Il trattamento termico è una fase cruciale nei processi di lavorazione di materiali come acciaio, gomma, plastica e metalli.
Tale processo – se effettuato correttamente – va a migliorare le proprietà fisiche e chimiche del materiale, garantendo prestazioni migliori.
Nonostante i notevoli vantaggi, è ovviamente essenziale poter eseguire i trattamenti necessari in sicurezza, nel rispetto delle normative vigenti, garantendo la salvaguardia degli operatori.
Vediamo quindi in cosa consiste questa lavorazione, a cosa e a chi serve il trattamento termico e i suoi ambiti di utilizzo, ma anche come garantire il rispetto delle misure di sicurezza.
Cosa si intende per “trattamento termico”?
Il trattamento termico è un processo che prevede il riscaldamento e il raffreddamento controllato di un materiale, col fine di modificarne le proprietà fisiche e chimiche.
Tale procedimento viene comunemente utilizzato per migliorare alcune caratteristiche del materiale, come durezza, resistenza, flessibilità o altre peculiarità fondamentali, per rendendolo più adatto per specifici impieghi industriali.
A cosa serve il trattamento termico?
Il fine del trattamento termico può variare a seconda dell’obiettivo, in quanto punta a ottimizzare le prestazioni del materiale in base a uno specifico impiego successivo.
Ad esempio, nell’industria metallurgica, il trattamento termico viene utilizzato per aumentare la resistenza all’usura o ridurre le tensioni interne.
Nella lavorazione della plastica o della gomma, invece, può servire a stabilizzare il materiale o renderlo più malleabile per la modellatura.
Quali sono i principali trattamenti termici?
I trattamenti termici possono essere suddivisi in base al materiale trattato e agli scopi del processo.
- Trattamento termico della gomma
La vulcanizzazione è un trattamento termico specifico per la gomma. Consiste nel riscaldamento del materiale, in presenza di zolfo o altri agenti chimici, per aumentare elasticità e resistenza. Questo processo è essenziale nella produzione di pneumatici, guarnizioni e articoli tecnici in gomma.
- Trattamento termico e ricottura dei metalli
Nel caso dei metalli, i trattamenti termici includono processi come la tempra, la ricottura e la normalizzazione. La ricottura, ad esempio, comporta il riscaldamento del metallo a una temperatura elevata e il suo raffreddamento lento, riducendo le tensioni interne e migliorando la lavorabilità.
- Trattamento dei fogli di plastica
Per i materiali plastici, il trattamento termico serve spesso a eliminare tensioni accumulate durante il processo di stampaggio o estrusione. Questi trattamenti migliorano la stabilità dimensionale e la durata del prodotto finito.
Ambiti di utilizzo dei trattamenti termici
Il trattamento termico trova applicazione in numerosi settori, tra cui soprattuto:
- l’industria metallurgica, per migliorare le proprietà degli acciai e delle leghe.
- Il settore automotive, per la produzione di componenti resistenti e durevoli.
- L’industria della gomma, per la creazione di prodotti elastici e robusti.
- Il settore plastico, per la produzione di componenti tecnici e packaging.
Ma come avviene realmente il processo? Si può ottenere lo stesso risultato anche in modi diversi? Il tipo di trattamento termico dipende dal materiale?
Esistono diversi modi per effettuare un trattamento termico?
Esistono più tipologie di trattamenti termici, ciascuno con modalità e temperature specifiche.
- Tempra
Riscaldamento del materiale a una temperatura elevata (oltre la sua temperatura critica) seguito da un raffreddamento rapido, spesso in acqua, olio o soluzioni polimeriche.
Obiettivo: aumentare la durezza e la resistenza all’usura.
Applicazioni tipiche: utensili da taglio, componenti meccanici soggetti a forte usura.
- Rinvenimento
Eseguito dopo la tempra, riscaldando il materiale a una temperatura inferiore (di solito tra 150°C e 650°C) e raffreddandolo lentamente.
Obiettivo: ridurre la fragilità indotta dalla tempra e aumentare la resilienza.
Applicazioni tipiche: componenti di macchine, molle, ingranaggi.
- Ricottura
Riscaldamento del materiale a una temperatura determinata e il successivo raffreddamento lento, spesso in forno.
Obiettivo: ridurre le tensioni interne, aumentare la duttilità e migliorare la lavorabilità.
Applicazioni tipiche: lamiere, tubi, componenti destinati a ulteriori lavorazioni meccaniche.
- Normalizzazione
Simile alla ricottura, ma il raffreddamento avviene all’aria, in modo più rapido rispetto alla ricottura.
Obiettivo: uniformare la microstruttura del materiale e migliorare le proprietà meccaniche.
Applicazioni tipiche: strutture saldate, pezzi fucinati o laminati.
- Cementazione
Trattamento termochimico che consiste nell’arricchire la superficie del metallo con carbonio attraverso un riscaldamento in ambiente controllato.
Obiettivo: aumentare la durezza superficiale mantenendo un nucleo tenace e duttile.
Applicazioni tipiche: componenti sottoposti a usura superficiale, come ingranaggi e alberi motore.
- Nitrurazione
Arricchisce lo strato superficiale del metallo con azoto a temperature moderate, senza necessità di raffreddamento rapido.
Obiettivo: migliorare la durezza superficiale e la resistenza alla corrosione.
Applicazioni tipiche: utensili e componenti meccanici di precisione.
Combina tempra e rinvenimento per ottenere una combinazione ottimale di durezza e tenacità.
Obiettivo: ottimizzare le proprietà meccaniche per applicazioni che richiedono resistenza a fatica e flessione.
Applicazioni tipiche: alberi, perni, ruote dentate.
- Austempering e martempering
Varianti della tempra con raffreddamento controllato.
Nell’austempering è il raffreddamento interrotto in un bagno di sali o oli a temperatura controllata, per ottenere una microstruttura bainitica.
Nel martempering viene invece effettuato un raffreddamento rapido, con successivo mantenimento a temperatura media, prima di un ulteriore raffreddamento lento.
Obiettivo: ridurre le deformazioni e le tensioni interne rispetto alla tempra tradizionale.
Oltre alla cementazione e alla nitrurazione, esistono poi anche altre tecniche più specifiche, come la carbonitrurazione (introduzione combinata di carbonio e azoto) e la boronatura (diffusione di boro per ottenere una superficie super-resistente all’usura e alla corrosione).
Non esiste quindi un metodo più o meno corretto mettere in atto i trattamenti termici, esso deve essere scelto in base al tipo di materiale e alle proprietà che si desidera ottenere nel prodotto finale.
A proposito di materiale, oggi ci concentreremo principalmente sui metalli!
Come avviene il trattamento termico degli acciai?
Il trattamento termico degli acciai richiede un controllo rigoroso delle temperature e delle tempistiche.
Il processo può essere riassunto in 3 fasi principali:
- riscaldamento
- mantenimento
- raffreddamento
A tal scopo sono diversi i macchinari utilizzati, tra cui principalmente alcune tipologie di forni.
Il trattamento termico con forni di verniciatura
Un approccio innovativo al trattamento termico è l’uso dei forni di verniciatura, che consentono di combinare il riscaldamento controllato con il rivestimento superficiale dei materiali.
Questi forni sono particolarmente utili nell’industria automotive e nella produzione di elettrodomestici, ma cosa bisogna fare per avere la garanzia che siano macchinari sicuri? Qui entra in gioco la normativa Atex.
Trattamento termico e sicurezza degli operatori, nel rispetto delle normative ATEX
Come dicevamo, la sicurezza degli operatori durante il trattamento termico è fondamentale.
Qualsiasi macchinario deve garantire la piena sicurezza, secondo le prescrizioni della normativa ATEX, per la prevenzione dei rischi da scoppio e incendio.
Le normative ATEX (Atmosphères Explosibles) sono direttive europee che regolano la progettazione, l’installazione e l’uso di apparecchiature in ambienti a rischio esplosione. Tali direttive stabiliscono criteri di sicurezza per evitare incidenti, proteggendo sia gli operatori che gli impianti industriali.
Il trattamento termico degli acciai, ma anche di altri materiali, è un processo cruciale per migliorare le proprietà dei prodotti, ma è essenziale garantire la sicurezza degli operatori e rispettare normative come le ATEX.
Affidarsi a impianti certificati e a professionisti qualificati è il modo migliore per ottenere risultati eccellenti senza rischi!