Come lavorare l’acciaio? La guida di Xometry alle tecnologie di indurimento

L’acciaio, un materiale cardine per molte industrie, può essere reso estremamente resistente e durevole attraverso vari processi di indurimento. Questi metodi, che spaziano dalla lavorazione a freddo all’indurimento per diffusione, permettono di ottenere caratteristiche meccaniche specifiche che rispondono alle esigenze di settori come l’automotive, l’aerospace e la robotica. Ecco una panoramica dei principali metodi, con esempi di componenti prodotti con queste tecniche. 

Lavorazione a Freddo

La lavorazione a freddo rappresenta un processo fondamentale per alterare le proprietà meccaniche dei metalli. Questo metodo coinvolge la deformazione del metallo a temperature inferiori al suo punto di fusione. L’effetto principale? Un aumento significativo della resistenza a trazione e della durezza, mentre la plasticità e la capacità del materiale di deformarsi diminuiscono.

Un esempio tipico di componenti ottenuti tramite lavorazione a freddo sono i fili d’acciaio ad alta resistenza, utilizzati in cavi di tensione e nelle molle per veicoli. Anche la lavorazione lamiera sfrutta spesso la lavorazione a freddo per creare pezzi come pannelli e strutture per l’industria automobilistica e aerospaziale, dove la precisione e la resistenza sono essenziali.

Indurimento per Soluzione Solida

L’indurimento per soluzione solida si ottiene aggiungendo elementi leganti al metallo base. Questo processo forma una soluzione solida che, una volta solidificata, vede il metallo indurirsi grazie alla presenza degli atomi del legante nel reticolo cristallino.

Componenti prodotti tramite indurimento per soluzione solida includono parti di turbine e motori, dove le leghe ad alta resistenza sono essenziali per operare sotto condizioni estreme. La lavorazione CNC è fondamentale in questi processi, consentendo la creazione precisa di componenti complessi e resistenti, come palette di turbine e ingranaggi ad alta resistenza.

Tempra e Rinvenimento

La tempra, o trasformazione martensitica, è un processo cruciale per ottenere un acciaio estremamente duro. L’acciaio viene riscaldato oltre la sua temperatura critica fino al range dell’austenite e poi raffreddato rapidamente, spesso tramite immersione in acqua, olio o sali fusi. Questo rapido raffreddamento induce la formazione della “martensite”, una struttura cristallina piuttosto fragile. Per ridurre questa fragilità, si ricorre al rinvenimento, un processo che allevia le tensioni interne e ottimizza la durezza finale.

Prodotti tipici ottenuti attraverso tempra e rinvenimento includono utensili di taglio come frese e trapani, che richiedono un’elevata durezza per mantenere il filo durante l’uso. Anche in questo caso, la lavorazione CNC è essenziale per produrre questi utensili con precisione e uniformità.

Indurimento Superficiale

Per componenti come alberi a gomito e cuscinetti, che richiedono superfici particolarmente resistenti all’usura, l’indurimento superficiale è la soluzione ideale. Questo metodo crea una superficie dura, preservando un nucleo più morbido e resistente agli urti. Esistono diversi approcci:

Indurimento a Induzione e a fiamma: Questo trattamento termico rapido riscalda solo la superficie del metallo, seguito da un raffreddamento altrettanto rapido, inducendo la formazione di martensite sulla superficie. Questo processo è spesso utilizzato per creare ingranaggi e alberi motore, componenti critici nell’industria automobilistica.

Indurimento per diffusione (nitrurazione): In questo processo, l’acciaio viene trattato termicamente e poi esposto a un’atmosfera di ammoniaca. Gli elementi leganti come alluminio e cromo formano nitruri sulla superficie, aumentando la durezza e la resistenza all’usura. Esempi tipici includono componenti per macchine utensili e valvole di motore.

Carburazione: Esponendo l’acciaio a un’atmosfera ricca di carbonio ad alta temperatura, si forma una superficie martensitica dura e resistente all’usura dopo la tempra. Questo metodo è utilizzato per creare elementi come ruote dentate e componenti per trasmissioni, che devono resistere a elevati carichi e usura.