In Approfondimenti

Uno studio condotto dal gruppo di Ricerca Sviluppo & Innovazione di TAG che fa luce sugli effetti del trattamento termico sulle dimensioni del grano austenitico.

L’industria automobilistica ha, negli ultimi anni, concentrato i suoi sforzi per ottenere significative riduzioni dei consumi di carburante e, contemporaneamente, migliorare la sicurezza delle vetture prodotte.

Tale orientamento ha inciso nella costruzione delle vetture, realizzando l’incremento di materiali leggeri a scapito dell’acciaio e spingendo soprattutto l’industria della pressocolata alluminio a realizzare particolari sempre più grandi.

Per soddisfare tali necessità, come abbiamo accennato in altri articoli già pubblicati, gli stampi necessari alla produzione di pezzi pressocolati sono cresciuti in dimensioni e peso.

Le ricadute di questa crescita hanno coinvolto le aziende che contribuiscono a tale produzione: nello specifico le acciaierie, gli stampisti e le aziende che eseguono i trattamenti termici delle grandi matrici.

Il focus di questa trattazione è comunicare l’esperienza maturata dal nostro gruppo di RD&I che ha cercato di verificare come potrebbe modificarsi la dimensione del grano austenitico nell’acciaio di cui sono fatte le matrici in fase di trattamento termico.

L’austenite si rivela in soluzione solida “soluzione solida primaria interstiziale di carbonio nel ferro γ” (il ferro γ si caratterizza per avere un  reticolo cubico a facce centrate); l’austenite risulta stabile solamente all’interno di una determinata gamma di temperatura (≈700÷1500 °C) e a seconda della velocità di raffreddamento si trasforma in differenti strutture (perlite, bainite e martensite).

È in questa trasformazione il “grimaldello” di un corretto trattamento termico di tempra (Quenching).

Aggiungendo all’acciaio in fase di fabbricazione altri elementi di lega è possibile modificare la temperatura minima per ottenere l’austenite: ad esempio il molibdeno, il cromo e il silicio tendono ad innalzare la temperatura minima, mentre il manganese e il nichel tendono ad abbassarla.

Nel caso di alcuni acciai inossidabili, detti acciai inossidabili austenitici, l’austenite è stabile anche a temperatura ambiente.

Ritorniamo sulla questione “dimensione del grano austenitico”.

Nell’articolo pubblicato sulla rivista “Stampi • Ottobre 2018” si evidenziava come, nella nostra attività di controllo, una delle anomalie più frequentemente riscontrata riguardasse la dimensione del grano austenitico dell’acciaio e l’impatto che questo può avere sulle performance degli stampi.

La grandezza dei grani degli acciai ha un’influenza determinante sulle loro proprietà meccaniche: gli studi principali in merito sono dovuti a Mc Quaid ed Ehn, i quali per primi hanno dimostrato che la dimensione del grano d’austenite in un acciaio è una caratteristica/peculiarità specifica da cui dipendono le sue qualità.

Le normative di riferimento prevedono che la struttura di trasformazione, oltre ad essere correttamente costituita, abbia dimensione media del grano austenitico fine ed omogeneo: ad esempio per gli acciai da pressocolata la NADCA#207-ultima edizione– indica ASTM E112-13 G=7 o più fine.

Tale condizione rappresenta un ottimo presupposto (anche se non è l’unico) per il contenimento della propagazione delle pirocricche/crettature da fatica ciclica termica (oligociclica) che, inevitabilmente, faranno la loro apparizione sulla superficie dell’impronta con l’evolversi della fase produttiva.

In letteratura si legge:

“Fatica oligociclica: in tecnologia meccanica, fatica caratterizzata da deformazioni plastiche alternative di segno opposto; si manifesta in materiali metallici e dà luogo a rapida rottura dopo 50.000-100.000 cicli a causa del propagarsi di fessure che si innescano in superficie per i ripetuti corrugamenti di tipo plastico”.

Come già evidenziato nel precedente articolo, il grano può essere ingrossato in fase di trattamento termico oppure può essere preesistente, cioè derivare direttamente dai processi di fabbricazione dell’acciaio: analizziamo il primo caso.

È palese che rispettando accuratamente i parametri di trattamento indicati per una determinata tipologia di acciaio (datasheet) il grano, tendenzialmente, resta stabile e non deve ingrossarsi.

I parametri che influenzano la crescita della dimensione del grano sono: temperatura di austenitizzazione (Ta) e permanenza (P=Soaking Time).

Consideriamo ora l’acciaio più comunemente utilizzato (in middle Europe) nella pressocolata H11/W.n. 1.2343 (X37CrMoV5-1)_Type D1830 secondo NADCA#207-2016.

Sequenza di trattamento termico

Prescrizioni NADCA#207-2016:

Temperatura d’austenitizzazione Ta = 1000°C 

Ts=Temperatura in superficie, Tc=Temperatura a cuore

Permanenza in austenitizzazione P:

“Riscaldare rapidamente dalla temperatura di preriscaldo finale fino a (vedere tabella 2 a pagina 10). Il tempo di permanenza deve essere di 30 minuti dopo che Ts-Tc < 25°F (14°C) o 90 minuti massimo dopo che Ts raggiunga la temperatura di austenitizzazione designata, qualsiasi delle due possibilità avvenga per prima”.

L’attività che segue, svolta dal nostro gruppo R&D, ha lo scopo di constatare/verificare in quale misura temperatura e permanenza influenzino la crescita del grano austenitico.

La dimensione dei campioni utilizzati è stata di 20x20x10 mm: per tali dimensioni, Ts e Tc sono equivalenti.

La dimensione del grano dei campioni di partenza è G8 (G7 minoritario) ASTM E112-13.

Di seguito mostriamo una tabella riassuntiva dei test eseguiti, che vede un aumento progressivo di temperatura e permanenza opportunamente stabiliti.

 

Istogramma attività:

Variazione dimensione media del grano austenitico

Considerazioni:

Il dato rilevante e significativo è che, se la temperatura d’austenitizzazione (Ta) è quella prevista/corretta, la permanenza (P_Soaking-Time) non appare influenzare la crescita del grano d’austenite (almeno fino a 10 volte quello previsto).

Un altro aspetto interessante che emerge è che, quando in fase di controllo metallurgico/metallografico post trattamento termico si intercetta una struttura con grano austenitico decisamente ingrossato (G1/G2 ASTM E112-13), o le variazioni di processo rispetto ai parametri indicati dal datasheet (Ta e P) sono state davvero importanti, oppure il grano era già grosso allo stato ricotto (prior-austenite).

Post suggeriti

Inizia a digitare e premi Enter per effettuare una ricerca

titanio