Proprietà meccaniche e lavorabilità sempre al top
Dopo esser stato forgiato, laminato a caldo o fuso, può accadere che la microstruttura di un acciaio appaia disomogenea. Non solo: capita che vi si ritrovino componenti strutturali indesiderati, come ad esempio bainite e carburi.
Una microstruttura di questo tipo condiziona molto negativamente il materiale, ne compromette le proprietà meccaniche e la lavorabilità. A quel punto la qualità del materiale non può certo dirsi al top! Decisamente una brutta situazione!
Tornare, riportando nell’acciaio una microstruttura prevedibile e a proprietà meccaniche stabili è possibile? Certo che sì: il rimedio si trova in un processo ad hoc. Si tratta di un trattamento termico, la normalizzazione: anche in questo caso il calore ci viene in aiuto se dobbiamo ripristinare uno stato del metallo modificato dalla lavorazione.
La normalizzazione funziona così
Siamo partiti dai risultati perché davvero meritano di essere messi in luce: attraverso la normalizzazione, possiamo conferire all’acciaio le proprietà perdute durante forgiatura, laminatura e quant’altro. L’obiettivo principale della normalizzazione è in effetti affinare la grana cristallina dell’acciaio, uniformare la microstruttura e attenuare l’estensione di bande stratificate di fasi differenti.
Ma vediamo nel dettaglio cosa succede durante questo processo. Nel corso della normalizzazione, il metallo subisce un riscaldamento che lo porta ad una temperatura che supera di poco quella di austenizzazione (Ac3 + 50-70 °C). Il riscaldo è da condursi nel modo più omogeneo possibile e alla corretta temperatura di mantenimento è necessario sostare per circa un’ora per ogni pollice di sezione trasversale e comunque non meno di due ore. Così si formano nuovi grani austenitici, di misura molto minore dei precedenti grani ferritici.
Esaurita la fase di riscaldamento, che dura circa 15 minuti, e dopo una breve fase di mantenimento della temperatura, i particolari vengono raffreddati liberamente all’aria (gas). In questo passaggio si ha la formazione di nuovi grani ferritici con una dimensione dei grani ancora più fine. In alcuni casi, il riscaldamento e il raffreddamento avvengono sotto gas inerte per evitare l’ossidazione e la decarburazione. Il processo, come si può notare, è simile alla ricottura, se non che il raffreddamento si svolge in tempi più brevi.
Quando conviene effettuare la normalizzazione?
Alcuni materiali si prestano perfettamente a subire la normalizzazione e sono:
- gli acciai da costruzione ipoeutettoidi;
- la ghisa;
- alcune leghe di alluminio.
A questo proposito, va specificato che per acciai da usare a basse temperature conviene la doppia normalizzazione: una prima a più alta temperatura per meglio omogeneizzare, una seconda a più bassa temperatura per affinare il grano.
Per quanto concerne le tipologie, sono parecchie quelle cui si adatta il trattamento:
- semilavorati;
- ossitagliati;
- sagomati a freddo/caldo;
- fusioni;
- tubi;
- laminati;
- forgiati.
Se hai per le mani materiali come quelli che appaiono nell’elenco, la normalizzazione può certamente interessare. La si effettua di solito come ultima operazione, con lo scopo di contrastare e correggere l’eventuale surriscaldamento del grano. Ma si dimostra efficaceanche nell’annullare qualsiasi trattamento termico o meccanico (come, per esempio, tempra e incrudimento).
Vantaggi e svantaggi del trattamento di normalizzazione
Spesso richiesta la normalizzazione per particolari che devono esprimere in utilizzo buona resistenza meccanica ed elevata resistenza all’impatto.
Diversa dai processi con spegnimenti più drastici, la normalizzazione garantisce una lunga serie di vantaggi. Li riunisco per averli presenti in un solo colpo d’occhio:
- migliore stabilità dimensionale;
- migliorata (o comunque modificata) struttura del grano;
- microstruttura affinata ed omogeneizzata;
- anisotropia delle proprietà meccaniche minimizzata;
- bandeggiamenti e macrosegregazioni ridotte;
- migliore duttilità;
- migliore resistenza meccanica;
- miglior risposta ai trattamenti di cementazione e tempra, tanto massiva quanto a induzione.
Non manca, naturalmente qualche svantaggio. Tra i più comuni:
- la distorsione e/o deformazione dei particolari: si verifica specialmente su pezzi molto sottili o con pezzi con pareti sottili a fianco di pareti spesse.
Il fenomeno si associa spesso a - scorrimento ad alta temperatura dell’acciaio;
- rilascio di tensioni residue, presenti ancor prima del trattamento e/o indotte dal riscaldo o dal raffreddamento.
Questi eventi negativi possono essere evitati con il posizionare in modo corretto il particolare nel modo più adeguato possibile nel forno, ed evitando poi che sia riscaldato troppo in fretta o raffreddato troppo bruscamente.
Dalle parole ai fatti, la normalizzazione secondo SteelBetter!
Proviamo a riassumere la teoria e tutta la serie di nozioni esposte fin qui. I vantaggi della normalizzazione sembrano superare di gran lunga gli svantaggi. Quando si prospetta una situazione del genere, sembra di avere già la soluzione in mano e in effetti, da trattamentista, anche io affermo che nella normalizzazione c’è la risposta a molte criticità cui possono andar incontro alcuni materiali dopo alcune lavorazioni.
Ma, proprio perché abbiamo una certa esperienza come trattamentisti, vorremmo non cadere nel rischio di ‘piazzare’ il nostro lavoro descrivendolo come un rimedio universale che non delude mai. Il senso delle righe dedicate alla normalizzazione è tutto qui, nel voler informare più accuratamente possibile chi deve scegliere un trattamento. Non si può scegliere senza conoscere le diverse opzioni, ed è la fase in cui maggiormente vogliamo sostenere chi si rivolge a noi, per poi accompagnarlo nel percorso scelto.
Potremmo suggerire, ad esempio, da “consumati” trattamentisti quali siamo, che è preferibile in alcuni casi normalizzare nella parte più alta dell’intervallo di temperatura consentito. Ma in altri casi – ad esempio se il trattamento è da considerarsi come trattamento termico finale – conviene invece servirsi delle temperature più basse di quell’intervallo.
E ancora: se il particolare dev’essere sottoposto ad arricchimento meglio optare per temperature superiori di 10-25 °C a quelle di cementazione. Se, a seguito della normalizzazione, le sezioni trasversali sono molto consistenti, bisogna ridurre gli stress residui e controllare ancor più severamente le proprietà meccaniche. E se già siete in ballo, noi vi consigliamo di procedere con un rinvenimento: anche in questo, potete affidarvi tranquillamente a SteelBetter.
Il discorso è ben lontano dall’esaurirsi: mi limito a ricordare che, se nella ricottura le proprietà delle diverse sezioni sono piuttosto costanti, con la normalizzazione – a parità di materiale – da spessori differenti ottengo differenti risultati: i pezzi sottili raffreddano più velocemente e risultano più duri di quelli con sezioni più spesse. Ultimo, e non meno importante… la microstruttura dopo normalizzazione dipende dalla composizione dei getti e dal tasso di raffreddamento.
Direi che ce n’è abbastanza almeno per essere curiosi…. Eventuali svantaggi possono essere “presi con le molle” o addirittura annientati se si mettono in atto tutte le giuste precauzioni del caso, e io mi preoccupo di metterle in atto. Se ti interessa saperne di più, o approfondire qualche aspetto, sono sempre a disposizione. Contattami senza alcun impegno per esaminare ogni domanda o dubbio.