Trattamenti termici per parti lavorate a CNC

I trattamenti termici sono spesso utilizzati in coordinamento con la lavorazione CNC durante il processo di produzione per migliorare alcune proprietà dei materiali in lega metallica, come la resistenza, la durezza o la lavorabilità. I trattamenti termici determinano queste variazioni di proprietà nelle leghe modificando le caratteristiche microstrutturali e chimiche del materiale.

I trattamenti termici utilizzano un processo in cui le leghe metalliche vengono riscaldate a temperature molto elevate e successivamente raffreddate in condizioni specifiche. La temperatura specifica utilizzata durante il riscaldamento, la durata del riscaldamento e il metodo di raffreddamento svolgono un ruolo importante nel determinare le proprietà finali del materiale dopo il trattamento termico.

 

• Ricottura, rinvenimento e distensione

La ricottura, il rinvenimento e la distensione utilizzano temperature elevate per riscaldare le leghe metalliche, che vengono poi raffreddate a velocità molto bassa. Questi tre processi utilizzano temperature diverse durante la fase di riscaldamento e un ordine diverso nel processo di produzione:

- Nella ricottura, la microstruttura desiderata viene realizzata riscaldando la lega a una temperatura estremamente elevata e poi raffreddandola lentamente. In generale, la ricottura viene effettuata dopo la formatura e prima di qualsiasi altra lavorazione, come il rammollimento o l'aumento della lavorabilità. Nella maggior parte dei casi, se non viene specificato un determinato tipo di trattamento termico, i pezzi lavorati CNC avranno proprietà coerenti con la ricottura.

- Il rinvenimento riscalda i pezzi a temperature inferiori rispetto alla ricottura. In genere, il rinvenimento viene eseguito dopo un altro tipo di trattamento termico chiamato tempra, di cui parleremo nella prossima sezione. Il rinvenimento viene effettuato dopo la tempra degli acciai dolci (A36 e 1045) e degli acciai legati (4240 e 4140) per migliorarne le proprietà meccaniche e ridurne la fragilità.

- La distensione riscalda i pezzi a temperature inferiori rispetto alla ricottura e questo trattamento termico viene solitamente eseguito dopo la lavorazione CNC per eliminare le tensioni dal processo di produzione. Di conseguenza, le proprietà meccaniche dei pezzi risultano più omogenee.

• Tempra

Nella tempra, il metallo viene riscaldato in modo estremamente elevato e poi raffreddato molto rapidamente mediante immersione in acqua o olio o l'applicazione di aria fredda. Questo raffreddamento rapido aiuta a solidificare i cambiamenti microstrutturali avvenuti durante il riscaldamento. Il risultato finale è un pezzo con un elevato grado di durezza.

Nella maggior parte dei casi i pezzi vengono temprati dopo la lavorazione CNC perché la durezza risultante renderebbe il metallo troppo difficile da lavorare. Ad esempio, gli acciai per utensili vengono temprati dopo la lavorazione perché, grazie al trattamento termico, diventano molto duri e resistenti. Inoltre, un trattamento di rinvenimento, come descritto in precedenza, può essere utilizzato successivamente per offrire un certo grado di controllo sul livello di durezza. Il rinvenimento può prolungare la vita utile del pezzo perché riduce il grado di fragilità.

• Tempra per precipitazione

La tempra per precipitazione, nota anche come "invecchiamento", prevede l'applicazione di un calore elevato al materiale, il successivo spegnimento e il riscaldamento del materiale a una temperatura inferiore per un periodo di tempo prolungato. La tempra per precipitazione è notevole perché gli elementi discreti della lega si dissolvono e si distribuiscono in modo uniforme nella matrice metallica.

La tempra per precipitazione provoca un aumento sostanziale della durezza e della resistenza della lega. È importante tenere presente che non tutte le leghe possono essere trattate termicamente con un processo di invecchiamento. I metalli che lo possono fare sono chiamati "superleghe" perché vengono utilizzati in applicazioni ad alte prestazioni.

• Cementazione e Carburazione

La cementazione si riferisce a un gruppo distinto di trattamenti termici destinati a parti che richiedono un alto grado di durezza superficiale, pur mantenendo un interno morbido. La cementazione è in contrasto con la tempra, che aumenta la durezza sia sulla superficie che all'interno del pezzo. Il tipo più comune di processo di cementazione è la carburazione.

La cementazione riscalda gli acciai dolci in un ambiente ricco di carbonio e poi li tempra per solidificare il carbonio nella matrice metallica. Il risultato è un aumento della durezza superficiale degli acciai, simile all'anodizzazione dei pezzi in alluminio CNC.

 

I materiali in lega metallica possono essere sottoposti a diversi trattamenti termici in vari momenti del processo di produzione. Quando si tratta di pezzi lavorati a CNC, i trattamenti termici possono essere effettuati prima o dopo la lavorazione CNC, come segue:

• Se la lega metallica utilizzata è facilmente reperibile, l'azienda di lavorazione CNC utilizzerà materiale a stock già trattato termicamente prima della lavorazione. Questo metodo è vantaggioso perché è il più rapido e, quindi, riduce i tempi di realizzazione del progetto.
• Poiché alcuni trattamenti termici aumentano drasticamente la durezza del materiale, vengono effettuati dopo la lavorazione, altrimenti la lavorabilità è troppo difficile. Un esempio comune è quello dei pezzi in acciaio per utensili, per i quali il trattamento termico viene eseguito dopo la lavorazione CNC. Inoltre, se un trattamento termico viene utilizzato come metodo di post-lavorazione, esso avverrà naturalmente dopo la lavorazione CNC.