Deformazione nel trattamento termico: distensione, sovrametallo e strategia dei riferimenti

Nessuno si sorprende che un pezzo si muova durante il trattamento termico. Ciò che sorprende è quanta parte del costo finale sia determinata da decisioni prese prima che entri in forno.

Sono tre: quanto materiale si lascia, se si fa una distensione e da quali superfici si intende riposizionare il pezzo in seguito.

Da dove viene il movimento

Due meccanismi, che vale la pena separare perché i rimedi sono diversi.

La variazione di volume dovuta alla trasformazione di fase. L’austenite diventa martensite, e la martensite occupa più volume. Ogni pezzo cresce. In un acciaio da utensili tipico è dell’ordine di 0.1-0.2% lineare, modificato dalla quantità di austenite residua e dal rinvenimento. È nel complesso uniforme e nel complesso prevedibile: si può pianificare.

La distorsione dovuta ai gradienti termici e alle tensioni residue. Il pezzo si scalda e si raffredda in modo non uniforme, sezioni diverse si trasformano in momenti diversi, e le tensioni residue rimaste intrappolate dalla laminazione, dalla forgiatura o dalla sgrossatura si rilasciano. Questa non è uniforme e non è prevedibile nel dettaglio. È quella che trasforma una piastra in una patatina.

È la seconda che la distensione aggredisce.

La distensione, e perché la sgrossatura è l’innesco

Un blocco laminato o forgiato arriva con tensioni interne. La sgrossatura asporta materiale in modo asimmetrico, il che squilibra quelle tensioni, e il blocco si muove, a volte subito, a volte in forno.

La sequenza standard per un pezzo temprato a cuore:

1. Sgrossatura, lasciando un sovrametallo generoso, tipicamente 2-3 mm per lato su un blocco grande.
2. Distensione. Riscaldare a 600-675 °C, mantenere circa un’ora ogni 25 mm di sezione, raffreddare lentamente. Il pezzo si muove qui, in modo controllato, dove non fa danni.
3. Semifinitura, ripulendo ciò che si è mosso e lasciando il vero sovrametallo per il trattamento termico.
4. Tempra e rinvenimento.
5. Finitura meccanica o rettifica.

Saltare il passo 2 su un pezzo grande o asimmetrico è la causa più comune di un blocco che torna dal forno irrecuperabile.

Per i pezzi già temprati che vengono finiti in rettifica, una distensione a bassa temperatura dopo la rettifica di sgrossatura, tipicamente 25-55 °C sotto la temperatura di rinvenimento, elimina la tensione di rettifica senza toccare la durezza.

Quanto materiale lasciare

È il numero che i laboratori vogliono di più sul Suo disegno, e quello che più spesso manca.

Indicazioni di massima per il sovrametallo dopo il trattamento termico:

Tipo di pezzo	Sovrametallo per lato
Piccolo, semplice, tempra in aria (A2, D2)	0.1-0.2 mm
Blocco medio, tempra in aria	0.2-0.4 mm
Piastra grande (>300 mm), tempra in aria	0.4-0.8 mm
Tempra in olio (O1, S7 grande sezione)	0.3-1.0 mm
Sezioni sottili o asimmetriche, qualsiasi grado	Aggiungere 50-100%

I gradi a tempra in aria si muovono molto meno di quelli a tempra in olio: è l’argomento centrale di O1 contro A2. Scegliere un grado a tempra in aria costa spesso meno che pagare per lavorare via la distorsione di una tempra in olio.

Due errori da evitare:

Troppo poco sovrametallo. Il pezzo si muove più di quanto ne ha lasciato, un punto basso non si pulisce, e il blocco diventa scarto dopo tutto il lavoro già fatto.

Troppo sovrametallo. Ora sta fresando in durezza o rettificando 1 mm di acciaio a 60 HRC su ogni superficie. È lento, costoso e porta calore nel pezzo. Vedi lavorazione dopo il trattamento termico.

Strategia dei riferimenti: ciò che tutti dimenticano

Ecco il difetto che costa di più e di cui si parla meno.

Lei lavora un pezzo con particolari quotati da due facce di riferimento. Va in trattamento termico. Torna, e quelle facce di riferimento si sono mosse: non sono più piane, non sono più a squadra tra loro e non sono più dove erano.

Il laboratorio deve ora ripristinare i riferimenti prima di poter finire qualsiasi cosa. Se non ha detto come, sceglierà lui. Se sceglie in modo diverso da come sono riferite le Sue tolleranze, ogni quota viene misurata dal punto sbagliato e il pezzo non supera il controllo pur essendo geometricamente corretto.

Cosa fare:

Designare esplicitamente i riferimenti successivi al trattamento termico. Una nota: «dopo il trattamento termico, ripristinare i riferimenti A e B con rettifica; 0.3 mm di materiale previsti su entrambi».

Lasciare più materiale sulle facce di riferimento che su qualsiasi altra. Devono pulirsi completamente, perché tutto il resto si riferisce a esse.

Dove possibile, rendere i riferimenti grandi, piani e su materiale pieno. Un riferimento su una flangia sottile si sarà mosso più di uno su una sezione spessa 40 mm.

Considerare un riferimento sacrificale. Un particolare in più, come un risalto lavorato o una coppia di fori alesati, che esiste solo per posizionare il pezzo dopo il trattamento termico e viene rimosso alla fine. Sulle attrezzature complesse è prassi comune e vale il materiale.

Cosa scrivere sul disegno

Una breve nota di trattamento termico che copra quattro cose:

TRATTAMENTO TERMICO
1. Sgrossatura, distensione 650 °C, 1 h / 25 mm di sezione, raffreddamento lento.
2. Tempra e rinvenimento a 58-60 HRC. Doppio rinvenimento.
3. Sovrametallo dopo TT: 0.3 mm per lato; 0.5 mm sui riferimenti A e B.
4. Ripristinare i riferimenti A e B con rettifica prima della lavorazione di finitura.

Quattro righe. Eliminano gran parte dell’ambiguità che fa variare tanto i preventivi dell’acciaio temprato, ed evitano i difetti che trasformano un blocco da 30 ore in scarto.

Invii questa nota con il disegno nella richiesta di offerta e i preventivi di laboratori diversi diventano direttamente confrontabili, perché tutti stanno quotando lo stesso piano.