Trattamenti termici e superficiali sui materiali

Trattamento superficiale

I trattamenti termici sono operazioni che consentono di sottoporre le leghe al di sotto del punto di fusione a uno o più cicli termici, dal riscaldamento al raffreddamento, conferendo determinate proprietà ai materiali sottoposti al trattamento. Le proprietà  delle leghe che si ottengono con i trattamenti termici sono: la durezza, la resistenza alle sollecitazioni, la tenacità, la lavorabilità con utensili e la malleabilità. Principalmente i trattamenti termici sono composti da tre fasi: 1=fase di riscaldo: consiste nel riscaldare il pezzo nel forno in modo tale che il riscaldamento avvenga in modo uniforme, in tutti i punti del pezzo in modo lento da evitare le differenze di temperature tra l'interno e l'esterno con conseguente differente dilatazione causa di cricche; 2= permanenza a temperatura di regime: la temperatura di regime e la permanenza a tale temperatura devono essere scelte accuratamente perché fondamentali nella riuscita del trattamento e dipende dalla grandezza del pezzo e dal tipo di materiale e dello scopo del trattamento; 3= fase di raffreddamento: consiste nel riportare a temperatura ambiente il pezzo riscaldato e può essere lento, di qualche decina di gradi l'ora, a rapido di qualche centinaia di gradi al secondo. Ogni valore della velocità di raffreddamento  conferisce all'acciaio una diversa struttura quindi proprietà diverse.
=Andamento della temperatura del pezzo al passare del tempo: In orizzontale è rappresentata la durata del trattamento termico; in verticale la temperatura del pezzo. Se il raffreddamento è rapido il tratto BC è breve, se è lento il tratto si allungherà di conseguenza. Gli errori di raffreddamento sono causa di cricche, deformazioni e rotture del pezzo sottoposto a al trattamento termico. Il controllo verrà eseguito dal laboratorio tecnologico con controllo non distruttivo ad  ultrasuoni.
Metodi di controllo non distruttivi eseguiti dal un laboratorio tecnologico
 
Ultrasuoni
Raggi X
Correnti indotte
Magnetoscopia
Liquidi penetranti
Tempo ad ottenere il risultato
immediato
medio
immediato
basso
basso
Effetto delle geometria
importante
importante
importante
non molto importante
non molto importante
Problemi di accessibilità
importante
importante
importante
importante
importante
Difetti rilevabili
interni
interni e superficiali
superficiali e sub
superficiali e sub
superficiali
Sensibilità
alta
media
alta
bassa
bassa
Automatizzazione
si
con difficoltà
si
quasi nulla
quasi nulla
Dipendenza dal materiale
alta
media
alta
solo ferromagnetici
bassa
Abilità dell'operatore
alta
alta
media
bassa
bassa
Portabilità
alta
bassa
medio-alta
medio-alta
alta

Principali trattamenti termici sono: Tempra= consiste nel riscaldare il pezzo a una temperatura  detta di tempra e quindi nel raffreddarlo rapidamente per immersione in un fluido. Questo trattamento aumenta la resistenza alla rottura e la durezza, diminuisce l'allungamento percentuale e la resilienza. Rinvenimento= con una temperatura inferiore a quella della tempra e il raffreddamento può essere più o meno lento. Diminuisce la resistenza alla rottura e la durezza, aumenta la resilienza e l'allungamento percentuale. Viene applicato sia sugli sbozzi che sui pezzi lavorati, prima delle operazioni di rettifica.  Bonifica= consiste nel trattamento di tempra seguito dal trattamento di rinvenimento. La bonifica aumenta resistenza e durezza e mantiene una buona resilienza. Ricottura=  consiste nel riscaldare il pezzo a una temperatura di poco superiore alla tempra e nel lasciarlo raffreddare lentamente. Questo trattamento diminuisce la resistenza alla rottura e la durezza e aumenta l'allungamento percentuale, la resilienza e la lavorabilità, inoltre  la ricottura sopprime gli effetti della tempra, l'incrudimento e le tensioni interne. Normalizzazione= consiste nel riscaldare il pezzo a una temperatura un po' più elevata di quella della tempra e nel raffreddarlo in atmosfera tranquilla. Il trattamento rende omogenea la struttura dell'acciaio ed elimina le tensioni interne, accresce la resilienza e aumenta leggermente la durezza per gli acciai ad alto tenore di carbonio. Cementazione= riscaldamento del pezzo a 900º circa a contatto con elementi ricchi di carbonio. Viene applicato negli acciai dolci. Lo strato esterno dei pezzi sarà trasformato in acciaio duro per uno spessore di 1 mm, e può essere temprato acquistando una grande durezza, l'interno rimarrà un acciaio dolce  con grande resilienza. Nitrurazione= consiste nel riscaldare i pezzi ad una temperatura di 500º centigradi esponendoli a una corrente di un prodotto azotato (ammoniaca) e mantenendo il trattamento per un tempo molto lungo. Viene applicato nelle leghe d'acciaio con alluminio, nichel e molibdeno, etc. Il trattamento aumenta notevolmente la durezza e diminuisce la resilienza limitatamente allo strato superficiale di qualche decimo di millimetro. Cianurazione= pezzi immersi o cosparsi di cianuro di potassio e riscaldato ad una temperatura di 800º. Si mantengono nel bagno liquido per 10-15 minuti e quindi si raffreddano velocemente. Questo trattamento vene eseguito negli acciai a basso tenore di carbonio, aumenta la durezza del materiale per una profondità di qualche centesimo di millimetro.

Modificazioni apportate dal trattamento di tempra negli acciai dolci e semiduri
tipo di acciaio
stato
R (Kg/mm²)
HB
A%
K (Kg/cm²)
Acciaio dolce
(C da 0,10 a 0,14%
naturale
37
108
38
32
temprato ad acqua
50
146
32
34
Acciaio semiduro
(C da 0,4 a 0,5%)
naturale
65
190
18
11
temprato ad acqua
190
560
2
1
R= resistenza a trazione;  HB= durezza Brinell;  A%= allungamento percentuale;  K= resilienza
Trattamento superficiale= Un'importanza particolare su pezzi finiti è il trattamento superficiale, eseguito da ditte o centri specializzati. Sono numerosi i metodi e gli elementi utilizzati per rendere i pezzi più resistenti... alla corrosione o rendere le superfici  meno rugose ed altri motivi utili al miglioramento della qualità del prodotto. I più noti sono la Cromatura dura= Il trattamento di cromatura dura è utilizzato per conferire spessore ad un particolare meccanico usurato dallo sfregamento o per dare ai particolari meccanici prodotti un’elevata durezza superficiale e capacità di resistenza all’usura o alla corrosione. La cromatura dura dei particolari meccanici prodotti garantisce infatti un’elevata riduzione della corrosione e la possibilità di eseguire lavorazioni di rettifica su ogni particolare. E’ un tipo di trattamento molto utilizzato e importante nell’industria meccanica di precisione. Nelle lavorazione su macchine utensili va considerato lo spessore riportato dalla cromatura. La Zincatura= Il trattamento di zincatura elettrolitica si esegue immergendo i metalli in un bagno elettrolitico. Attraverso l’esecuzione del trattamento di zincatura elettrolitica, è possibile ottenere un deposito di zinco puro ed uniforme: questo alto livello di uniformità è ideale per i piccoli particolari meccanici di precisione, la piccola e media carpenteria in ferro e particolari di minuteria. Il trattamento di zincatura elettrolitica aumenta i livelli di resistenza alla corrosione. Ringhiere per terrazzi sono un esempio di materiale trattato con la zincatura. La Satinatura chimica= oggetti satinati si trovano un po' ovunque ma non tutti sanno che: Il trattamento di satinatura chimica consente di rendere opache le superfici metalliche trattate, di eliminare i contaminanti di superficie, di camuffare ed eliminare i difetti della superficie metallica, come graffiature o righe, al fine di ottenere superfici più uniformi. Brunitura a caldo e a freddo=La brunitura dei metalli è particolarmente diffusa nel settore della meccanica di precisione. La brunitura a freddo o a caldo dei metalli consente di colorare di nero ogni particolare meccanico, non solo per motivi estetici ma per favorire in modo determinante la sua resistenza alla corrosione. La brunitura a freddo o a caldo, grazie agli effetti di rifinitura, consente infatti di proteggere ogni tipo di metallo sottoposto a trattamento superficiale, senza tuttavia cambiare le dimensioni dei pezzi meccanici in questione.  Altri trattamento sono: Cadmiatura= consiste nel rivestimento dei metalli con uno strato sottile protettivo di cadmio, attraverso bagno elettrolitico o sistema a spruzzo oppure con immersione in lega cadmio-zinco. Questo tipo di trattamento è particolarmente indicato per proteggere le parti più delicate dalla corrosione. La cadmiatura consente infatti ai particolari meccanici più delicati di resistere alla corrosione e agli agenti atmosferici o chimici. Il cadmio può essere anche lucidato come l’argento. Per macchine destinate ad atmosfere aggressive a causa di salsedini, piogge acide industriali, al fine di combattere la corrosione e garantire una maggiore integrità dei metalli nel tempo. Fosfatazione= trattamento di protezione dei metalli tramite il rivestimento con uno strato sottile di fosfato. Per questo motivo, nelle lavorazioni meccaniche andranno considerati questi strati sottili, pertanto, ad esempio: i fori calibrati andranno aumentati di qualche micron per poi essere portati a misura con la fosfatazione. In questo modo viene alterata la superficie del particolare meccanico, al fine di favorire la resistenza alla corrosione e la maggiore adesione della verniciatura. Il trattamento di fosfatazione viene impiegato su diversi tipi di metalli, ferro e leghe ferrose. La fosfatazione può essere considerata come la tecnica che permette la massima resistenza alla corrosione ed è ampiamente usata nell’industria automobilistica o armiera. Se eseguita bene i pezzi non dovrebbero sporcare di nero le mani quando vengono manipolati. Nichelatura chimica e elettrolitica= La nichelatura elettrolitica così come la nichelatura chimica, è utilizzata per cambiare la superficie dei materiali trattati e migliorarli in termini di durezza, resistenza alla corrosione, uniformità. Mentre la nichelatura chimica può essere eseguita su metalli, vetro e plastica e altri, il trattamento di nichelatura elettrolitica si applica solo ai metalli con l’utilizzo di bagni specifici per immersione del metallo e la corrente elettrica. Questo tipo di nichelatura è infatti ideale per la protezione di ogni tipo di metallo, come rame, ferro e diverse leghe metalliche. I trattamenti di nichelatura si suddividono poi in: nichelatura opaca, nichelatura lucida, nichelatura nera, nichelatura satinata. Ossidazione anodica= L’ossidazione anodica è un processo elettro-chimico che consiste nella deposito di uno strato protettivo di ossido di alluminio sulla superficie della parte in alluminio trattata. L’ossidazione anodica può essere di tipo naturale o dura. Questo tipo di trattamento superficiale dei metalli consente di proteggerli dagli effetti della corrosione. La qualità ed il livello di protezione dei rivestimenti possono essere inoltre incrementati attraverso il processo elettrolitico di ossidazione anodica o anodizzazione che consiste nell’incremento dello spessore dello strato di ossido protettivo. Utilizzato nella meccanica di precisione nel settore aerospaziale, elettronico, aeronautico, nel settore automobilistico, farmaceutico, tessile, ciclistico e molti altri. L’ossidazione anodica dura consente di conferire all’alluminio e alle leghe leggere una maggiore resistenza all’usura e all’abrasione aumentandone la durezza. Nell’esecuzione dell’ossidazione anodica dura, lo spessore minimo deve essere di almeno 25 – 30 micron e lo spessore ottimale corrisponde a 40 – 50 micron in base al tipo di lega trattata. Altri trattamenti superficiali sono la verniciatura, la deidrogenazione, la lucidatura elettrolitica o meccanica e il Cheniflon= serve a combattere i problemi di corrosione ed attrito dei metalli. Questo tipo di trattamento serve per migliorare il livello di antiaderenza, scorrevolezza ed autolubrificazione delle superfici metalliche. Il Cheniflon garantisce l’uniformità delle superfici trattate e resiste in particolar modo all’usura e agli sbalzi termici. E' utilizzato per ghisa, acciai legati, inox, ottone e bronzo e leghe alluminio. Per questi motivi, il trattamento cheniflon viene impiegato in diversi settori come il settore automobilistico, il settore della meccanica e della meccanica di precisione, il settore navale, aerospaziale, aeronautico.