La ricottura è un processo che subiscono acciaio, rame e altre leghe metalliche prima dell’effettiva lavorazione. Con questo processo si favorisce il riscaldamento con temperature superiori a quelle dell’austenitizzazione. L’austenitizzazione è la parola che serve a definire il processo di trasformazione della struttura cristallina degli acciai.
In maniera piuttosto sintetica è possibile definire la ricottura come il processo indispensabile per poter rendere i materiali più omogenei e addolcirne la struttura per facilitarne la lavorazione ad una temperatura minore rispetto a quella di fusione. Questa alterazione della microstruttura cristallina dei materiali, a seconda della temperatura e della durata del processo, può avere esiti differenti.
Principalmente la ricottura viene utilizzata per migliorare la struttura cristallina delle leghe metalliche tramite l’eliminazione dei difetti. In molti casi viene utilizzata per migliorare l’uniformità della composizione chimica dei materiali trattati. In questo senso sono tre gli obiettivi che questo tipo di trattamento termico cerca di ottenere.
Il primo obiettivo è quello dell’equilibrio chimico e quindi l’ottimizzazione dell’omogeneità dei componenti la lega metallica. Il secondo obiettivo è legato all’equilibrio meccanico che ne riduca tensioni residue della struttura interna. Il terzo è quello relativo all’equilibrio strutturale, cioè l’ottenimento di un prodotto finale limitato nell’incrudimento, cioè nell’aumento della durezza della struttura della lega trattata.
Così come le differenti leghe metalliche che possono essere sottoposte a questo tipo di processo, anche le tipologie di procedimento sono piuttosto varie. Oltre alla ricottura completa (o profonda), è possibile sottoporre i materiali a:
- ricottura di normalizzazione;
- ricottura di ricristallizzazione;
- ricottura isotermica;
- ricottura subcritica;
- ricottura di addolcimento.
Di seguito andremo a spiegare questi differenti tipi di ricottura.
I differenti tipi di ricottura
Come sottolineato prima, nei trattamenti termici esistono differenti tipologie per la ricottura. Ognuna di queste differisce per caratteristiche e svolgimento del processo di ricottura. Le differenze fondamentali tra i diversi tipi di ricottura si evidenziano nella temperatura impostata durante il processo, nel tempo di permanenza delle leghe metalliche nel forno e nello sviluppo del processo di raffreddamento.
Ognuno di questi procedimenti fornisce un risultato differente che è caratteristico di ogni tipo di ricottura. La riuscita di alcuni di questi procedimenti può dipendere anche da ulteriori fattori decisivi. I fattori principali, in questo senso, sono quelli relativi alle dimensioni del pezzo di acciaio che si va a lavorare, e alla qualità dello stesso, cioè la composizione della sua struttura.
È indispensabile distinguere tra acciai ipoeutettoidi e ipereutettoidi. I primi hanno una struttura costituita da perlite e ferrite, mentre i secondi sono costituiti da perlite e cementite. Inoltre esistono differenti velocità di riscaldamento e di raffreddamento. Le prime sono note con le sigle: Ac1, Ac3 e ACcm, mentre le seconde con: Ar1, Ar3 e ARcm. Di seguito abbiamo deciso di organizzare una serie di sotto sezioni, ognuna dedicata a un tipo di ricottura, per descriverne le caratteristiche principali.
Ricottura di Normalizzazione
La ricottura di normalizzazione è un procedimento per il trattamento termico che viene utilizzato al fine di ottenere omogeneizzazione della struttura. Viene spesso utilizzata per quei pezzi che presentano difetti dovuti a surriscaldamento come una natura ingrossata di cristalli. Questo tipo di ricottura si sviluppa in tre differenti fasi che comprendono la fase di riscaldamento, quella di permanenza in temperatura e quella di raffreddamento.
La fase di riscaldamento è regolata, per la temperatura, in base alla tipologia di acciaio posto in ricottura. È indispensabile distinguere tra acciai ipoeutettoidi e ipereutettoidi. I primi hanno una struttura costituita da perlite e ferrite, mentre i secondi sono costituiti da perlite e cementite.
La fase di riscaldamento va effettuata con temperature superiori nell’ordine dei 40°/80° centigradi rispetto alla velocità di riscaldamento Ac3 per quel che riguarda gli acciai ipoeutettoidi, mentre per gli acciai ipereutettoidi ci si avvicina ad Ac1.
Calcolare il tempo utile per la ricottura di normalizzazione può essere complesso, perché questo aspetto può dipendere dalla dimensione dei pezzi trattati. Il tempo da calcolare è direttamente proporzionale rispetto a queste dimensioni.
Il raffreddamento è molto lento e viene eseguito a temperatura ambiente.
Ricottura Di Ricristallizzazione
Ricottura di ricristallizzazione o, più semplicemente, ricristallizzazione. Questo processo viene utilizzato per consentire ai pezzi lavorati di perdere la deformazione plastica intensa. La presenza di grani originali, in questo caso, viene completamente rimpiazzata da una nuova serie di grani. Alla fine del processo di ricristallizzazione i grani che si vanno a sviluppare sono formati da ferrite.
La temperatura di riscaldamento è quella relativa a un livello minimo ma utile a eliminare i residui di incrudimento. A questa si collega la permanenza del pezzo di acciaio trattato nella fase di ricottura. Questa dipende, inevitabilmente, dalle dimensioni dello stesso e dalla forma che questo possiede.
Il processo di raffreddamento deve essere sviluppato in maniera piuttosto lenta e viene eseguito mantenendo il pezzo all’interno del forno di riscaldo. Lo scopo di questo procedimento è quello di eliminare il più possibile la presenza di deformazioni plastiche della struttura. Questa lavorazione contribuisce a mantenere lo stato di equilibrio della struttura.
Grazie alla ricristallizzazione è possibile dotare il pezzo di una duttilità notevolmente migliorata. A questo si contrappone lo sviluppo di durezza e resistenza minori rispetto all’origine. È un procedimento indispensabile quando si vuole restituire duttilità a pezzi di metallo che hanno subito lavorazione a freddo e hanno guadagnato rigidità.
Ricottura Isotermica
La ricottura isotermica è nota anche come ricottura incompleta. È un tipo di procedimento che viene utilizzato quando c’è bisogno di velocizzare la lavorazione dell’acciaio. Anche questo tipo di ricottura è utilizzato per migliorare la duttilità del materiale che, alla fine del processo, subisce una completa trasformazione.
Questo tipo di processo deve essere eseguito portando il forno a temperatura superiore ai 900° centigradi. Questa temperatura, combinata con la durata del processo, consentirà di fornire omogeneità al pezzo lavorato. A questo punto viene sviluppato il raffreddamento all’interno di una cella isotermica (nel caso in cui si lavorino pezzi grezzi). Questa non deve variare rispetto a temperature tra i 600° e i 700° centigradi. Generalmente, tuttavia, il processo di raffreddamento viene eseguito a temperatura ambiente.
Il tempo di permanenza all’interno dei forni per il riscaldamento e all’interno della cella isotermica dipendono dalla qualità e dalla dimensione del pezzo lavorato. Questo tipo di processo viene utilizzato sempre più spesso su semilavorati. È specifico per organi meccanici, siano questi stampati, elettroricalcati oppure forgiati.
La struttura completamente trasformata del pezzo lavorato si caratterizza per la presenza di lamelle di ferrite e perlite.
Ricottura Subcritica
Questo tipo di ricottura viene sviluppata sfruttando una temperatura leggermente inferiore rispetto al punto Ac1, cioè il punto in cui avviene la trasformazione eutettica. È un tipo di lavorazione che non consente al metallo trattato di sviluppare austenite, a differenza della ricottura intercritica che, insieme ad austenite sviluppa ferrite.
Questo processo è indispensabile per una migliore distribuzione di carburi sferoidali presenti nella struttura del materiale. Sono questi che contribuiscono a rendere più resistente l’acciaio. Il miglioramento della resistenza, tuttavia, non compromette la sua malleabilità nella lavorazione.
Riguardo la ricottura subcritica e quella intercritica non si può non fare riferimento a due processi differenti che, tuttavia, contribuiscono a raggiungere lo stesso scopo. L’obiettivo finale di questo tipo di ricottura è quello di favorire lo sviluppo di carburi sferoidali. Questo scopo si ottiene utilizzando impostazioni differenti in fase di cottura.
Per quanto riguarda la ricottura subcritica i tempi della fase di riscaldamento subiscono una decisa dilatazione. La temperatura di lavorazione è più bassa e non supera mai i 680° centigradi. Nella maggior parte dei casi, questa viene regolata su un range tra 500° e i 650° centigradi.
La ricottura intercritica, invece, viene sviluppata dilatando quelli che sono i tempi di raffreddamento. Questo favorisce lo sviluppo di ferrite e una più uniforme distribuzione dei carburi sferoidali.
Ricottura Di Addolcimento
Nel caso della ricottura di addolcimento si fa riferimento a un procedimento piuttosto generico che viene sviluppato a una temperatura che non raggiunge mai (anche se di poco) il livello Ac1. A questa temperatura il mantenimento della cottura non supera mai le 4 ore. Questo processo, infatti, si sviluppa in un range tra le 2 e le 4 ore.
A richiedere un tempo maggiore è il processo di raffreddamento che deve essere obbligatoriamente lento. Questo tipo di processo viene sviluppato in questo modo per garantire un miglior equilibrio strutturale.
Ad utilizzare questo tipo di trattamento termico sono gli operatori che hanno terminato la ricottura di normalizzazione. Proprio come intuibile dal nome, questa consente di ridurre la durezza dei metalli sottoposti a normalizzazione. Anche in questo caso è indispensabile tenere in conto qualità e dimensioni del pezzo in lavorazione.
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