Tempra e rinvenimento mediante induzione
Che cos’è l’hardening?
La tempra può essere definita semplicemente come qualsiasi processo mediante il quale si aumenta la durezza di un materiale e se ne riduce la duttilità. Questo processo viene impiegato per rinforzare le superfici soggette a forte usura e per migliorare la durata complessiva dei componenti. Sebbene esistano vari metodi di tempra, ciascuno dei quali è più o meno adatto a seconda del materiale, la tecnologia a induzione viene spesso applicata in uno specifico processo di tempra noto come tempra e rinvenimento.
Che cos’è la tempra e il rinvenimento?
La tempra e il rinvenimento costituiscono un processo di indurimento applicabile esclusivamente all’acciaio a medio-alto tenore di carbonio. Inizialmente, l’acciaio viene riscaldato a una temperatura sufficientemente elevata, provocando una trasformazione della struttura cristallina da ferrite ad austenite. In questo stato modificato, l’acciaio è in grado di assorbire una quantità di carbonio superiore rispetto alle condizioni normali. Successivamente, l’acciaio viene raffreddato rapidamente utilizzando acqua, olio o una soluzione di acqua e polimeri in un impianto a induzione. Questo raffreddamento rapido impedisce la formazione di precipitati di carbonio che potrebbero compromettere la durezza finale dell’acciaio.
Man mano che l'acciaio si raffredda raggiungendo una temperatura più bassa, tende a tornare al suo stato originario a bassa temperatura. Tuttavia, avendo assorbito una quantità di carbonio superiore a quella che il suo stato originario è in grado di contenere, l'acciaio si trasforma in una struttura cristallina distinta nota come martensite. La martensite è eccezionalmente dura a causa delle sue strutture cristalline distorte e dell'elevata saturazione di carbonio. Sebbene a questo punto l'acciaio raggiunga un'elevata durezza, diventa anche piuttosto fragile.
Il rinvenimento è la fase successiva, che prevede il riscaldamento dell’acciaio a una temperatura inferiore per ridurne leggermente la durezza e, di conseguenza, la fragilità. La temperatura specifica per il rinvenimento dipende dal livello di durezza desiderato. Una volta raggiunta la durezza desiderata, l’acciaio viene sottoposto a un altro processo di tempra per impedire che il calore residuo provochi un ulteriore rinvenimento.
Tempratura e rinvenimento con induzione
La tecnologia a induzione viene impiegata prevalentemente nei processi di tempra e rinvenimento, dove offre notevoli vantaggi. Il raggiungimento del profilo di durezza desiderato in questo processo richiede un'eccezionale precisione sia nel riscaldamento che nella tempra dell'acciaio. Anche lievi variazioni, come un riscaldamento troppo prolungato o una tempra a una temperatura errata, possono portare a notevoli differenze da un pezzo all'altro. Pertanto, mantenere un controllo preciso sul processo diventa fondamentale, e la tecnologia a induzione si distingue per offrire un controllo superiore rispetto ad altri metodi di riscaldamento.
La movimentazione e il fissaggio automatici dei componenti per il riscaldamento e la tempra contribuiscono a garantire elevati ritmi di produzione e risultati costanti su una vasta gamma di pezzi. L’induzione si distingue come il metodo più veloce per la tempra e il trattamento termico, garantendo una distorsione minima, l’assenza di decarburazione superficiale, una microstruttura a grana fine e profili di durezza meticolosamente controllati. Per qualsiasi impianto che miri a portare la produzione a un livello superiore, l’induzione si rivela la soluzione ideale.
Cementazione per induzione
La cementazione selettiva a induzione può migliorare le prestazioni dei componenti conferendo loro proprietà meccaniche ibride: durezza dove necessario sulle superfici soggette a usura e duttilità nel nucleo, per garantire resistenza agli urti.
La tempra a induzione selettiva consente di agire in modo mirato e di applicare rapidamente il calore a un'area localizzata di un componente. Di conseguenza, sul componente si forma uno strato, o "cavità", di materiale temprato. Questa tecnica è ideale per i componenti sottoposti a forti sollecitazioni durante il funzionamento e che richiedono una combinazione di proprietà meccaniche, ad esempio un elevato limite di snervamento, resistenza alla fatica e resistenza all'usura allo stesso tempo.
Il profilo di durezza può essere controllato con precisione regolando opportunamente la frequenza utilizzata, la geometria della bobina di induzione, il livello di potenza e la posizione del pezzo all’interno della bobina. Il profilo di durezza rimane altamente uniforme da un pezzo all’altro grazie alla precisione all’avanguardia dei sistemi Radyne. La rotazione durante il riscaldamento garantisce un rivestimento uniforme.
Tempra a induzione progressiva | Scansione a induzione
Spesso i componenti richiedono un indurimento superficiale in aree specifiche per garantire prestazioni ottimali e una lunga durata. L'indurimento a induzione, che prevede un riscaldamento progressivo e una tempra, rappresenta un metodo economico per il trattamento di alberi o altri componenti.
Facciendo passare progressivamente un albero in acciaio attraverso una bobina di riscaldamento e poi in un bagno di tempra ad acqua, è possibile riscaldare, tempra e indurire lo strato esterno senza intaccarne il nucleo. Quando è richiesto uno strato superficiale completamente uniforme, è spesso necessario ruotare l’albero. La bobina e il relativo bagno di tempra ad acqua formano solitamente un’unica unità, poiché la posizione del bagno di tempra rispetto all’induttore è molto importante. L’acqua viene spesso convogliata attraverso la bobina stessa, come illustrato. Il passaggio controllato degli alberi attraverso la bobina di induzione e l’anello di tempra durante la rotazione consente di ottenere profondità di tempra controllate su lunghezze regolabili degli alberi, il tutto in un ciclo automatizzato.
Il controllo della profondità di tempra dipende dalla potenza erogata dal generatore e dalla velocità di discesa dell’albero attraverso la bobina di induzione, mentre la lunghezza della sezione temprata è controllata da un pirometro regolato in base alle specifiche. Una volta individuati la profondità di tempra e i profili di durezza desiderati tramite l’adeguamento dei parametri dell’apparecchiatura, tali impostazioni possono essere mantenute costanti per garantire un processo ripetibile su ogni pezzo.
Sebbene l'applicazione descritta riguardi l'indurimento superficiale, essa è adattabile anche ad altre operazioni di trattamento termico che richiedono un riscaldamento progressivo, come la ricottura e il rinvenimento.