La ricottura è un processo di trattamento termico in cui un metallo o una lega viene riscaldato a una temperatura appropriata, mantenuto a quella temperatura per un certo periodo e poi raffreddato lentamente, in genere nel forno. L'essenza della ricottura è quella di riscaldare l'acciaio per austenitizzarlo, seguito da una trasformazione perlitica, che si traduce in una microstruttura vicina all'equilibrio.
Obiettivi della ricottura:
Ridurre la durezza e aumentare la plasticità:Ciò rende il materiale più facile da lavorare e da lavorare a freddo.
Omogeneizzare la composizione e la struttura:In questo modo si affina la granulometria e si migliorano le proprietà del materiale, oppure si prepara la microstruttura per la tempra.
Alleviare le tensioni interne e l'incrudimento del lavoro:Ciò aiuta a prevenire deformazioni e crepe.
La ricottura e la normalizzazione sono principalmente utilizzate come trattamenti termici preparatori. Per parti con basso stress e modesti requisiti di prestazioni, la ricottura e la normalizzazione possono anche fungere da trattamento termico finale.
Classificazione dei metodi di ricottura
I metodi di ricottura comuni sono classificati in base alla temperatura di riscaldamento:
Ricottura sopra la temperatura critica (Ac1 o Ac3):Tra questi rientrano la ricottura completa, la ricottura per diffusione, la ricottura incompleta e la ricottura di sferoidizzazione.
Ricottura al di sotto della temperatura critica (Ac1 o Ac3):Tra questi rientrano la ricottura di ricristallizzazione e la ricottura di distensione.
Sette tipi di metodi di ricottura
Ricottura completa:
Processo:L'acciaio viene riscaldato a 20-30 gradi sopra Ac3, mantenuto a quella temperatura e poi raffreddato lentamente (solitamente nel forno) per ottenere una microstruttura vicina all'equilibrio (completamente austenitizzata).
Applicazioni:Utilizzato principalmente per acciai ipoeutettoidi (0.3-0.6% C), inclusi acciai al carbonio medio e getti, forgiati e sezioni laminate a caldo di acciai legati a basso-medio tenore di carbonio. A volte viene utilizzato anche per saldature. Gli acciai a basso tenore di carbonio, dopo la ricottura completa, possono avere una durezza troppo bassa per la lavorazione. Il riscaldamento degli acciai ipereutettoidi sopra Accm e il raffreddamento lento possono causare la precipitazione di Fe3CII lungo i bordi dei grani, riducendo significativamente la resistenza, la durezza, la plasticità e la tenacità, il che potrebbe portare a potenziali problemi nel trattamento termico finale.
Scopo:Per affinare la granulometria, omogeneizzare la struttura, alleviare lo stress interno, ridurre la durezza e migliorare la lavorabilità. La microstruttura dopo la ricottura completa per l'acciaio ipoeutettoidico è ferrite più perlite (F+P). In pratica, per migliorare la produttività, il raffreddamento può essere interrotto a circa 500 gradi e il materiale può essere raffreddato ad aria.
Ricottura isotermica:
Processo:Dopo l'austenitizzazione, l'acciaio viene rapidamente raffreddato a una temperatura appena al di sotto di Ar1 e mantenuto isotermico finché l'austenite non si trasforma in perlite, quindi raffreddato ad aria a temperatura ambiente. Questo metodo riduce significativamente il tempo di ricottura.
Applicazioni: Suitable for steels with stable austenite, such as high carbon steels (C > 0.6%), alloy tool steels, and high alloy steels (with total alloy content >10%). La ricottura isotermica è utile per ottenere una microstruttura e proprietà uniformi. Tuttavia, non è adatta per componenti in acciaio di grandi dimensioni o grandi lotti, poiché è difficile garantire condizioni isotermiche uniformi in tutto il processo.
Scopo:Simile alla ricottura completa, ma con trasformazioni più controllate.
Ricottura incompleta:
Processo:L'acciaio viene riscaldato a una temperatura compresa tra Ac1 e Ac3 (per gli acciai ipoeutettoidi) o tra Ac1 e Accm (per gli acciai ipereutettoidi), mantenuto e quindi raffreddato lentamente per ottenere una microstruttura prossima all'equilibrio.
Applicazioni:Utilizzato principalmente per acciai ipereutettoidi per ottenere una struttura perlitica sferoidale, che allevia lo stress interno, riduce la durezza e migliora la lavorabilità. La ricottura sferoidizzante è una forma di ricottura incompleta.
Ricottura sferoidizzante:
Processo:L'acciaio viene riscaldato a 20-30 gradi sopra Ac1 e mantenuto per un breve periodo, solitamente 2-4 ore, seguito dal raffreddamento in forno o da un mantenimento isotermico prolungato appena sotto Ar1.
Applicazioni:Principalmente per acciai eutettoidi e ipereutettoidi come acciai per utensili al carbonio, acciai per utensili legati e acciai per cuscinetti. Lo scopo è produrre una microstruttura in cui i carburi sono sferoidizzati, dando origine a perlite globulare. Questa struttura è più morbida e facile da lavorare e, durante la successiva tempra, la dimensione del grano austenitico rimane fine, riducendo la tendenza alla deformazione e alla criccatura. Se è presente una rete di carburi nell'acciaio ipereutettoide, la normalizzazione deve essere eseguita prima della sferoidizzazione per garantire una sferoidizzazione di successo.
Scopo:Per ridurre la durezza, omogeneizzare la struttura e migliorare la lavorabilità in preparazione alla tempra. I metodi di ricottura sferoidizzante includono:
Ricottura di sferoidizzazione singola:Riscaldare l'acciaio a 20-30 gradi sopra Ac1, mantenendolo per un periodo di tempo adeguato, quindi raffreddandolo lentamente in forno. La struttura iniziale dovrebbe essere perlite fine, senza reti di carburo presenti.
Ricottura di sferoidizzazione isotermica:Dopo il riscaldamento e la tenuta, l'acciaio viene raffreddato a una temperatura leggermente inferiore ad Ar1 per la tenuta isotermica. Una volta completato, l'acciaio viene raffreddato lentamente a circa 500 gradi, quindi raffreddato ad aria. Questo metodo presenta i vantaggi di un ciclo breve, una struttura sferoidizzata uniforme e una qualità controllabile.
Ricottura di sferoidizzazione ciclica.
Ricottura per diffusione (ricottura di omogeneizzazione):
Processo:Il lingotto, la fusione o il pezzo forgiato in acciaio vengono riscaldati a una temperatura leggermente inferiore al solidus e mantenuti a tale temperatura per un periodo prolungato, per poi essere raffreddati lentamente per eliminare la segregazione della composizione chimica.
Applicazioni:Utilizzato per acciai legati di alta qualità e getti o lingotti di acciaio legato con significativa segregazione. Dopo la ricottura per diffusione, è richiesta una ricottura completa o una normalizzazione per affinare la struttura.
Scopo:Per eliminare la segregazione dendritica e la segregazione regionale che si formano durante la solidificazione, ottenendo una composizione e una struttura uniformi.
Ricottura di distensione:
Processo:L'acciaio viene riscaldato a una temperatura inferiore ad Ac1 (generalmente 500-650 gradi), mantenuto e poi raffreddato lentamente nel forno.
Applicazioni:Poiché la temperatura è inferiore ad Ac1, questo metodo di ricottura non provoca modifiche microstrutturali.
Scopo:Per eliminare le tensioni interne residue.
Ricottura di ricristallizzazione:
Processo:Nota anche come ricottura intermedia, la ricottura di ricristallizzazione prevede il riscaldamento del metallo lavorato a freddo a una temperatura superiore alla temperatura di ricristallizzazione, il mantenimento di tale temperatura per un tempo adeguato e il successivo raffreddamento lento per alleviare l'incrudimento e le sollecitazioni residue.
Applicazioni:Questo processo viene utilizzato quando il metallo ha subito una significativa deformazione plastica a freddo e deve essere riscaldato oltre una certa temperatura per indurre la ricristallizzazione. La temperatura più bassa a cui avviene la ricristallizzazione è chiamata temperatura minima di ricristallizzazione, generalmente 0.4 volte il punto di fusione del materiale.
Scopo:Per eliminare l'incrudimento e le tensioni residue trasformando i grani deformati in grani equiassici uniformi.
Selezione dei metodi di ricottura
La scelta del metodo di ricottura segue generalmente questi principi:
Ricottura completa:Tipicamente selezionato per acciai ipoeutettoidi. Per ridurre il tempo di ricottura, può essere utilizzata la ricottura isotermica.
Ricottura sferoidizzante:Comunemente utilizzato per acciai ipereutettoidi. Se i requisiti non sono rigorosi, può essere selezionata la ricottura incompleta. Gli acciai per utensili e gli acciai per cuscinetti spesso subiscono una ricottura di sferoidizzazione. A volte, anche gli acciai a basso o medio tenore di carbonio per estrusione a freddo o stampaggio a freddo vengono sferoidizzati.
Ricottura di ricristallizzazione:Scelto per eliminare l'incrudimento del lavoro.
Ricottura di distensione:Selezionati per eliminare le tensioni interne causate dalle varie fasi di lavorazione.
Ricottura per diffusione:Spesso scelto per acciai legati di alta qualità e grandi fusioni di acciai legati per migliorare la microstruttura e l'uniformità chimica.
