Deformazioni nei trattamenti termici

Uno dei principali problemi per i trattamentisti sono le deformazioni dopo l’intero processo termico.

Come si dice di solito, i casi pratici molto spesso non trovano riscontro nella teoria, questo semplicemente per la difficoltà di individuare le diverse variabili fisiche che influiscono in modo critico sul risultato finale.

Come partenza, bisogna distinguere le deformazioni in due tipi:

– Variazioni dimensionali: contrazioni e dilatazioni dovute ai cambiamenti strutturali durante il trattamento, che possono quindi aumentare o diminuire il volume del pezzo, senza però modificarne la geometria (variazione isotrope). Questo tipo di variazione avviene molto raramente, per il fatto che i materiali sono generalmente eterogenei e il loro comportamento è anisotropo.
– Variazioni di forma o distorsioni: queste dipendono dalle variazioni di volume anisotrope, ma sopratutto alle deformazioni elastiche/plastiche generate dalle tensione interne. Dipendono, in grande misura, dai gradienti termici fra le diverse zone dei pezzi nelle fasi di riscaldamento e di raffreddamento.

Le diverse teorie riguardo alle deformazioni non possono prevedere, né l’aumento di volume né la variazione di forma, ma possono spiegarne la loro natura, per poterle minimizzare è quindi necessario essere in grado di controllare e definire parametri di processo diversi, in funzione delle diverse tipologie di pezzo da trattare.

La differenza di temperatura fra il cuore e la superficie dei pezzi nelle fasi di riscaldamento e raffreddamento, provoca delle tensioni interne che, nella maggioranza dei casi, superano il limite di snervamento del materiale ad alte temperature. Quando questo accade, il materiale subisce delle variazioni di forma oltre alle inerenti variazioni dimensionali provocate dal cambio strutturale nella fase di austenitizzazione e tempra.

In prima istanza il sovrametallo necessario per le lavorazioni meccaniche deve essere superiore al minimo delle variazioni dimensionali provocate per il cambio strutturale, che per il caso teorico di una variazione isotropa, è intorno all’1% del volume ed allo 0,3% delle misure lineari. Nei casi dove si riscontra una percentuale di austenite residua, la deformazione volumetrica decresce in modo direttamente proporzionale alla quantità di austenite, e in alcuni casi dove l’austenite residua è molto alta, come può accadere negli acciai da utensili con alto tenore di carbonio, si può arrivare addirittura ad una contrazione di volume.

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Il diagramma causa-effetto sopra riportato, aiuta a capire quanti altri parametri influenzano la buona riuscita dell’intero processo, dove il trattamento termico, pur essendo il processo che evidenzia maggiormente eventuali deformazioni, in realtà non è l’unico responsabile.

Bibliografia e referenze:

[1] ASM Metals HandBook Volume 04 – Heat Treating

[2] I criteri di scelta e di trattamento degli acciai da costruzione e da utensili Volume 1 – metallurgia di base – Cibaldi Dr. Cesare

[3] Analisi delle problematiche relative alle deformazioni dei particolari meccanici costruiti in acciaio 18NiCrMo5 sottoposti a trattamento termochimico di carbocementazione – OMME snc