Tecniche di trattamento termico per stampi di pressofusione – Guida

Le tecniche di trattamento termico sono ampiamente applicate nella produzione di stampi per pressofusione; possono migliorare significativamente la microstruttura e le prestazioni dei componenti dello stampo, prolungare la durata dello stampo, migliorare la qualità della lavorazione e ridurre l'usura degli utensili.

Gli stampi per pressofusione sono comunemente realizzati in acciai legati per utensili. Le sequenze tipiche di trattamento termico includono ricottura sferoidizzante, distensione/stabilizzazione, tempra (o tempra e rinvenimento) e operazioni multiple di rinvenimento. Selezionando una combinazione appropriata di trattamenti termici, è possibile ottenere la resistenza, la tenacità e le prestazioni ad alta temperatura richieste.

Pretrattamento:

1. Scopo: rimuovere le sollecitazioni residue dalla forgiatura o dalla lavorazione grezza, ridurre la durezza per facilitare il taglio e preparare una struttura uniforme per la successiva tempra e rinvenimento.
2. Metodi ed effetti: la ricottura sferoidizzante produce una microstruttura uniforme con carburi finemente dispersi per migliorare la tenacità. La tempra e il rinvenimento (cioè la tempra seguita dal rinvenimento) spesso forniscono un equilibrio superiore tra resistenza e tenacità, quindi per gli stampi che richiedono un'elevata tenacità, il rinvenimento dopo la tempra è comunemente usato al posto della sferoidizzazione.
3. Raccomandazione: eseguire il pretrattamento su pezzi forgiati o grezzi lavorati grossolanamente e registrare il lotto di lavorazione per facilitare la tracciabilità della qualità in un secondo momento.

Trattamento di stabilizzazione:

1. Scopo: rimuovere le tensioni interne generate durante la lavorazione grezza e ridurre il rischio di distorsione e fessurazione durante la tempra. Ciò è particolarmente importante per gli stampi con forme complesse.
2. Processo tipico: riscaldare a 650 °C – 680 °C, mantenere la temperatura per 2 – 4 ore, quindi rimuovere dal forno e raffreddare all'aria. Per gli stampi con geometria complessa, raffreddare nel forno a una temperatura inferiore a 400 °C prima del raffreddamento all'aria per ridurre ulteriormente le sollecitazioni interne.
3. Casi speciali: le superfici modificate mediante EDM (elettroerosione) possono sviluppare uno strato ricomposto o danneggiato e sono soggette a crepe da taglio del filo; è necessario eseguire una ricottura di distensione a temperatura più bassa per rimuovere le sollecitazioni locali.

Pre-riscaldamento di tempra:

1. Motivo: gli stampi per pressofusione sono spesso realizzati in acciai altamente legati con scarsa conducibilità termica; un riscaldamento diretto rapido può creare grandi gradienti di temperatura, causando crepe o distorsioni. Pertanto, è necessario un preriscaldamento graduale.
2. Metodi e temperature di preriscaldamento: il preriscaldamento a bassa temperatura (da 400 °C a 650 °C) può essere effettuato in un forno a camera o ad aria. Il preriscaldamento ad alta temperatura è preferibile in un forno a bagno di sale per migliorare l'uniformità del calore.
3. Numero di preriscaldamenti e requisiti: gli stampi con requisiti di controllo della deformazione ridotti possono utilizzare un numero inferiore di fasi di preriscaldamento; per un controllo rigoroso della deformazione, è necessario utilizzare preriscaldamenti a più fasi per ridurre le sollecitazioni dovute al gradiente termico. Una stima empirica comune per il tempo di preriscaldamento è di 1 min/mm (solo a titolo di riferimento; verificare in base al materiale e allo spessore del componente).

Riscaldamento di tempra e mantenimento:

1. Obiettivo: ottenere austenite di composizione uniforme e dissolvere sufficientemente i carburi, migliorando così la resistenza alle alte temperature e la resistenza al rammollimento.
2. Selezione della temperatura: la temperatura di tempra deve essere scelta entro i limiti specificati per il materiale. Temperature di tempra più elevate favoriscono la stabilità termica, ma possono promuovere la crescita dei grani e ridurre la tenacità; gli stampi che richiedono un'elevata tenacità utilizzano generalmente temperature di tempra relativamente più basse.
3. Tempo di permanenza: per garantire l'omogeneizzazione, il riscaldamento per tempra in bagno di sale richiede in genere una permanenza relativamente lunga; una stima comune è di 0,8 min/mm – 1,0 min/mm (valore di riferimento; deve essere convalidato).

Raffreddamento della tempra:

1. Scelta del metodo di raffreddamento: gli stampi di forma semplice e con bassa sensibilità alla deformazione possono essere temprati in olio. Gli stampi con forme complesse o elevati requisiti di anti-distorsione sono meglio trattati con tempra a fasi (accelerando il raffreddamento in fasi con transizioni graduali).
2. Equalizzazione prima della tempra: per evitare crepe e deformazioni, indipendentemente dal metodo di raffreddamento, non raffreddare direttamente a temperatura ambiente, ma raffreddare prima a 150 °C – 180 °C per l'equalizzazione. Il tempo di equalizzazione può essere stimato in 0,6 min/mm (riferimento), quindi procedere immediatamente alla tempra.
3. Note: controllare il profilo della velocità di raffreddamento per evitare la concentrazione di stress termico con raffreddamento superficiale/calore interno. Quando si utilizza la tempra a stadi o localizzata, assicurarsi che la deformazione sia controllabile e prevedere procedure correttive.

Rinvenimento:

1. Necessità: un ricottura sufficiente rimuove le tensioni residue della tempra e regola la durezza e la tenacità. Gli stampi per pressofusione richiedono generalmente una ricottura accurata, comunemente eseguita in tre fasi.
2. La temperatura della prima tempra viene solitamente scelta nell'intervallo di tempra secondaria del materiale (per stabilizzare la struttura).
3. La temperatura della seconda tempra viene selezionata per ottenere la durezza richiesta.
4. La temperatura del terzo trattamento è inferiore di 10 °C-20 °C rispetto alla seconda e viene utilizzata per eliminare le tensioni residue e affinare la struttura.
5. Raffreddamento della tempra: dopo la tempra, è possibile utilizzare il raffreddamento ad olio o ad aria. Il tempo di mantenimento della tempra a ciclo singolo non deve essere inferiore a 2 ore (determinare il tempo esatto in base allo spessore del pezzo e ai requisiti del materiale).