di raffreddamento sia superiore a quella critica tipica per ogni acciaio.

Due parole sull’ingegner Martens

Ingegnere e inventore tedesco, Adolf Karl Gottfried Martens (1850 – 1914) studiò costruzioni di macchine, fondò la scienza del controllo non distruttivo. Autore del manuale “Handbuch der Materialkundun”, è stato uno dei pionieri nell’uso del microscopio per la prova dei metalli e per definire la costituzione delle leghe metalliche ed è considerato uno dei padri della scienza dei materiali.

Costruì macchine prova materiali, misurando la durezza dei non-metalli, così come il punto di fiamma di liquidi infiammabili: gli indici di questi parametri sono noti come Martens e Pensky-Martens. Nell’anno 2003 si è arrivati alla definizione dello standard ISO della durezza è secondo lo sclerometro di Martens.

Due passaggi per arrivare ad avere la martensite

Quando si applica il raffreddamento rapido, essenzialmente sono due i fenomeni che si verificano:

1. l’imprigionamento degli atomi di carbonio nel reticolo a corpo centrato del ferro a, provocano tensioni interne che deformano il reticolo cristallino e creano un ostacolo allo scorrimento dei cristalli;
2. il conseguente aumento della resistenza a trazione e della durezza dell’acciaio.

Ed ecco, costituente ottenuto col raffreddamento rapido presenta una caratteristica struttura aghiforme, durissima e fragilissima: ti presento la martensite. E del resto, si definisce “tempra” proprio quel trattamento termico che permette di ottenere a freddo la struttura martensitica.

Formata in ciascun grano di austenite, la martensite è costituita da un aggregato di monocristalli tetragonali orientati, di preferenza secondo i piani dell’ottaedro austenitico originario. Ogni cristallo si forma quasi istantaneamente, in tempi di circa un centomillesimo di secondo.

Gli aghi che si vedono al microscopio sono generati dal sezionamento delle placchette di martensite durante la levigatura del provino.

Proprietà della martensite

Per composizione chimica, la martensite è uguale all’austenite da cui deriva, mentre la sua durezza dipende quasi esclusivamente dal tenore in carbonio. Vediamo brevemente quali caratteristiche le apprtengono:

• elevata durezza;
• elevata resistenza meccanica;
• bassissima resistenza agli urti;
• bassissima deformabilità.

È inoltre difficilmente attaccabile dai comuni reattivi metallografici, specie quando è fresca, ossia quando non ha subito neppure un leggero riscaldamento.

Per ‘SteelBetter’, temprare è non dover mai dire ‘mi dispiace’

Le “strutture martensitiche” sono abbastanza comuni: entrano in gioco anche quando si parla di bronzi, di alluminio, di leghe del titanio. E siccome la nostra specialità sono proprio i trattamenti termici, nessuno più di noi ha frequentemente a che fare con tempra e martensite.

Posso invitarti a conosceri più da vicino? Vieni a vedere in azienda come procediamo al “quenching”, una parola moderna che farebbe sorridere i nostri ‘vecchi esperti’, ma che voglio inserire qui per darti uj chiaro messaggio. Come hai visto da noi si tiene gran conto del passato, ma amiamo parlare e confrontarci con te alla luce della più moderna tecnologia.

Anche in un trattamento largamente conosciuto e che ‘in teoria’ può essere effettuato in tutta tranquillità si nascondono sempre insidie. Ne faccio presente una: la trasformazione austenite-martensite comporta un aumento di volume. Se questo non ha luogo simultaneamente in tutti i punti della sezione di un manufatto, ecco affacciarsi i pericoli di rotture in fase di tempra… prevenire è meglio che curare, questo lo direbbe anche il nostro vecchio, grande esperto immaginario.

Vediamoci! Basta una telefonata, anche solo un click!