Fluidi da trattamento termico: come e perché

Il trattamento termico riguarda il materiale allo stato solido che, attraverso una successione di operazioni, subisce uno o più cicli termici, con lo scopo di far raggiungere al manufatto le proprietà idonee al suo utilizzo. Lo stesso termine “termico”, rende evidente che si tratti di far variare la temperatura, variazione che viene attuata secondo velocità differenti, in funzione delle caratteristiche da raggiungere. I fattori chiave sono dunque la temperatura e la velocità, che giocano ruoli diversi nelle 3 fasi che costituiscono il trattamento:
• Riscaldo – Tanto più lento quanto più è complesso il pezzo, in modo da evitare l’instaurarsi di tensioni dovute ai gradienti termici. Il riscaldo deve avvenire in maniera il più possibile uniforme in tutto il pezzo
• Permanenza – Avviene a temperatura costante e garantisce che il manufatto raggiunga, in ogni punto, la temperatura e la struttura desiderate. Il tempo di permanenza è quindi fondamentale. La temperatura di regime può essere vista come una criticità e, pertanto, deve essere valutata con attenzione ai fini della riuscita del trattamento
• Raffreddamento – È la fase più importante ed è l’operazione per riportare il pezzo riscaldato a temperatura ambiente. La velocità di raffreddamento può variare da pochi gradi all’ora (in genere si tratta di raffreddamento in forno) a centinaia di gradi al secondo. Un’errata valutazione del raffreddamento è spesso causa di cricche e distorsioni, fino ad arrivare alla rottura del pezzo

Le fasi e i trattamenti

A seconda di come avvengono riscaldo, permanenza e raffreddamento, dalla denominazione generica “trattamento termico”, si passa ad altre, più precise, quali:
• Ricottura, che prevede un riscaldo inferiore a temperatura inferiore a quella di fusione, permanenza di durata opportuna e raffreddamento lento o in aria calma, spesso in forno
• Normalizzazione, un processo simile alla ricottura, ma con raffreddamento più rapido. Nel caso degli acciai, il riscaldamento avviene ad una temperatura poco superiore a quella di austenitizzazione, con un mantenimento intorno ai 15 minuti, e successivo raffreddamento in aria calma. La struttura finale è uniforme e a grano fine
• Rinvenimento, un trattamento termico con un riscaldamento seguito da raffreddamento a velocità controllata, generalmente in aria calma. Viene eseguito su pezzi temprati per ottenere strutture meno dure ma più tenaci o per eliminare tensioni interne dovute alla tempra
• Distensione, un trattamento termico con un riscaldamento (150÷210°C, per gli acciai), con raffreddamento lento che provoca una leggera riduzione delle tensioni interne, senza penalizzare troppo la durezza. Talvolta è considerata un particolare tipo di rinvenimento
• Bonifica, un trattamento termico che in realtà è un insieme di trattamenti termici, cioè tempra, con raffreddamento in olio, seguita da un rinvenimento ad una temperatura tale da ottenere la struttura desiderata. La tempra porta alla formazione di una struttura ad elevata durezza e notevole carico di rottura, ma con una resilienza piuttosto bassa che può dar luogo a rotture in seguito a urti. Data la pericolosità di questi fenomeni, che potrebbero portare ad un collasso praticamente istantaneo della struttura, i manufatti vengono sottoposti a rinvenimento. Scegliendo opportunamente sia la temperatura di rinvenimento che la durata del trattamento, si possono ottenere le caratteristiche desiderate
• Tempra, un trattamento termico che comprende un riscaldo alla temperatura di austenitizzazione, una permanenza fino a raggiungere l’equilibrio termico strutturale, ed un raffreddamento ad una velocità tale da permettere la trasformazione in martensite, struttura di elevata durezza e resistenza meccanica

Fra tutti questi trattamenti, l’unico in cui viene utilizzato un fluido “oleoso” di raffreddamento è proprio il trattamento di tempra. Infatti, in funzione della velocità di raffreddamento, si posso utilizzare lubrificanti interi, cioè oli interi, non solubili in acqua, con diverse caratteristiche e viscosità, o, in alternativa, prodotti solubili in acqua, generalmente classificati come polimeri di trattamento.