CAP 05 acciai rapidi-tempra bainitica o austempering degli

100
Temperatura di mantenimento °C
Trasformazione isoterma (%)
260
75
205
50
175
25
0
0
95
4
8
12
16
20
24
Durata alla temperatura di trasformazione (ore)
Figura 5.97. (Pope). Trasformazione isoterma in funzione della
durata dell’interruzione del raffreddamento dalla temperatura di
rinvenimento dell’acciaio rapido 610 (T1) temprato da 1290 °C e
rinvenuto per 2,5 ore a 560 °C.
Le strutture finali possibili sono costituite da:
• 80 % di bainite primaria + secondaria, 10÷15 % di mar-
tensite rinvenuta e 5÷10 % di carburi indisciolti;
• 50 % di bainite primaria, 40÷45 % di martensite rinvenuta e 5÷10 % di carburi indisciolti;
• 15÷20 % di bainite secondaria, 70÷80 % di martensite
rinvenuta e 5÷10 % di carburi indisciolti.
Le tipiche curve dilatometriche per la trasformazione
isotermica della bainite primaria e secondaria sono illustrate
in figura 5.98.
160
Dilatazione (mm/mm) x 104
Tempra bainitica o austempering degli acciai rapidi
È stato già detto che, mantenendo isotermicamente un
acciaio rapido durante la tempra a temperatura di 150÷370
°C, avviene una parziale trasformazione che porta a una
struttura con il 55 % di bainite e il resto d’austenite residua.
Questa bainite è definita bainite primaria, per distinguerla
dalla bainite secondaria che si forma dall’austenite residua
al raffreddamento dopo rinvenimento, se è interrotto nello
stesso intervallo di temperatura, tale da permettere
un’ulteriore trasformazione isotermica.
Cohen e Strassburg hanno dimostrato che la variazione
volumetrica che avviene con la trasformazione bainitica è
più piccola di quella che accompagna un’ugual quantità di
trasformazione martensitica e con Baer, Payson e Nehrenberg confermano che l’intensità delle tensioni è molto minore negli acciai temprati isotermicamente.
Per la maggior parte degli acciai rapidi indicati in tabella 5.02 la temperatura ideale di formazione della bainite
primaria è 260 °C. La permanenza per almeno 4 ore è adeguata per la formazione di almeno il 50 % di bainite, con
raggiungimento di una durezza di 57÷58 HRC dopo raffreddamento a temperatura ambiente. Poi l’acciaio dovrebbe essere rinvenuto due o tre volte per convertire l’austenite
residua in martensite. Il triplo rinvenimento è necessario
quando l’austenite residua è più stabile del normale dopo la
permanenza isotermica a 260 °C. Comunque, dopo la tempra normale o quella bainitica si può formare bainite secondari dall’austenite residua tramite rinvenimento di 4 ore a
560 °C, raffreddamento a 260 °C e permanenza per altre 4
ore. Anche in questo caso la trasformazione non sarà probabilmente completa e richiederà un doppio rinvenimento
per completarsi.
L’influenza della durata alle varie temperature di trasformazione per la formazione della bainite secondaria è
illustrata in figura 5.97. La trasformazione isotermica non si
completa in 24 ore anche alla temperatura ottimale e per gli
acciai al cobalto, nemmeno dopo 48 ore. Comunque, la
permanenza di un’ora a 260 °C trasforma isotermicamente
circa il 50 % d’austenite residua e la permanenza di 4 ore
fino al 75 %.
Permanenza
2h
4h
120
4h
80
Martensite
d
Bainite
secondaria
2
a1
90
°C
4h
Bainite
40 primaria
0
0
100
200
300
400
Temperatura (°C)
500
600
Figura 5.98. (Baer e Nehrenberg). Curve composite dilatazione temperatura che mostrano il progredire della trasformazione durante la tempra bainitica dell’acciaio rapido 610 (T1).
Strassburg raccomanda trattamenti analoghi con permanenze più brevi (3 invece di 4 ore) per gli acciai rapidi basso legati, come quelli frequentemente usati in Europa per
applicazioni non critiche. Le ricerche su questi acciai hanno
usato le seguenti composizioni:
Designazione
ABC II
ABC III
C
0,8
1,0
Composizione (% p.p.)
W
Mo
Cr
9,0
1,0
4,0
3,0
2,8
4,0
V
1,8
2,5
Petersen ha trovato che la bainite secondaria dà un leggero addolcimento dell’acciaio e migliora del 10 % la resistenza a rottura a torsione, del 45 % la deformazione totale
a torsione e del 120 % la resistenza a torsione dinamica di
un acciaio 610 (T1), temprato da 1290 °C e mantenuto per
20 ore a 200 °C dopo normale rinvenimento.
Gli acciai così temprati possiedono la stessa resistenza
al rinvenimento e apparentemente la stessa durezza a caldo
di quelli temprati convenzionalmente. Le prove di taglio
condotte su molti acciai, inclusi i tipi 610 (T1), 611 (T2),
620 (T4), 621 (T5), 622 (T6), 624 (T8), 630 (M1), 631
(M10) e 650 (M2), hanno evidenziato un miglioramento del
taglio continuo quando è presente bainite primaria e del taglio interrotto quando è presente la bainite secondaria. Non
tutti gli acciai rispondono allo stesso modo; i tipi al cobalto
e molibdeno mostrano un miglioramento più marcato di
quelli al tungsteno, che con nessun trattamento mostrano un
miglioramento dell’efficienza di taglio in condizioni intermittenti.

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