Trattamento termico di tempra: fasi, caratteristiche e applicazioni

Cos’è il trattamento termico di tempra e a cosa serve

Il trattamento termico di tempra è un processo industriale che prevede il riscaldamento di un materiale metallico, generalmente acciaio, seguito da un rapido raffreddamento, con lo scopo di aumentarne la durezza e la resistenza all’usura. La tempra viene utilizzata per migliorare le proprietà meccaniche del materiale, rendendolo più resistente e durevole. Questo trattamento è fondamentale per applicazioni che richiedono materiali con elevate prestazioni, come nella produzione di strumenti da taglio, componenti automobilistici e attrezzature industriali. Il processo di tempra è particolarmente utile per ottenere una struttura cristallina solida e resistente nei materiali metallici, favorendo un’alta resistenza a sollecitazioni meccaniche e temperature elevate.

Il processo di tempra

Il processo ditempra si articola in diverse fasi fondamentali:

1. Riscaldamento: il materiale, generalmente acciaio, viene riscaldato a una temperatura elevata, tipicamente tra i 800°C e i 1000°C, a seconda del tipo di acciaio. A questa temperatura, il materiale raggiunge uno stato chiamato austenitico, in cui la struttura cristallina dell’acciaio è completamente trasformata. Questo permette al materiale di essere più malleabile e pronto per il trattamento successivo.
2. Mantenimento della temperatura: una volta raggiunta la temperatura desiderata, il materiale viene mantenuto a quella temperatura per un periodo di tempo controllato. Durante questa fase, le molecole del materiale si riorganizzano, preparandosi per il raffreddamento rapido.
3. Raffreddamento rapido (tempra): dopo il mantenimento della temperatura, l’acciaio viene rapidamente raffreddato, generalmente immergendolo in un bagno di olio, acqua o aria. Tra le tecniche più comuni rientrano la tempra in olio, particolarmente efficace per ottenere una durezza uniforme, e la tempra sottovuoto, ideale per trattamenti di alta precisione senza ossidazioni superficiali. Questo rapido abbassamento della temperatura provoca la trasformazione della struttura cristallina dell’acciaio, convertendola da austenitica a martensitica, conferendo al materiale una maggiore durezza. La velocità di raffreddamento è cruciale, poiché influisce sulla qualità e sulla durezza del materiale temprato.
4. Rientro (tempratura) (facoltativo): dopo la tempra, l'acciaio potrebbe essere sottoposto a una fase di rientro, in cui il materiale viene riscaldato nuovamente a una temperatura inferiore (di solito tra 150°C e 650°C) e poi lentamente raffreddato. Questo processo serve a ridurre le tensioni interne e migliorare la tenacità del materiale, evitando che diventi troppo fragile a causa del trattamento

Caratteristiche dell’acciaio temprato

L’acciaio che subisce il trattamento di tempra acquisisce alcune caratteristiche distintive che lo rendono particolarmente adatto per applicazioni ad alta resistenza:

1. Elevata durezza: il trattamento termico di tempra aumenta la durezza superficiale dell’acciaio, conferendo al materiale una resistenza superiore all’usura, ai graffi e alle deformazioni meccaniche. Questo lo rende ideale per componenti sottoposti a sollecitazioni meccaniche elevate.
2. Resistenza all’usura: l’acciaio temprato è estremamente resistente all’usura, il che lo rende perfetto per applicazioni in cui il materiale entra in contatto con altre superfici e deve resistere a sfregamenti continui, come ad esempio nei componenti di motori, strumenti da taglio, e ingranaggi.
3. Maggiore resistenza alla fatica: grazie al trattamento termico, l’acciaio temprato è meno suscettibile a danni da fatica, il che significa che può sopportare cicli di sollecitazione ripetuti senza rompersi.
4. Aumento della resistenza alle alte temperature: l’acciaio temprato conserva la sua resistenza anche a temperature più elevate rispetto a materiali non trattati, rendendolo adatto per applicazioni che richiedono una buona resistenza termica.
5. Resistenza alla corrosione: sebbene l’acciaio temprato non sia completamente resistente alla corrosione, il processo di tempra può aumentare la resistenza agli agenti atmosferici e chimici, specialmente se il materiale è successivamente trattato con rivestimenti protettivi.

Acciai temprabili: quali materiali sono adatti alla tempra?

Non tutti gli acciai sono adatti al trattamento di tempra. I materiali più comuni utilizzati per la tempra sono gli acciai legati, che contengono elementi come il carbonio, il cromo, il manganese, e il molibdeno. Di seguito sono riportati i principali tipi di acciaio temprabile:

1. Acciaio al carbonio: gli acciai al carbonio, soprattutto quelli con un contenuto di carbonio compreso tra lo 0,3% e il 1,2%, sono i più comuni per il trattamento di tempra. Il carbonio è il principale elemento che determina la durezza dell’acciaio e la sua capacità di essere temprato.
2. Acciaio legato: gli acciai legati contengono elementi leganti come il cromo, il molibdeno, il manganese, e il vanadio, che migliorano ulteriormente le proprietà meccaniche dell’acciaio, come la durezza, la resistenza all’usura e la resistenza alla corrosione. Questi acciai sono particolarmente adatti per applicazioni ad alte prestazioni, come nella produzione di utensili da taglio e componenti automobilistici.
3. Acciaio inossidabile: alcuni tipi di acciaio inossidabile, in particolare quelli legati con cromo e nichel, possono essere temprati per migliorare la durezza e la resistenza all’usura, ma generalmente richiedono un trattamento specifico a causa delle loro proprietà chimiche particolari.
4. Acciaio strutturale: gli acciai strutturali, utilizzati per la produzione di parti soggette a carichi elevati, possono essere temprati per aumentarne la durezza e la resistenza, specialmente per componenti come ingranaggi e alberi motore.
5. Acciaio per utensili: gli acciai per utensili sono progettati specificamente per essere temprati. Questi acciai contengono elevati livelli di carbonio e leghe di altri metalli, che li rendono estremamente resistenti all'usura e al calore, ideali per la fabbricazione di utensili da taglio e stampi.

In sintesi, il trattamento di tempra è un processo fondamentale per migliorare la durezza e la resistenza di materiali metallici, in particolare dell’acciaio. Il trattamento termico di tempra, attraverso il riscaldamento e il raffreddamento rapido, conferisce all’acciaio proprietà superiori che lo rendono ideale per una vasta gamma di applicazioni industriali. La scelta dell’acciaio da temprato dipende dalle specifiche esigenze del componente e dalle caratteristiche richieste per la sua applicazione finale.