Tempra e temprabilità dell'acciaio
- Tempra
La temprabilità si riferisce alla proprietà intrinseca di un grado di acciaio di ottenere la profondità dello strato temprato (strato di martensite) durante la tempra in condizioni specifiche.
Se un pezzo di acciaio può essere completamente temprato è correlato alla velocità di raffreddamento critica (vk) dell'acciaio durante la tempra.
Indicatore di misurazione: Espressa dalla profondità dello strato temprato efficace raggiungibile quando un provino standard viene temprato in determinate condizioni.
Profondità dello strato temprato: Si riferisce alla distanza dalla superficie di un pezzo di acciaio alla posizione in cui la struttura martensitica rappresenta il 50% internamente. Maggiore è la profondità dello strato temprato, maggiore è la temprabilità; quando la profondità dello strato temprato raggiunge il nucleo, il pezzo viene completamente temprato.
2. Influenza della temprabilità sulle proprietà meccaniche dell'acciaio
La temprabilità ha un impatto significativo sulle proprietà meccaniche dell'acciaio. Se un pezzo viene completamente temprato, le sue proprietà superficiali sono uniformi e coerenti, consentendo di sfruttare appieno il potenziale delle proprietà meccaniche dell'acciaio. Se non completamente temprato, ci saranno differenze nelle proprietà superficiali; soprattutto dopo la tempra ad alta temperatura, la tenacità del nucleo sarà inferiore a quella dello strato superficiale.
Nelle stesse condizioni di austenitizzazione, la temprabilità dello stesso tipo di acciaio è identica.
Per la profondità dello strato temprato: tempra in acqua > tempra in olio; pezzi piccoli > pezzi grandi.
3. Fattori che influenzano la temprabilità
La temprabilità è una proprietà intrinseca dell'acciaio, indipendente dalle condizioni esterne dell'acciaio (come forma, dimensione, superficie e mezzo di raffreddamento), ma strettamente correlata alla sua velocità di raffreddamento critica. Minore è la velocità di raffreddamento critica, maggiore è la temprabilità dell'acciaio.
Tutti i fattori che influenzano la velocità di raffreddamento critica (o la posizione della curva C) — come la composizione chimica, la temperatura di tempra e il tempo di mantenimento — influenzeranno la temprabilità.
1）Composizione chimica
- Contenuto di carbonio: Tra acciaio ipoeutettoide, acciaio eutettoide e acciaio ipereutettoide, l'acciaio eutettoide ha la velocità di raffreddamento critica più piccola e la temprabilità più alta tra gli acciai al carbonio. La temprabilità dell'acciaio ipoeutettoide aumenta con l'aumento del contenuto di carbonio. Nell'intervallo di temperatura di riscaldamento di tempra normale, la temprabilità dell'acciaio ipereutettoide diminuisce all'aumentare del contenuto di carbonio.
- Elementi di lega: Tutti gli elementi di lega tranne il cobalto spostano la curva C verso destra, riducono la velocità di raffreddamento critica e migliorano la temprabilità.
2）Temperatura di tempra e tempo di mantenimento
Aumentare la temperatura di riscaldamento e prolungare il tempo di mantenimento può migliorare adeguatamente la temprabilità dell'acciaio. Tuttavia, questo metodo causerà un ingrossamento del grano, quindi generalmente non viene adottato.
4. Determinazione della temprabilità: prova di tempra finale (prova di tempra finale Jominy)
5. Applicazioni della temprabilità
1）Stima della profondità dello strato temprato
Durante la progettazione dei pezzi, la curva di temprabilità nota può essere utilizzata per stimare la profondità dello strato temprato efficace del pezzo.
2）Selezione del materiale in base alla profondità dello strato temprato
La profondità dello strato temprato efficace ha un impatto significativo sulle proprietà meccaniche del pezzo.
Quando il pezzo è completamente temprato, è possibile ottenere una struttura uniformemente distribuita lungo l'intera sezione trasversale dopo la tempra e anche le sue proprietà meccaniche sono coerenti.
Quando non è completamente temprato, le proprietà meccaniche del nucleo del pezzo sono inferiori a quelle dello strato temprato superficiale.
Quando la sollecitazione del pezzo è distribuita uniformemente lungo la sezione trasversale e le proprietà meccaniche sulla sezione trasversale sono coerenti, è necessario selezionare acciaio con elevata temprabilità.
Per i pezzi soggetti a carichi di flessione o torsione (come alberi), la sollecitazione superficiale è la più alta mentre la sollecitazione del nucleo è molto bassa, quindi è necessario selezionare acciaio con scarsa temprabilità.
Nelle stesse condizioni di austenitizzazione, la temprabilità dello stesso tipo di acciaio è identica.
*Durezza dopo la tempra (Temprabilità per la massima durezza)
In normali condizioni di tempra, si riferisce alla massima durezza raggiungibile ottenendo una struttura martensitica. Il suo principale fattore di influenza dipende dal contenuto di carbonio nella martensite e ha poco a che fare con gli elementi di lega. Maggiore è il contenuto di carbonio, maggiore è la durezza dopo la tempra.
Ad esempio, l'acciaio legato a basso tenore di carbonio ha una buona temprabilità ma una bassa durezza dopo la tempra. Un altro esempio è l'acciaio per utensili ad alto tenore di carbonio, che ha una scarsa temprabilità ma un'elevata durezza dopo la tempra.
Tipicamente, l'acciaio legato a medio tenore di carbonio 40Cr e l'acciaio al carbonio 45 vengono utilizzati per il confronto. Il primo contiene l'elemento di lega cromo, quindi la sua temprabilità è superiore a quella del secondo; tuttavia, il suo contenuto di carbonio è inferiore a quello del secondo, con conseguente durezza leggermente inferiore dopo la tempra.
Nota: l'acciaio con elevata temprabilità non ha necessariamente un'elevata durezza dopo la tempra e viceversa.
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