Caratteristiche dell’acciaio temprato e come temprarlo

Caratteristiche dell'Acciaio Temprato

La tempra è un trattamento termico che viene eseguito sull’acciaio al carbonio per modificarne alcune caratteristiche fisiche come la resistenza meccanica.

Non tutti gli acciai possono essere temprati: per essere sottoposti a questo procedimento gli acciai devono avere un alto contenuto di carbonio, oppure devono avere un contenuto medio di carbonio, ma devono contenere alcuni elementi alliganti che favoriscono l’indurimento.

Gli acciai con un contenuto di carbonio inferiore allo 0,4%, invece, non possono comunque essere temprati, ma in alcuni casi la loro resistenza agli urti può essere migliorata con trattamenti superficiali.

Come temprare l’acciaio

Il procedimento consiste nel riscaldare l’acciaio che viene portato ad alte temperature per modificarne la struttura interna e poi raffreddato.

Le fondamentali fasi di tempra sono dunque tre:

  1. Riscaldamento
  2. Mantenimento della temperatura (detta “di austenizzazione”)
  3. Raffreddamento rapido tramite mezzo temprante

Il riscaldamento ha come obiettivo quello di modificare la struttura interna dell’acciaio, portandolo ad acquisire quella della austenite (da cui il nome della temperatura di mantenimento), mentre il raffreddamento rapido serve a trasformare nuovamente la struttura, portando l’acciaio ad acquisite la struttura della martensite.

Il raffreddamento viene eseguito immergendo l’acciaio in un liquido o un gas, detto “mezzo temprante”, che deve raffreddarlo rapidamente senza produrre vapore, poiché questo ostacola la formazione della martensite. I principali mezzi tempranti utilizzati sono tre:

  1. L’acqua allo stato puro è sconsigliata in quanto, a contatto con l’acciaio riscaldato, crea molto vapore e, inoltre, le bolle che genera potrebbero inficiare la struttura e quindi la durezza dell’acciaio;
  2. L’acqua in cui viene disciolto il sale sino ad ottenere la salamoia è un mezzo temprante migliore, poiché crea un buon ambiente per la formazione della martensite. Tuttavia, l’acciaio va risciacquato per evitare la corrosione causata dal sale.
  3. Gli oli minerali presentano il vantaggio di offrire un raffreddamento lento, ideale in alcuni casi. L’indurimento in questo caso è minore, ma l’acciaio temprato che ne risulta, proprio per la lentezza del raffreddamento, è meno fragile.

La fase di raffreddamento è particolarmente delicata nel caso di pezzi di acciaio di grande spessore, in quanto risulta complesso mantenere con un’unica operazione il medesimo stadio di temperatura su tutto il pezzo. Ecco perché in questo caso il raffreddamento viene eseguito in modo graduale per evitare uno sbalzo termico tra esterno ed interno del manufatto, con conseguenti spaccature dovute alla formazione della martensite.

In seguito al raffreddamento, il manufatto deve essere pulito per eliminare le impurità rilasciate sulla superficie dal mezzo di tempra. Questa operazione deve essere svolta prima di procedere con l’ultima fase, ovvero quella in cui l’acciaio viene normalizzato: il manufatto viene nuovamente riscaldato per affinarne la grana.

Caratteristiche dell’acciaio temprato

La martensite che si forma a seguito della fase di raffreddamento è una struttura caratterizzata da durezza e da un notevole carico di rottura. La tempra, che ne consente la formazione, conferisce all’acciaio resistenza alla trazione, incremento del limite elastico e della durezza.

In seguito al raffreddamento, inoltre, può essere eseguito un ulteriore trattamento detto “rinvenimento”, che migliora la resilienza, ovvero la resistenza agli urti. In questo caso, gli acciai vengono definiti “da bonifica” o “bonificati”.

Conclusi questi procedimenti, l’acciaio temprato sarà resistente agli urti, alla trazione, alla pressione, alla torsione e all’usura.

Date le proprietà acquisite, l’acciaio temprato viene lavorato per realizzare manufatti che sono sottoposti a continue sollecitazioni fisiche. Il suo impiego è quindi particolarmente diffuso, ad esempio, nell’industria di produzione dei macchinari, in quella automobilistica e chirurgica, che per i loro prodotti necessitano un notevole grado di durezza. La resistenza all’abrasione, invece, è la proprietà che rende l’acciaio temprato particolarmente idoneo alla realizzazione di macchine utensili e componenti di mezzi di trasporto.