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Che cos'è il trattamento termico

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Processo di base del trattamento termico

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Il trattamento termico dei metalli comprende il riscaldamento, l'isolamento e il raffreddamento, che ne modificano la microstruttura interna per ottenere le proprietà fisiche e meccaniche desiderate.

Gli atomi dei metalli sono disposti in modo particolare e vengono colpiti dall'energia termica senza distruggere la loro struttura solida. La maggior parte dei solidi metallici esiste in natura sotto forma di cristalli. Quando i metalli si raffreddano, gli atomi iniziano a riunirsi per formare dei grani.

Il trattamento termico prevede tre fasi fondamentali: riscaldamento, isolamento e raffreddamento. I diversi metodi di trattamento termico operano in modo diverso in queste tre fasi.

Riscaldamento: Il riscaldamento di un metallo a una temperatura specifica ne modifica la struttura interna. Ad esempio, il ferro viene riscaldato allo stato rovente durante la forgiatura degli utensili.

Isolamento: Mantenimento di un metallo a una temperatura specifica per un certo periodo di tempo per stabilizzarne ulteriormente la struttura interna.

Raffreddamento: Controllando la velocità di raffreddamento, è possibile modificare le dimensioni dei grani del metallo e le tensioni interne, regolando così le sue proprietà. Ad esempio, il raffreddamento rapido di un metallo riscaldato può renderlo più duro ma più fragile.

Principi del trattamento termico

Principi del cambiamento di fase:

Cambiamento di fase allo stato solido: I materiali metallici subiscono cambiamenti di fase entro uno specifico intervallo di temperatura e una struttura cristallina si trasforma in un'altra. Ad esempio, l'acciaio si trasforma da ferrite (struttura cubica a corpo centrato) ad austenite (struttura cubica a facce centrate) quando viene riscaldato, e a martensite (struttura tetragonale a corpo centrato) quando viene raffreddato.

Processo di diffusione: Ad alte temperature, gli atomi si diffondono più facilmente, rendendo più uniforme la distribuzione dei diversi elementi all'interno del metallo e migliorando così le proprietà del materiale.

Cambiamento della struttura dei grani:

Ricristallizzazione: Riscaldando a una certa temperatura (temperatura di ricristallizzazione), i grani deformati possono formare nuovi grani equilateri privi di deformazioni, eliminando così l'indurimento da lavoro.

Crescita dei grani: Durante il periodo di mantenimento ad alta temperatura, i grani crescono. La crescita dei grani riduce la durezza e la resistenza del materiale, ma aumenta la plasticità e la tenacità.

La dimensione dei grani influisce sulle proprietà del metallo:

Grani grandi: Gli atomi si muovono più facilmente tra loro, rendendo il metallo più morbido.

Grani piccoli: È più difficile che gli atomi si muovano tra loro, rendendo il metallo più duro.

Controllando la temperatura di riscaldamento e la velocità di raffreddamento, è possibile regolare la dimensione dei grani, controllando così la durezza e la tenacità del metallo.