Cos’è il trattamento termico?

Anche se la maggior parte delle persone non sa cosa sia il trattamento termico, in realtà è una parte essenziale del processo di produzione. Questo perché il trattamento termico permette di migliorare un pezzo di metallo in modo che il materiale resista meglio all’usura. Il trattamento termico comporta il riscaldamento di un metallo o di una lega a una temperatura specifica e poi il suo raffreddamento per indurire il materiale.

Il trattamento termico può essere usato in diverse fasi del processo di fabbricazione per cambiare alcune proprietà di quel metallo o lega. Per esempio, si potrebbe usare il trattamento termico per renderlo più forte, più duro, più resistente o più duttile, a seconda di ciò che il materiale ha bisogno per funzionare correttamente.

Alcuni settori notevoli in cui il trattamento termico gioca un ruolo importante includono aerei, automobili, hardware come seghe e assi, computer, veicoli spaziali, militari e l’industria del petrolio e del gas.

Come funziona il trattamento termico?

Per ottenere l’effetto desiderato, il metallo o la lega viene riscaldato fino a una temperatura specifica, a volte fino a 2400°F, mantenuto a quella temperatura per un certo periodo di tempo e poi raffreddato. Mentre è caldo, la struttura fisica del metallo, chiamata anche microstruttura, cambia e alla fine le sue proprietà fisiche vengono modificate. La durata del tempo in cui il metallo viene riscaldato è chiamata “tempo di immersione”. La durata del tempo di immersione gioca un ruolo importante nelle caratteristiche di un metallo, in quanto il metallo immerso per un lungo periodo di tempo vedrà diversi cambiamenti della microstruttura rispetto al metallo immerso per un periodo di tempo più breve.

Anche il processo di raffreddamento dopo il tempo di ammollo gioca un ruolo nel risultato del metallo. Il metallo può essere raffreddato rapidamente, che si chiama tempra, o lentamente nel forno per assicurarsi che raggiunga il risultato desiderato. La combinazione di temperatura di immersione, tempo di immersione, temperatura di raffreddamento e durata del raffreddamento giocano tutti un ruolo nella creazione delle proprietà desiderate in un metallo o in una lega.

Quando il metallo viene trattato termicamente durante il processo di produzione determina anche quali proprietà vengono cambiate, e alcuni metalli possono anche essere trattati più volte.

Sapere a quali temperature riscaldare e raffreddare i metalli, così come quanto tempo dovrebbe richiedere ogni fase del processo per uno specifico metallo o lega è estremamente complesso. Per questo motivo, gli scienziati dei materiali, noti come metallurgisti, studiano gli effetti del calore sul metallo e sulle leghe e forniscono informazioni precise su come eseguire correttamente questi processi. I produttori fanno affidamento su queste informazioni per garantire che i loro pezzi di metallo abbiano le proprietà corrette alla fine del processo.

Alcune forme comuni di trattamenti termici includono:

• Tempra: Quando un metallo viene indurito, viene riscaldato fino a un punto in cui gli elementi del materiale si trasformano in una soluzione. I difetti nella struttura vengono quindi trasformati creando una soluzione affidabile e rafforzando il metallo. Questo aumenta la durezza del metallo o della lega, rendendolo meno malleabile.
• Ricottura: Questo processo è usato su metalli come rame, alluminio, argento, acciaio e ottone. Questi materiali sono riscaldati ad una certa temperatura, sono tenuti a quella temperatura fino a quando non avviene la trasformazione, e poi sono lentamente asciugati all’aria. Questo processo ammorbidisce il metallo, rendendolo più lavorabile e meno soggetto a fratture o crepe.
• Tempra: Alcuni materiali come le leghe a base di ferro sono molto duri, il che li rende fragili. Il rinvenimento può ridurre la fragilità e rafforzare il metallo. Nel processo di tempra, il metallo viene riscaldato a una temperatura inferiore al punto critico per ridurre la fragilità e mantenere la durezza.
• Tempra: L’esterno del materiale viene indurito mentre l’interno rimane morbido. Poiché l’indurimento può causare la fragilità dei materiali, la cementazione viene utilizzata per i materiali che richiedono flessibilità pur mantenendo uno strato di usura durevole.
• Normalizzazione: Simile alla ricottura, questo processo rende l’acciaio più duro e duttile riscaldando il materiale a temperature critiche e mantenendolo a questa temperatura fino alla trasformazione.

Perché è importante il trattamento termico?

Senza il trattamento termico del metallo, specialmente dell’acciaio, le parti metalliche di tutto, dagli aerei ai computer, non funzionerebbero correttamente, o potrebbero addirittura non esistere. Le parti in metallo non ferroso, in particolare, sarebbero molto più deboli. Le leghe di alluminio e titanio, così come il bronzo e l’ottone, sono tutte rafforzate attraverso il trattamento termico. Molti di questi metalli sono usati nella produzione di automobili, aeroplani e altri prodotti che si basano su metalli forti non solo per le prestazioni ma anche per la sicurezza.

Perché i metalli trattati termicamente sono spesso più forti dei metalli non trattati termicamente, trattare i pezzi di metallo in anticipo previene la corrosione, che non porterà alla sostituzione di parti metalliche costose in seguito o con la stessa frequenza. Questo fa sì che le macchine funzionino in modo più economico ed efficiente e previene i problemi.

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