Presso CIXI HOTO, i componenti personalizzati ci insegnano spesso di più rispetto ai prodotti standard.
Recentemente, abbiamo realizzato un anello interno personalizzato per un'applicazione con ruote. La lavorazione meccanica in sé era semplice, ma il risultato del trattamento termico ci ha fornito una lezione importante riguardo alla scelta dei materiali, alla temprabilità e all'accuratezza con cui i requisiti tecnici devono essere esaminati prima della produzione.
Il progetto
Prodotto: Anello interno personalizzato per ruota
Diametro interno: 32 mm
Diametro esterno: 55,6 mm
Materiale: acciaio 45# / S45C / AISI 1045
Processo: Tornitura CNC + Trattamento termico
Durezza richiesta: 38–42 HRC
Dopo il trattamento termico, tuttavia, le misurazioni della durezza effettuate in diverse posizioni sulla stessa faccia terminale hanno mostrato un intervallo di circa:
35–43 HRC
La durezza media era vicina al valore obiettivo, ma la variabilità era troppo elevata per soddisfare in modo costante l'intervallo specificato dal cliente, pari a 38–42 HRC.
Questa ha sollevato una domanda importante:
Perché l’AISI 1045 può raggiungere la durezza richiesta, ma risulta comunque difficile da controllare entro un intervallo così ristretto di durezza?
Comprensione dell’acciaio 45# / S45C / AISI 1045
l’acciaio 45#, l’S45C e l’AISI 1045 sono comunemente confrontati come acciai al carbonio medio, utilizzati per alberi, anelli, componenti meccanici e altre parti industriali.
L’AISI 1045 contiene tipicamente circa 0,42–0,50% di carbonio . Può essere temprato e rinvenuto, ma la sua capacità di tempra in profondità è limitata rispetto agli acciai legati con maggiore temprabilità.
Questa distinzione è importante.
Esiste una differenza significativa tra:
«Il materiale può raggiungere circa 40 HRC.»
e:
«Ogni punto di misura richiesto può rimanere costantemente compreso tra 38 e 42 HRC.»
Una specifica 38–42 HRC prevede soltanto un finestra di accettazione 4 HRC.
Per un acciaio a medio tenore di carbonio con limitata temprabilità, la geometria del componente, lo spessore della sezione e le condizioni di raffreddamento possono quindi diventare fattori importanti.
Cosa abbiamo indagato?
Dopo aver riscontrato la variazione 35–43 HRC, abbiamo riesaminato il processo di trattamento termico concentrandoci su diversi possibili fattori influenti:
*Composizione del materiale grezzo e lotto di materiale
*Sezione trasversale e geometria del componente
*Uniformità della temperatura nel forno
*Disposizione del carico all’interno del forno
*Condizioni di austenitizzazione e di mantenimento
*Mezzo di tempra e velocità di raffreddamento
*Temperatura di tempra e uniformità
*Posizione e metodo di misurazione della durezza
Nella nostra indagine iniziale non è stata identificata alcuna anomalia evidente nel processo.
Ciò ci ha spinto a esaminare più attentamente la relazione tra temprabilità del materiale, geometria del componente e la ristretta tolleranza di durezza richiesta dal cliente.
La lezione era semplice ma importante:
Raggiungere un valore di durezza non equivale a controllare in modo costante la durezza entro un intervallo ristretto.
Questo aspetto deve essere considerato durante la revisione tecnica, non dopo l’avvio della produzione in serie.
Tre metodi di trattamento termico da conoscere
Questo progetto ha anche offerto al nostro team l’opportunità di riesaminare tre processi di tempra comunemente discussi.
1. Tempra completa + rinvenimento
Il processo base è:
Austenitizzazione → tempra → rinvenimento
L'obiettivo è ottenere le proprietà meccaniche richieste in tutto il componente, anziché indurire soltanto una superficie selezionata.
Per l'Acciaio AISI 1045, le informazioni tecniche pubblicate descrivono la tempra mediante riscaldamento nella gamma di austenitizzazione seguito da tempra e successivo rinvenimento, in base alle proprietà richieste. Tuttavia, l'Acciaio AISI 1045 presenta capacità limitate di tempra completa, il che significa che il risultato finale dipende dalle dimensioni della sezione del componente e dalle condizioni di tempra.
Per il nostro anello portante, questo era il problema principale da considerare.
Quando il cliente specifica:
Materiale: 45# / S45C / AISI 1045
Trattamento termico: temprato completo e rinvenuto
Durezza: 38–42 HRC
non dobbiamo valutare il requisito di durezza in modo indipendente dalla geometria del componente.
2. Tempra per induzione
La tempra per induzione funziona in modo diverso.
Un campo elettromagnetico alternato riscalda rapidamente un’area selezionata del componente al di sopra della sua temperatura di trasformazione, seguito da una tempra immediata. L’obiettivo è creare uno strato superficiale temprato, lasciando invece il nucleo relativamente inalterato.
Il risultato semplificato è:
Superficie → strato duro e resistente all’usura
Nucleo → relativamente più morbido e tenace
Ciò rende la tempra per induzione particolarmente utile quando solo una specifica superficie di lavoro richiede elevata durezza e resistenza all’usura.
Applicazioni tipiche includono:
alberi, ingranaggi, assi, mandrini e altre superfici soggette a usura localizzata.
L’AISI 1045 è anche ben adatto alla tempra superficiale a fiamma o per induzione; i dati pubblicati indicano che è possibile ottenere una durezza superficiale notevolmente superiore rispetto ai 38–42 HRC richiesti nel nostro attuale progetto di tempra integrale.
Pertanto, per alcuni anelli, rulli o componenti di ruote orientabili, una domanda ingegneristica importante è:
Il cliente richiede davvero che l’intero componente abbia la stessa durezza, oppure è necessario indurire soltanto la superficie di lavoro?
La risposta può portare a una soluzione completamente diversa per il trattamento termico.
3. Cementazione + Tempra
La cementazione segue un altro principio.
Il processo semplificato è:
Acciaio a basso tenore di carbonio → Arricchimento superficiale di carbonio → Tempra → Rinvenimento
A differenza della tempra integrale convenzionale o della tempra ad induzione, la cementazione è un processo termodiffusivo chimico che aumenta il contenuto di carbonio nelle zone prossime alla superficie.
Dopo la tempra, l’obiettivo è ottenere:
Superficie → Elevata durezza e buona resistenza all’usura
Nucleo → Durezza inferiore con buona tenacità
La cementazione atmosferica è ampiamente utilizzata per acciai a basso tenore di carbonio ed è particolarmente utile quando un componente richiede una superficie dura e resistente all’usura abbinata a un nucleo più tenace.
Le applicazioni tipiche includono ingranaggi, alberi e altri componenti soggetti a carichi elevati.
Per un materiale a medio tenore di carbonio come l’AISI 1045, tuttavia, la cementazione non sarebbe normalmente la nostra prima soluzione per raggiungere semplicemente un requisito di durezza compreso tra 38 e 42 HRC. Il materiale contiene già una quantità sufficiente di carbonio per la tempra diretta; pertanto, le prestazioni richieste e il disegno del componente devono essere valutati prioritariamente prima di modificare il processo termico.
Cosa abbiamo appreso da questo progetto
Questo progetto ha ricordato ai nostri team di ingegneria e vendite un principio fondamentale:
Materiale + Geometria + Trattamento termico + Requisito di durezza devono sempre essere valutati congiuntamente.
Quando si riceve un disegno di un componente personalizzato, non è sufficiente chiedere:
«L’acciaio 45# può raggiungere 40 HRC?»
Dovremmo anche chiederci:
Dove viene misurata la durezza?
Il requisito riguarda la durezza superficiale o quella completa?
Qual è lo spessore della sezione del componente?
È richiesta una profondità di tempra superficiale?
Quale variazione di durezza è accettabile tra i punti di misurazione?
L’applicazione richiede resistenza all’usura, tenacità del nocciolo o entrambe?
Per futuri progetti personalizzati con tolleranze di durezza ristrette, il nostro approccio sarà più cauto:
Prima esaminare. Verificare, se necessario. Poi impegnarsi.
Talvolta una sfida produttiva rappresenta anche un’opportunità per migliorare le nostre conoscenze ingegneristiche.
Presso CIXI HOTO, non vogliamo semplicemente produrre seguendo un disegno. Vogliamo comprendere meglio per quale motivo esiste un determinato requisito, se il materiale e il processo scelti sono adeguati e come ottenere un risultato più stabile in produzione.
CIXI HOTO — Dai componenti alle soluzioni.
EN