TRATTAMENTO TERMICO
Il trattamento termico è un processo termico controllato utilizzato per modificare la microstruttura metallurgica dell’acciaio e ottenere le proprietà meccaniche richieste. A seconda del processo utilizzato, il trattamento termico può migliorare la resistenza, la durezza, la tenacità, la resistenza all’usura e il comportamento di un elemento di fissaggio alle temperature elevate.
PANORAMICA DEI PROCESSI DI TRATTAMENTO TERMICO
Il processo di trattamento termico appropriato dipende dalla composizione dell’acciaio, dalle dimensioni dell’elemento di fissaggio, dalla classe di resistenza richiesta e dall’applicazione prevista.
| Processo | Temperatura o metodo indicativo | Scopo | Applicazioni tipiche negli elementi di fissaggio |
|---|---|---|---|
| Ricottura | Poco al di sotto di 721°C | Ammorbidisce e sferoidizza l’acciaio per facilitarne la formatura | Vergella e semilavorati prima della formatura a freddo |
| Normalizzazione | 800–920°C, seguita da raffreddamento all’aria | Affina la struttura a grano grosso formatasi dopo la lavorazione a caldo | Semilavorati laminati o forgiati a caldo |
| Distensione | 550–650°C | Riduce le tensioni residue generate durante la formatura a freddo | Elementi di fissaggio formati a freddo di classi di resistenza inferiori, quando specificato |
| Tempra | Generalmente oltre 800°C, seguita da raffreddamento rapido | Forma una microstruttura martensitica dura | Prima fase della tempra e del rinvenimento |
| Rinvenimento | Circa 200–650°C | Riduce la fragilità e regola durezza e tenacità | Eseguito dopo la tempra |
| Bonifica | Tempra e raffreddamento rapido, seguiti da rinvenimento a circa 340–650°C | Combina un’elevata resistenza con tenacità e duttilità sufficienti | Classi di resistenza 8.8, 10.9 e 12.9 |
| Cementazione | Atmosfera ricca di carbonio, seguita da tempra | Crea una superficie dura e resistente all’usura con un cuore più tenace | Viti autofilettanti, formatrici e maschianti, viti per pannelli truciolari e alcune viti autoperforanti |
| Tempra a induzione | Riscaldamento localizzato a induzione ad alta frequenza, seguito da raffreddamento rapido | Fornisce durezza e resistenza all’usura localizzate | Barre filettate e componenti speciali |
Nota: Le temperature sono indicative. Il ciclo esatto dipende dalla composizione dell’acciaio, dalle dimensioni dell’elemento di fissaggio, dall’attrezzatura utilizzata, dalle proprietà richieste e dalla norma di prodotto applicabile.
RICOTTURA
L’acciaio viene mantenuto per diverse ore a una temperatura appena inferiore a 721°C e successivamente raffreddato lentamente. Durante questo processo, la struttura passa da perlite lamellare dura a perlite globulare o sferoidizzata più morbida. In questo modo si ottiene una condizione del materiale particolarmente adatta alla formatura a freddo e ad altre operazioni di deformazione.
NORMALIZZAZIONE (RICRISTALLIZZAZIONE)
L’acciaio viene riscaldato per un periodo controllato a una temperatura compresa tra circa 800°C e 920°C e successivamente raffreddato all’aria. Questo trattamento affina la struttura a grano grosso che può formarsi in seguito a processi come la laminazione o la forgiatura a caldo. La riduzione della dimensione del grano può migliorare il limite di snervamento e la resistenza all’urto senza ridurre in modo significativo la resistenza alla trazione.
DISTENSIONE
La formatura a freddo introduce nel materiale tensioni residue e incrudimento. Riscaldando gli elementi di fissaggio in acciaio a una temperatura compresa tra circa 550°C e 650°C per un periodo controllato, è possibile ridurre gran parte di queste tensioni residue. Gli elementi di fissaggio vengono quindi raffreddati lentamente e uniformemente per evitare la formazione di nuove tensioni termiche. A seconda del materiale e del processo produttivo, questo trattamento può essere utilizzato per determinati elementi di fissaggio formati a freddo appartenenti a classi di resistenza inferiori.
TEMPRA
Quando un acciaio con un contenuto di carbonio sufficiente viene riscaldato oltre la temperatura critica di trasformazione — spesso oltre 800°C per gli acciai utilizzati negli elementi di fissaggio — e successivamente raffreddato rapidamente in olio, acqua o un altro mezzo adeguato, può formarsi una microstruttura martensitica dura ma fragile.
La durezza ottenuta dipende dal contenuto di carbonio, dalla composizione della lega, dalla sezione del materiale e dalla velocità di raffreddamento. Gli elementi di fissaggio sottili realizzati in un acciaio al carbonio adeguato possono essere temprati fino al cuore. Nei diametri maggiori, il calore non può essere rimosso dal cuore con la stessa rapidità. Per questo motivo, possono essere aggiunti elementi di lega come boro, manganese, cromo, nichel e molibdeno per aumentare la temprabilità.
L’olio viene spesso utilizzato per la tempra degli elementi di fissaggio perché garantisce una velocità di raffreddamento più controllata rispetto all’acqua. L’acqua raffredda più rapidamente, ma può aumentare il rischio di deformazioni e cricche di tempra.
RINVENIMENTO
Con l’aumento della durezza aumentano anche le tensioni di tempra e la fragilità. Per questo motivo, dopo la tempra deve essere eseguito il prima possibile un secondo trattamento termico, chiamato rinvenimento. A temperature fino a circa 200°C, la fragilità si riduce solo leggermente e la durezza viene in gran parte mantenuta. A temperature di rinvenimento più elevate, le tensioni interne e la durezza diminuiscono, mentre migliorano la tenacità e la duttilità.
BONIFICA
La bonifica è un processo combinato nel quale alla tempra e al raffreddamento rapido segue un rinvenimento ad alta temperatura, generalmente compreso tra circa 340°C e 650°C. È uno dei trattamenti termici più importanti per gli elementi di fissaggio ad alta resistenza. Il processo garantisce un equilibrio tra un’elevata resistenza alla trazione e un elevato limite di snervamento, insieme alla tenacità necessaria per resistere ai carichi esterni e dinamici. Le classi di resistenza 8.8, 10.9 e 12.9 vengono prodotte mediante tempra e rinvenimento controllati, in conformità ai requisiti applicabili.
CLASSI DI RESISTENZA DEGLI ELEMENTI DI FISSAGGIO E TRATTAMENTO TERMICO
Le classi di resistenza definiscono i requisiti meccanici minimi e non impongono un’unica qualità commerciale di acciaio. Il materiale e il processo produttivo vengono selezionati per ottenere le proprietà meccaniche e fisiche richieste.
| Classe di resistenza | Processo o trattamento termico tipico | Resistenza minima alla trazione Rm (MPa) | Famiglia di materiali tipica |
|---|---|---|---|
| 4.6 | Normalmente non sottoposta a tempra e rinvenimento; il processo viene selezionato per ottenere le proprietà specificate | 400 | Acciaio a basso tenore di carbonio |
| 4.8 | Normalmente non sottoposta a tempra e rinvenimento; possono essere utilizzate la formatura a freddo o la distensione | 420 | Acciaio a basso tenore di carbonio |
| 5.6 | Normalmente non sottoposta a tempra e rinvenimento; il processo viene selezionato per ottenere le proprietà specificate | 500 | Acciaio al carbonio |
| 5.8 | Normalmente non sottoposta a tempra e rinvenimento; possono essere utilizzate la formatura a freddo o la distensione | 520 | Acciaio a basso tenore di carbonio o acciaio al carbonio |
| 6.8 | Normalmente non sottoposta a tempra e rinvenimento; il processo viene selezionato per ottenere le proprietà specificate | 600 | Acciaio al carbonio |
| 8.8, d ≤ 16 mm | Temprata e rinvenuta | 800 | Acciaio al carbonio o acciaio legato al boro |
| 8.8, d > 16 mm | Temprata e rinvenuta | 830 | Acciaio legato al boro o altro acciaio legato |
| 10.9 | Temprata e rinvenuta | 1 040 | Acciaio a medio tenore di carbonio, acciaio legato al boro o acciaio legato |
| 12.9 | Temprata e rinvenuta | 1 220 | Acciaio legato |
Nota: I valori minimi della resistenza alla trazione si basano sulla norma ISO 898-1 per le viti, i bulloni e i prigionieri applicabili in acciaio al carbonio e acciaio legato, sottoposti a prova a temperatura ambiente. Le qualità dei materiali, la composizione chimica e i processi produttivi possono variare in base al produttore, alle dimensioni dell’elemento di fissaggio e alla specifica del prodotto.
CEMENTAZIONE
La cementazione è un processo di arricchimento superficiale con carbonio eseguito in un’atmosfera ricca di questo elemento. Il carbonio si diffonde nella superficie esterna del componente riscaldato, formando uno strato sottile che può essere temprato per ottenere un’elevata resistenza all’usura, mentre il cuore rimane più tenace e duttile. La cementazione viene comunemente utilizzata per viti autofilettanti, formatrici e maschianti, viti per pannelli truciolari e alcune viti autoperforanti. Tra i processi correlati rientrano la carbonitrurazione, la nitrurazione in bagno di sali e la nitrurazione gassosa.
TEMPRA A INDUZIONE
Per applicazioni speciali, è possibile creare uno strato resistente all’usura riscaldando rapidamente un’area selezionata mediante una bobina a induzione ad alta frequenza, senza contatto diretto con il pezzo. L’area riscaldata viene quindi raffreddata rapidamente in olio, acqua o un altro mezzo controllato.
La tempra a induzione viene utilizzata quando solo una parte specifica del componente richiede una maggiore durezza e resistenza all’usura. Può essere adatta anche per componenti lunghi, come le barre filettate. Il grafico seguente mostra la relazione tra il contenuto di carbonio dell’acciaio, le temperature di trattamento termico, le categorie di acciaio e le proprietà meccaniche risultanti.
DOMANDE FREQUENTI SUL TRATTAMENTO TERMICO
Perché le viti ad alta resistenza delle classi 8.8, 10.9 e 12.9 devono essere temprate e rinvenute?
La tempra forma la struttura martensitica dura necessaria per ottenere un’elevata resistenza, ma subito dopo il raffreddamento rapido l’elemento di fissaggio risulta troppo fragile. Per questo motivo, il rinvenimento viene eseguito immediatamente dopo, per ridurre le tensioni interne e ripristinare la tenacità, mantenendo gran parte della resistenza ottenuta. Insieme, questi processi garantiscono l’equilibrio necessario tra resistenza alla trazione, limite di snervamento e duttilità per i collegamenti bullonati ad alta resistenza.
Qual è la differenza tra cementazione e tempra a cuore?
La tempra a cuore modifica la microstruttura nell’intera sezione trasversale dell’elemento di fissaggio, generalmente mediante tempra e rinvenimento. La cementazione crea invece soltanto uno strato esterno sottile, duro e resistente all’usura, mentre il cuore rimane più tenace e duttile. Questo trattamento viene comunemente utilizzato per viti autofilettanti, formatrici e maschianti, viti per pannelli truciolari e alcune viti autoperforanti.
È possibile invertire un trattamento termico?
Un trattamento termico non può essere semplicemente invertito garantendo il ripristino delle proprietà originali. La ricottura può ammorbidire un acciaio temprato, dopo di che può essere applicato un nuovo ciclo controllato di trattamento termico. Tuttavia, la crescita del grano, la decarburazione, la deformazione e i processi precedenti possono influenzare il risultato finale. La saldatura o il riscaldamento non controllato possono ridurre la resistenza di un elemento di fissaggio trattato termicamente e devono essere eseguiti soltanto quando espressamente consentiti da una procedura approvata.
Come posso verificare se i miei elementi di fissaggio sono stati trattati termicamente in modo corretto?
Le marcature sulla testa indicano la classe di resistenza dichiarata e il produttore, ma da sole non dimostrano che uno specifico lotto di produzione sia stato sottoposto correttamente al trattamento termico. La verifica può comprendere prove di durezza, prove di trazione, analisi chimiche ed esami metallografici. Il laboratorio accreditato Fabory può valutare le proprietà meccaniche e la microstruttura del materiale.
Il trattamento termico influisce sul rivestimento superficiale degli elementi di fissaggio?
Il trattamento termico viene normalmente completato prima dell’applicazione del rivestimento superficiale. La zincatura elettrolitica può introdurre idrogeno negli acciai ad alta resistenza o induriti superficialmente. Per questo motivo, il processo di rivestimento deve soddisfare i requisiti della norma ISO 4042 e includere misure adeguate per ridurre il rischio. Un trattamento di deidrogenazione dopo il rivestimento può ridurre il rischio di fragilità da idrogeno, ma non può eliminarlo completamente. La zincatura a caldo degli elementi di fissaggio è regolata dalla norma ISO 10684. La compatibilità dipende dalla classe di resistenza, dal materiale, dal processo di decapaggio, dalla temperatura di zincatura e dalla temperatura di rinvenimento originale. La compatibilità del rivestimento deve essere sempre valutata per gli elementi di fissaggio ad alta resistenza.
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Ultimo aggiornamento: luglio 2026