Problemi Tempra HS e HSS

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Aldebaran
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Problemi Tempra HS e HSS

Messaggio da Aldebaran »

Nei seguenti Thread e Post:

1. Acciaio Sheffield "Alta Velocita'".

2. Progetto Rasoio a Mano libera.

Si e' discusso su come sia difficile forgiare degli acciai HS e HSS ovvero rapidi e super-rapidi.

In questi altri invece, si spiega come la sabbia o le ceneri calde siano consigliate siano consigliate nelle fasi ultime della fucinatura.

A) Trattamento Acciai al Carbonio

B) Damasco Perret

Le parole di Andreat63 in questo Post mi hanno fatto riflettere su come incamerare uniformemente il calore per non disperderlo, affinche' non si vada ad inficiare negativamente sul risultato finale.

La particolarità degli acciai rapidi e super-rapidi (M2,M35),come mi insegnate, è proprio quella di mantenere elevata durezza anche alle alte temperature, grazie all'aggiunta di elevati tenori di Mo, W e Co e V (quest'ultimo in un'era piu' moderna) Mo e W formano carburi duri molto resistenti alla coalescenza. Il molibdeno in tal senso ha un efficacia doppia rispetto al Tungsteno.

Gli acciai Hs e Hss (rapidi e superrapidi) sono realizzati per mantenere inalterata la durezza ad elevate temprature di esercizio (fino a 500-600°C, a seconda della composizione dell'acciaio e delal tempratura di rinvenimento usata).

Gli acciai Hs e Hss infatti sono utilizzati per atrezzi da taglio che, per via dell'attrito e/o dell'alta veloctà di taglio, possono riscaldarsi molto.

Punte da trapano, di frese, lame di seghetti per metalle ferrosi, ecc sono generalmente in acciai Hs e Hss.

Inoltre questi acciai hanno un alto tenore di carburi (in larga parte secondari) che li rendono molto resistenti all'usura ma diminuiscono anche la loro resilienza e deformabilità.

Quindi, generalmente, gli acciai Hss e Hs sono difficili da ricuocere, difficili da lavorare (di più o di meno in base al loro tenore di carburi) e con una resilienza non molto elevata.

Un metodo per ricuocere questi acciai, quando si vogliono ricuocere pezzi temprati, per poi rilavorali, è effettuare uno o più rinvenimenti ad alte temperature, attorno ai 700-750°C. E' una sorta di ricottura di coalescenza.

Per temprare bene un acciaio di questo tipo bisogna sapere la sua composizione e quindi la sua sigla (UNI, AISI, DIN, ecc)

Se vi state domandando perchè tali acciai mantengono inalterata la loro durezza anche per temprature di eserciio elevate (550-600°C) il motivo è questo:

-Hanno un elevato tenore di elementi di lega formatori di carburi duri.
-Tali elementi di lega sono Cr, V, W, Mo
-Quando si austenizzano gli acciai Hs e Hss si potano in soluzione nell'austenite una buona quantità di carbonio e d questi elementi di lega formatori di carburi
-Si eseguono rinvenimenti multitpli a temprature elevate (500-600°C in base alla composizione dell'acciaio ed alla durezza che si vuole ottenere).
-Rinvenendo a quelle temprature la matrice diventa ferritica, precipitano carburi secondari (di Mo, V, W e Cr in base alla composzione dell'acciaio) di forma sferoidale e l'austenite reidua (o parte di essa) si trasforma in martensite (rinvenuta).
- Questi carburi sono molto duri e fini. La loro precipitazione causa un notevole incremento della durezza dell'acciaio, della esistenza mccanica (Re e Rm) e della resistenza all'usura
-Questi carburi inoltre sono molto resistenti alla coalescenza, ovvero all'ingrossamento. E' proprio l'ingrossamento dei carburi secondari che, da temprature di rinvenimento di 500-550°C circa sino ad Ac1 provoca la diminuzione della durezza.

Quindi la durezza di tali acciai rimane elevata anche se scaldati a temprature elevate (500-600°C) perchè i precedeti rinvenimenti hanno permesso la precipitazione di questi carburi e la durezza dell'acciaio, dopo tale precipitazione, diminuisce solamente con l'igrossamento delle dimensioni di questi carburi.

Tali carburi però si ingrandisono molto lentamente in funzione della tempratura e quindi la durezza tende ad abbassarsi in maniera considerevole solo a temperature elevate (attorno ai 650-750°C, in base alla composizione dell'acciaio) e per tempi di mantenimento (a tali T) "considerevoli".


Dalle Tabelle sugli Acciai presenti nel nostro forum si evince che in linea di massima i materiali suddetti possono essere trattati nel seguente modo,data la loro complessa composizione chimica:

Composizione:(in percentuale)
C - 0,91
Si - 0,45
Mn - 0,40
Cr - 4,15
Ni - 1,90
V - 6,30
Co - 4,75

Preriscaldamento a 870 gradi fino a raggiungimento omogeneo della temperatura e poi austenizzazione a 1180 gradi di 5-15min.
Tempra in olio o in sali e di tre rinvenimenti di 500°C.


La differenza tra HS e HSS sta nel tenore di Co.

Per gli HSS quindi si registra una maggior resistenza della durezza alle alte temperature.

L'incremento di durezza alle temperature di rinvenimento di circa 450-550°C è tipico non solo degli HS e HSS ma in generale per tutti gli altogati, soprattutto quelli conteneti buoni-elevati tenori di elementi di lega che danno origine a carburi.


L'incremento di durezza alle alte temperature è dovuto al fatto che si ha la precipitazione dei carburi duri (di Mo, W, V, Cr, ecc). Si forma una struttura molto simile ala sorbite (che si forma egli acciai bassolegati circa alle stesse temperature),ma ne caso degli altolegati non si ha la precipitazione della cementite ma dei carburi sopracitati.

Tali carburi hanno maggiore resistenza alla coalescenza (in particolare Mo e W, sopratutto in presenza di elevati tenori di Co) e maggiore durezza e maggiore durezza rispetto alla cementite.

L'effetto "secondario" ma ugualmente importante del rinvenimento a tali temperature è quello di impoverire gradualmente di C e di altri elementi di lega l'austenite residua, innalzandone di conseguenza l'orizzonte Mf e permettendo quindi la sua trasformazione martensitica. Due rinvenimenti in tali intervalli di T dovrebbero bastare per trasformare tutta l'austenite residua in martensite e un ulteriore rinvenimento favorirebbe la trasformazione della martensite TCC in martensite rinvenuta.

Per gli HS e HSS quindi si consiglia vivamente di fare i rinvenimenti alle alte temperature per questo motivo, in modo da sfruttare la massima durezza, resistenza all'usura e resistenza e capacità di mantenere alte durezza ad elevate temperature.

Da notare che però rinvenendo in tale intervallo si ha una diminuzione della resistenza ala corrosione e ossidazione proprio perchè si ha anche la precipitazione dei carburi di cromo.

Per questo motivo, per gli altolegati, si consiglia, qualora si voglia mantenere la massima resistenza a corrosione e ossidazione, di rinvenire a temperature inferiori all'intervallo di indurimento secondario.



Anche in fase di riscaldamento si registra il fenomeno di isteresi (in misura molto minore rispetto a quello durante il raffreddamento) e questo, per riscaldamenti troppo veloci, si traduce in uno spostamento a temperature più elevate del limite Ac1 (quello che si considera per l'austenizzazione degli acciai presi in esame, essendo ipereutettoidi).

La sosta a 850°C ha la funzione di evitare shock termici in fase di riscaldamento e per permettere una migliore diffusione degli elementi di lega (difatti la velocità di diffusione degli atomi di Mo, W, Cr, ecc è più lenta rispetto a quella degli atomi di C).

Da tener presente che una maggiore temperatura di tempra permette di far entrare in soluzione un maggior contenuto di carburi e quindi di sfruttare al meglio l'indurimento secondario.

IL problema negli HS e HSS non è solo l'elevata T (temperatura)di tempra necessaria ma anche i tempi di mantenimento lunghi, necessari per portare in soluzione la maggior parte dei carburi (anche se comunque un parte di carburi complessi rimane sempre e comunque indisciolta), vista anche la minor velocità di diffusione dei vari alliganti.

Per gli HS e HSS comunque il rinvenimento viene fatto nell'intervallo di indurimento secondario proprio per favorire la completa precipitazione dei carburi e sfruttare al meglio le potenzialità dell'acciaio, mantenendo durezza e resilienza elevata in senso assoluto e, in particolare, alle alte temperature.
Inoltre, rinvenendo nell'intervallo di indurimeno secondario si riesce ad eliminare in maniera efficace (eseguendo una serie di rinvenimenti multipli-3) l'austenite residua (trasformandola prima in martensite TCC e poi in martensite rinvenuta) ed eliminare le tensioni interne (dato che la cella torna CCC), migliorando anche la tenacità (che comunque, in generale, per gli acciai rapidi e super rapidi è abbastanza bassa).
Il riscaldamento troppo veloce, soprattutto per gli acciai HS e HSS non solo può provocare stress termici, ma innalza il limite Ac1 per il fenomeno di isteresi (anche se l'isteresi in fase di riscaldamento è molto meno marcata rispetto a quanto avviene durante il raffreddamento).
L'isteresi è la variazione dei punti di trasformazione. E' proprio grazie ai fenomenti di isteresi che l'acciaio può assumere, tramite adeguati raffreddamenti, struttura martensitica, bainitica o troositica.

Per la lavorazione di tali acciai penso sia utile un forno elettrico che mantenga i 500°C per un ora senza oscillazioni enormi come i normali forni per cucinare, che tra l'altro raramente superano i 250°C. Si potrebbe portare a 500°C una massa di sabbia o sali , adatti ad assorbire omogeneamente la temperatura ed a mantenerla per un periodo di tempo prolungato. Si vendono i sali per rinvenire gli acciai di tutti i tipi, e per quei trattamenti particolari tipo marquenching e austempering, che lavorano in diversi intervalli di temperatura in base al tipo.

Altri acciai che si trattano come l'M35:

Tutti gli acciai altolegati contenti sufficienti tenori di elementi di lega formatori di carburi e carbonitruri (Mo, V , W, Cr principalmente ma anche Nb, Ta, Ti, N e Al) sono soggetti a indurimento secondario.

Quindi anche gli acciai inossidabili martensitici, tra cui il VG10.

Per quest'ultima categoria di acciai però sarebbe bene fare qualche considerazione in più.

Difatti favorendo la precipitazione dei carburi duri, tra cui quelli di Cr, diminuisce la quantità di cromo libero, quello che forma la pellicola protettiva di ossido (trasparente) tipica degli acciai inossidabili.

Inoltre è il cromo libero che aumenta la microseghettatura del filo, e non i carburi di Cr.

Quindi, rinvenendo nell'intervallo di temperature alle quali si ha il fenomeno di indurimento secondario, si registra una diminuzione di resistenza a ossidazione e corrosione ma migliora la tenuta de filo.

Da tener presente che i carburi di vanadio precipitano in maniera preferenziale rispetto a quelli di cromo.

Link: http://www.metalravne.com/selector/steels/brcmo.html *

*Note:
Per l'M35 la prima traiettoria di raffreddamento (a sinistra, la più veloce) fa registare uan durezza inferiore perchè si parte da una temperatura di austenizzazione un po' troppo bassa.

Rimane comunque vero che per alcuni acciai (come ad esempio il K340 della Bohler Uddeholm) per raffreddamenti troppo veloci si abbia una diminuzione di durezza, perchè aumenta la quantità di austenite residua presente dopo lo spegnimento.

Infine, notare come in questa foto di un Wostenholm (Sheffield) sia presente sulla lama la scritta "Dubly Carbonized".

Immagine

http://holli4pirating.wordpress.com/200 ... meback-70/

Forse e' stato trattato termicamente con i processi sopra citati?
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