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![Austempering e martempering dell'acciaio](/images/uploads/66b8632f-3433-4248-8748-0ff670a4ac71/wiki-hero-a-side-by-side-editorial-comparison-of-austempering-and-martempering-of-steel-sh-1920x823.jpg)

Trattamento termico

# Austempering e martempering dell'acciaio

Scopri come il trattamento di austempering forma la bainite e quello di martempering forma la martensite rinvenuta nell’acciaio.

![Ritratto di Anders Bergström, giornalista del settore siderurgico](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg)

 **[Anders Bergström](/it/notizie/autore/anders-bergstrom "Anders Bergström")** Trattamento termico 60+ min di lettura Aggiornato 14 ago 2026 Verificato scientificamente

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## Austempering e martempering: la terminologia da mantenere distinta

Entrambi i trattamenti interrompono la tempra diretta, ma non producono la stessa microstruttura. **L’austempering è un trattamento di trasformazione bainitica**: l’acciaio austenitizzato viene raffreddato rapidamente fino a una temperatura alla quale può formarsi la bainite e mantenuto a tale temperatura finché la frazione richiesta di austenite non si è trasformata. **Il martempering è una fase di uniformazione della temperatura prima della formazione della martensite**: l’acciaio viene temprato fino a una temperatura appena superiore alla sua temperatura di inizio della martensite, mantenuto abbastanza a lungo da consentire alla sezione di avvicinarsi a una temperatura uniforme e quindi raffreddato attraverso l’intervallo martensitico. L’acciaio sottoposto a martempering richiede normalmente un rinvenimento prima dell’impiego.

Questa distinzione è più importante del nome del bagno di tempra. Un bagno di sali, un bagno d’olio o un altro mezzo controllato non identificano di per sé il processo. La composizione della lega determina la posizione e la forma delle curve di trasformazione; la temperatura di inizio della martensite, le dimensioni della sezione, la temprabilità, la temperatura del bagno, il tempo di mantenimento, l’agitazione e la velocità di raffreddamento determinano il percorso effettivo. Un bagno a 300 °C può consentire l’austempering in un acciaio, se durante il mantenimento si forma bainite, ma può fungere da stazione di martempering in un altro, se il pezzo viene rimosso prima della trasformazione bainitica e quindi raffreddato fino a formare martensite.

### Perché i nomi vengono spesso confusi

La confusione deriva da una reale somiglianza nelle apparecchiature e nella conduzione del trattamento. In entrambi i trattamenti, il pezzo viene austenitizzato, trasferito rapidamente in un mezzo a temperatura controllata e si impedisce che subisca una tempra diretta incontrollata dalla temperatura di austenitizzazione fino alla temperatura ambiente. Entrambi i cicli possono ridurre i gradienti termici rispetto alla tempra ordinaria ed entrambi possono essere descritti informalmente come “tempra interrotta”. Questi elementi comuni non dimostrano che il prodotto della trasformazione sia lo stesso.

#### Termini che non identificano la fase finale

Tempra in bagno di sale

Descrive il mezzo di trasferimento del calore, non il prodotto della trasformazione.

Tempra a caldo

Descrive una tempra a temperatura controllata, ma non un ciclo univoco.

Tempra isotermica

Descrive un percorso temperatura-tempo la cui fase risultante dipende dal mantenimento.

Tempra interrotta Ausbay

Descrive un percorso di tempra interrotta che deve essere associato alla procedura specificata.

I nomi dei bagni aumentano il problema. Termini quali tempra in bagno di sali, tempra a caldo, tempra isotermica, tempra ausbay e tempra interrotta vengono spesso utilizzati in modo sovrapposto, sebbene descrivano l’apparecchiatura, il controllo della temperatura o un ciclo, anziché un’unica fase finale. SAE AMS-H-6875C: *Trattamento termico delle materie prime di acciaio* riguarda quattro classi di acciaio e consente l’austempering, la tempra ausbay e il martempering quando specificati. Il linguaggio della specifica rafforza quindi un punto essenziale: la designazione del trattamento deve essere collegata alla procedura e al risultato richiesti, non dedotta dal semplice fatto che siano stati utilizzati sali.

Anche la geometria modifica l’interpretazione. Un pezzo sottile può uniformare la temperatura attraverso il proprio spessore durante un breve mantenimento al di sopra della temperatura di inizio della martensite. Un pezzo spesso può richiedere un mantenimento più lungo, e questo tempo aggiuntivo può consentire l’inizio o l’avanzamento della formazione di bainite se la temperatura rientra nell’intervallo della trasformazione bainitica. Al contrario, un acciaio con formazione ritardata della bainite può rimanere in gran parte austenitico durante un mantenimento che trasformerebbe un grado diverso. La stessa temperatura nominale del bagno può quindi produrre strutture differenti negli acciai AISI 52100, AISI 8620 e in una lega ad alta temprabilità.

#### Limite del processo

Non specificare la temperatura del bagno senza indicare il grado di acciaio, il tempo di trasferimento, l'uniformazione della temperatura o il criterio di trasformazione, il limite del mantenimento, il metodo di raffreddamento e il requisito di rinvenimento.

\[1\] \[1\] [**ASM Handbook Volume 4A: Martempering of Steels**](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/chapter-abstract/278992/Martempering-of-Steels-1). ASM International. ASM Handbook, 2013.

L’*ASM Handbook Volume 4A* del 2013, pubblicato da ASM International, identifica la temperatura di austenitizzazione, la temperatura del bagno, il tempo di mantenimento, l’agitazione e la velocità di raffreddamento come variabili di controllo del martempering. Queste variabili sono dati di processo, non dettagli secondari. Un disegno tecnico o una procedura che riporti soltanto “tempra in bagno di sali a 300 °C” è incompleto, a meno che non definisca anche l’acciaio, il tempo di trasferimento, il criterio di uniformazione, il limite del mantenimento e le successive operazioni di raffreddamento e rinvenimento.

![Austempering e martempering dell'acciaio](/images/uploads/097ae2f8-e4fa-4da5-bd28-15b4e9bd189a/wiki-inline-a-temperature-time-process-schematic-contrasting-austempering-and-martempering-p-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/097ae2f8-e4fa-4da5-bd28-15b4e9bd189a/wiki-inline-a-temperature-time-process-schematic-contrasting-austempering-and-martempering-p-1920x1094.avif "Ingrandisci immagine — Austempering e martempering dell'acciaio")The process designation follows the transformation that occurs during and after the interrupted quench.

### È il prodotto della trasformazione a definire il processo

La tempra bainitica isotermica e la tempra martensitica interrotta differiscono per l'obiettivo della trasformazione, non per il nome del bagno.
| Caratteristica | Tempra bainitica isotermica | Tempra martensitica interrotta |
|---|---|---|
| Obiettivo principale | Formare bainite durante un mantenimento isotermico | Uniformare la temperatura prima che si formi la martensite |
| Posizione del mantenimento | Intervallo di trasformazione bainitica | Appena al di sopra di Ms |
| Trasformazione durante il mantenimento | L'austenite si trasforma in bainite | Si evita la trasformazione diffusiva |
| Struttura finale | Bainite, eventualmente con martensite o austenite trattenuta | Martensite, eventualmente con austenite trattenuta |
| Rinvenimento | Non necessariamente richiesto come fase caratterizzante | Richiesto prima dell'impiego |

La tempra bainitica isotermica è definita dalla trasformazione bainitica deliberata durante il mantenimento isotermico. Strong evidence

L’austempering è definito dalla formazione intenzionale di bainite. Dopo l’austenitizzazione, l’acciaio viene temprato in un mezzo mantenuto entro un intervallo di temperatura nel quale l’austenite può trasformarsi isotermicamente in bainite. Uno studio del 2013 sull’AISI 52100 descrive l’austempering come una tempra in un mezzo mantenuto approssimativamente tra 200 e 400 °C, con mantenimento fino alla formazione della bainite. L’intervallo utile preciso dipende dal grado; gli elementi di lega modificano la cinetica della trasformazione e i prodotti costituiti da bainite superiore e inferiore non devono necessariamente avere proprietà identiche.

Il tempo di mantenimento è quindi un requisito metallurgico, non semplicemente un metodo per ridurre le differenze di temperatura. Se il pezzo viene rimosso prima che avvenga la reazione bainitica prevista, il processo non ha prodotto una struttura completamente austemperizzata. A seconda del ciclo, il materiale finale può contenere bainite insieme a martensite, austenite trattenuta o regioni non trasformate. Uno studio del 2020 sull’austempering a bassa temperatura e di breve durata di un acciaio basso-legato a medio tenore di carbonio ha rilevato nanobainite, martensite e austenite trattenuta; i suoi coefficienti di usura erano fino al 50% inferiori rispetto a quelli dell’acciaio martensitico temprato. Tale risultato riguarda l’acciaio e il ciclo studiati, non ogni grado sottoposto ad austempering.

Temperatura di inizio della martensite (Ms) **Temperatura di inizio della martensite (Ms)** La temperatura alla quale inizia la trasformazione martensitica durante il raffreddamento, in presenza di una composizione e di una storia termica definite.

Il martempering ha un obiettivo diverso. Il bagno viene scelto appena al di sopra della temperatura di inizio della martensite dell’acciaio, comunemente indicata con Ms. Il pezzo vi rimane soltanto finché le temperature della superficie e del cuore non diventano sufficientemente vicine. Viene quindi raffreddato attraverso l’intervallo di formazione della martensite, generalmente in aria o in un’altra condizione di raffreddamento controllata. La martensite si forma durante questa fase successiva di raffreddamento, non durante il mantenimento nel bagno. La *Heat Treating Subject Guide* di ASM del 2020 descrive questa sequenza e stabilisce che l’acciaio deve essere successivamente rinvenuto prima dell’impiego.

Lo scopo è ridurre la differenza di temperatura tra la superficie e l’interno prima che si verifichi la deformazione di trasformazione della martensite. La contrazione termica e l’espansione di trasformazione si sviluppano quindi con una minore discrepanza temporale, il che può ridurre la distorsione e la fessurazione rispetto a una tempra diretta. Il martempering non elimina le tensioni di tempra e non sostituisce il rinvenimento. La martensite non rinvenuta può presentare elevata durezza, ma scarsa tenacità e tensioni residue eccessive.

La distinzione può essere verificata, anziché ipotizzata. Un esame metallografico può identificare bainite, martensite e austenite trattenuta, mentre le prove di durezza, il controllo dimensionale e, ove richiesto, la misurazione dell’austenite trattenuta verificano se è stato ottenuto il risultato specificato. Il ciclo termico deve essere confrontato con i dati di trasformazione in raffreddamento continuo e di trasformazione isotermica del grado in questione. La sola temperatura del bagno non costituisce una prova sufficiente.

### Un confronto sintetico dell’obiettivo dei processi

L’austempering mantiene l’acciaio a una temperatura di trasformazione bainitica abbastanza a lungo da consentire la conversione dell’austenite in bainite. L’evento che lo definisce si verifica durante il mantenimento isotermico. A seconda del grado e della geometria, la struttura risultante può offrire un utile equilibrio tra durezza, tenacità, comportamento a fatica e stabilità dimensionale. Negli acciai cementati AISI 8620, AISI 8822 e AISI 4320, una ricerca SAE pubblicata nel 2013 ha utilizzato temperature di austempering di 260, 288 e 304 °C e ha rilevato una distorsione significativamente inferiore rispetto a provini cementati, temprati e rinvenuti. Il risultato supporta la selezione del processo per le condizioni esaminate; non costituisce una graduatoria universale dei trattamenti.

Uniformare la temperatura dell'acciaio appena al di sopra dell'intervallo martensitico prima di un raffreddamento più lento può ridurre le cricche sacrificando poca durezza. Strong evidence

Il martempering mantiene l’acciaio al di sopra di Ms per un tempo sufficiente a uniformare la temperatura, quindi consente la trasformazione martensitica controllata durante il raffreddamento. L’evento che lo definisce è l’uniformazione della temperatura prima della formazione della martensite, seguita dal rinvenimento. Lo studio del 1946 sull’intervallo di temperatura della formazione della martensite descrive direttamente questo principio: la tempra fino a una temperatura appena superiore all’intervallo di formazione della martensite, seguita da un raffreddamento più lento, può ridurre la fessurazione sacrificando una quantità minima di durezza.

L’austempering pone la domanda: “Questo acciaio può trasformarsi nella struttura bainitica richiesta entro l’intervallo di tempo e temperatura disponibile?” Il martempering pone invece la domanda: “Questa sezione può uniformare la propria temperatura al di sopra di Ms prima di trasformarsi in martensite?” La temprabilità dell’acciaio, le dimensioni della sezione, il ritardo nel trasferimento, il controllo del bagno e il tempo di mantenimento forniscono la risposta a tali domande. Definire entrambi i trattamenti come “tempra a caldo” oscura la risposta e può portare alla specifica errata, alla microstruttura sbagliata o all’omissione dell’operazione di rinvenimento.

## Il punto di partenza metallurgico: austenite, diagrammi TTT e Ms

La tempra bainitica e la martempra iniziano dalla stessa condizione metallurgica: l’austenite. La distinzione tra i due processi si manifesta in seguito, quando l’acciaio austenitizzato segue un diverso percorso temperatura–tempo. L’austenite presenta una struttura cristallina cubica a facce centrate e può dissolvere una quantità di carbonio sostanzialmente maggiore rispetto alla ferrite. Il riscaldamento nell’intervallo austenitico prepara quindi il carbonio e gli elementi di lega a una trasformazione controllata durante il raffreddamento. Se l’acciaio non viene austenitizzato completamente o in modo adeguato, nessuno dei due trattamenti segue il ciclo di trasformazione previsto.

### Austenitizzazione e dissoluzione delle fasi preesistenti

L’austenitizzazione non consiste semplicemente nel raggiungere la temperatura impostata del forno. Il pezzo deve essere riscaldato sufficientemente al di sopra della temperatura critica pertinente, mantenuto abbastanza a lungo da uniformare la temperatura nella sezione e trattato a una temperatura che dissolva le fasi preesistenti richieste senza provocare un eccessivo ingrossamento dei grani di austenite. La temperatura appropriata dipende dalla composizione, dalle dimensioni della sezione, dalla microstruttura iniziale e dalle proprietà finali richieste.

In un acciaio ipoeutettoide, il riscaldamento al di sopra della temperatura critica superiore trasforma ferrite e perlite in austenite. In un acciaio ipereutettoide, il trattamento viene comunemente scelto per dissolvere la perlite e una frazione appropriata della cementite proeutettoide, sebbene la dissoluzione completa dei carburi possa non essere desiderabile. I carburi di lega aggiungono un’ulteriore complicazione. Il cromo, il molibdeno, il vanadio e altri elementi formatori di carburi possono dissolversi lentamente o rimanere parzialmente indisciolti alle normali temperature di austenitizzazione. La loro dissoluzione modifica il contenuto di carbonio e di elementi di lega dell’austenite, alterando così la temprabilità, la cinetica di trasformazione e la temperatura di inizio della martensite.

AISI 52100 illustra perché sia importante un’interpretazione specifica per il grado di acciaio. La popolazione di carburi ricchi di cromo e l’elevato contenuto di carbonio rendono il ciclo di austenitizzazione diverso da quello di un acciaio al carbonio non legato. Un trattamento che produce austenite idonea in AISI 52100 non può essere trasferito automaticamente ad AISI 8620 o AISI 4320. Anche la superficie cementata di AISI 8620, 8822 o 4320 presenta un gradiente di carbonio; pertanto, superficie e cuore non possiedono necessariamente le stesse temperature di trasformazione o le stesse frazioni martensitiche.

Il tempo di mantenimento produce due effetti contrapposti. Un tempo insufficiente può lasciare perlite, ferrite o carburi indisciolti e può determinare una composizione non uniforme dell’austenite. Un tempo eccessivo favorisce l’ingrossamento dei grani, l’ossidazione, la decarburazione e una maggiore variazione dimensionale. La dimensione dei grani di austenite preesistente influisce sul numero di siti di nucleazione disponibili per le trasformazioni diffusionali e può modificare la temprabilità. Un’austenite a grano grossolano può ritardare la formazione di perlite o bainite durante il raffreddamento, mentre una struttura a grano fine spesso trasforma più facilmente per diffusione. La dimensione dei grani può inoltre spostare le temperature di trasformazione misurate, compresa Ms, sebbene il suo effetto sia generalmente inferiore a quello del contenuto di carbonio e della composizione chimica della lega.

L’austenitizzazione stabilisce inoltre la condizione iniziale per il diagramma temperatura–tempo. Una curva TTT ottenuta dopo una determinata temperatura di austenitizzazione, un determinato tempo di mantenimento e una determinata dimensione dei grani non descrive necessariamente un acciaio austenitizzato secondo un altro ciclo. La storia termica è importante ancora prima che inizi la tempra.

### I campi di trasformazione della perlite, della bainite e della martensite

Un diagramma di trasformazione tempo–temperatura rappresenta i prodotti che si formano quando l’austenite viene portata rapidamente a una temperatura selezionata e mantenuta a tale temperatura. Le note curve a “C” mostrano l’inizio e la fine delle trasformazioni diffusionali, ma le curve sono proprie di un determinato acciaio e di una specifica condizione di austenitizzazione. Un diagramma generico ferro-carbonio può spiegare i concetti, ma non può specificare il ciclo per ogni grado di acciaio destinato all’ingegneria.

A temperature di trasformazione più elevate, l’austenite può formare perlite. Il carbonio diffonde su distanze relativamente lunghe, producendo ferrite e cementite alternate. A temperature inferiori, la diffusione è più lenta e la perlite risultante è più fine. La trasformazione richiede comunque tempo. Se il raffreddamento attraversa il campo della perlite troppo lentamente, una parte o la totalità dell’austenite può trasformarsi prima che l’acciaio raggiunga l’intervallo bainitico o martensitico.

La bainite si forma a temperature inferiori all’intervallo della perlite e superiori alla temperatura alla quale inizia la trasformazione martensitica, sebbene i campi esatti si sovrappongano in modo diverso a seconda delle leghe. La sua formazione comporta una redistribuzione del carbonio e una componente displaciva, producendo bainite ferritica con modalità di precipitazione o di ritenzione dei carburi che dipendono dalla temperatura e dalla composizione chimica dell’acciaio. La bainite superiore e la bainite inferiore non sono strutture intercambiabili. La temperatura di mantenimento, l’attività del carbonio, gli elementi di lega e il tempo necessario al completamento influenzano la loro morfologia e le loro proprietà.

Il campo di trasformazione determina il prodotto del processo.
| Campo di trasformazione | Prodotto tipico | Operazione caratterizzante |
|---|---|---|
| Intervallo perlitico | Perlite | Raffreddamento o mantenimento durante il quale ferrite e cementite si formano per diffusione |
| Intervallo bainitico | Bainite | Mantenimento isotermico fino a quando la frazione richiesta di austenite si trasforma |
| Intervallo martensitico | Martensite | Raffreddamento al di sotto di Ms mediante una trasformazione in larga misura priva di diffusione |

La tempra bainitica invia intenzionalmente l’acciaio austenitizzato nell’intervallo di trasformazione bainitica e lo mantiene a tale temperatura fino a quando la frazione richiesta di austenite si è trasformata. Uno studio del 2013 su AISI 52100 ha descritto la tempra bainitica come una tempra in un mezzo mantenuto a circa 200–400 °C, con mantenimento fino alla formazione della bainite. Tale intervallo costituisce una descrizione utile dell’esperimento riportato, non un intervallo universale valido per tutti i gradi di acciaio. Lo studio pubblicato nel 2024 da ACS Omega enuncia direttamente la distinzione tra i processi: la tempra bainitica mantiene l’acciaio austenitizzato a una temperatura di trasformazione bainitica, mentre la martempra lo mantiene brevemente appena al di sopra di Ms prima del raffreddamento in aria.

La martensite è diversa. Si forma quando l’austenite viene raffreddata al di sotto di Ms mediante una trasformazione di taglio prevalentemente priva di diffusione. Il carbonio rimane intrappolato nel reticolo tetragonale a corpo centrato sovrasaturo della martensite e la trasformazione produce una rapida variazione di volume. La quantità di martensite aumenta man mano che il raffreddamento prosegue nell’intervallo di formazione della martensite, spesso descritto mediante Mf, la temperatura di fine trasformazione martensitica. Una parte dell’austenite può rimanere non trasformata se Mf è inferiore alla temperatura ambiente o se gli elementi di lega abbassano l’intervallo di trasformazione.

La curva di raffreddamento deve quindi essere confrontata con la cinetica di trasformazione, non soltanto con il nome del bagno. Un diagramma di trasformazione in raffreddamento continuo mostra se una velocità di raffreddamento reale evita i nasi della perlite e della bainite. Un diagramma TTT mostra il comportamento isotermico ed è utile per comprendere i trattamenti con mantenimento, ma non riproduce direttamente il percorso termico di un pezzo di grandi dimensioni che attraversa olio, sale, polimero o aria. Anche il cuore e la superficie di una sezione possono seguire curve diverse. La durezza e la distribuzione delle fasi dipendono quindi dalle velocità di raffreddamento locali oltre che dalla temperatura nominale del bagno.

### Temperatura di inizio della martensite e intervallo di trasformazione

Ms è la temperatura alla quale inizia la trasformazione martensitica durante il raffreddamento in condizioni definite. Non è una costante universale dell’“acciaio”. Il carbonio generalmente abbassa Ms perché stabilizza l’austenite; anche elementi di lega quali manganese, nichel, cromo e molibdeno possono modificare la stabilità dell’austenite e spostare l’intervallo di trasformazione. La concentrazione di carbonio può variare tra lo strato cementato e il cuore a basso tenore di carbonio, conferendo alle due regioni valori diversi di Ms.

Anche la dimensione dei grani di austenite preesistente, la temperatura di austenitizzazione, i carburi disciolti, le tensioni residue e la precedente storia di riscaldamento e raffreddamento possono influire sulle temperature di inizio e di fine trasformazione misurate. L’austenite trattenuta, la segregazione e le variazioni locali della composizione chimica complicano ulteriormente le misurazioni pratiche. Il valore di Ms riportato in un diagramma è quindi legato a una composizione e a una storia termica specificate, non semplicemente al nome del grado di acciaio.

La martempra sfrutta questa dipendenza dalla temperatura in modo controllato. ASM Handbook Volume 4A (2013) la definisce come una tempra interrotta mediante olio o sale e identifica la temperatura di austenitizzazione, la temperatura del bagno, il tempo di mantenimento, l’agitazione e la velocità di raffreddamento come variabili di controllo. Il bagno viene selezionato appena al di sopra di Ms, in modo che il pezzo possa uniformarsi internamente prima dell’inizio della formazione della martensite. Successivamente viene raffreddato attraverso l’intervallo martensitico, comunemente in aria, e deve essere sottoposto a rinvenimento prima dell’impiego. Il breve mantenimento di uniformazione ha lo scopo di ridurre la differenza di temperatura tra superficie e cuore; non si tratta di un mantenimento bainitico.

La tempra bainitica persegue l’obiettivo di trasformazione opposto. Il pezzo viene mantenuto abbastanza a lungo nel campo bainitico affinché l’austenite si trasformi in bainite, anziché limitarsi a uniformare la temperatura al di sopra di Ms. Uno studio del 2020 sulla tempra bainitica a bassa temperatura ha riportato nanobainite, martensite e austenite trattenuta, con coefficienti di usura fino al 50% inferiori rispetto a quelli dell’acciaio martensitico temprato nelle condizioni di prova indicate. Questo risultato non può essere attribuito a ogni acciaio, geometria o ciclo di trattamento. Esso dimostra tuttavia perché il campo di trasformazione e il tempo di mantenimento debbano essere verificati per il grado di acciaio effettivamente utilizzato.

SAE AMS-H-6875C (2020) tratta i requisiti di trattamento termico per quattro classi di acciaio e consente la tempra bainitica, la tempra ausbay e la martempra quando specificate. Tale autorizzazione non rende intercambiabili i processi. La specifica applicabile, il diagramma specifico del grado, le dimensioni della sezione e la storia termica misurata determinano se il prodotto previsto sia bainite, martensite dopo martempra oppure una miscela indesiderata.

## Come funziona l’austempering: tempra, mantenimento e trasformazione bainitica

L’austempering è un ciclo di trattamento termico isotermico progettato per trasformare l’austenite in bainite. Non è semplicemente un altro nome per il martempering. La distinzione dipende da ciò che avviene durante il mantenimento: nell’austempering l’acciaio viene mantenuto abbastanza a lungo da consentire una trasformazione bainitica pianificata, mentre nel martempering viene mantenuto solo il tempo necessario affinché la temperatura diventi pressoché uniforme, prima di essere raffreddato attraverso la temperatura di inizio della martensite, o Ms, per formare martensite.

#### Sequenza della tempra bainitica isotermica

1. **Austenitizzazione** Riscaldare il pezzo in modo che la parte richiesta diventi austenite.
2. **Trasferimento** Trasferirlo rapidamente in un bagno controllato senza una formazione significativa di perlite.
3. **Mantenimento bainitico** Mantenere la temperatura selezionata fino al verificarsi della reazione richiesta da austenite a bainite.
4. **Raffreddamento finale** Raffreddare fino alla temperatura ambiente, consentendo l'eventuale permanenza della martensite o dell'austenite trattenuta specificate.

Il ciclo inizia riscaldando il pezzo al di sopra del suo intervallo critico di trasformazione, in modo che la parte richiesta della struttura diventi austenite. La temperatura e il tempo di austenitizzazione dipendono dal tipo di acciaio, dalle dimensioni della sezione, dalla microstruttura iniziale e dalla distribuzione di carbonio richiesta. Un riscaldamento eccessivo può aumentare la dimensione dei grani di austenite o dissolvere carburi destinati a rimanere, mentre un riscaldamento insufficiente può lasciare ferrite o costituenti non dissolti, modificando la risposta alla trasformazione finale.

![Austempering e martempering dell'acciaio](/images/uploads/6daadfb8-aba5-43ab-a051-e80de181fb04/wiki-inline-a-steel-gear-entering-a-controlled-molten-salt-bath-during-austempering-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/6daadfb8-aba5-43ab-a051-e80de181fb04/wiki-inline-a-steel-gear-entering-a-controlled-molten-salt-bath-during-austempering-2027x2560.avif "Ingrandisci immagine — Austempering e martempering dell'acciaio")Rapid transfer helps the workpiece reach the selected bainitic range without unwanted pearlite formation.

### Tempra nell’intervallo bainitico

Dopo l’austenitizzazione, l’acciaio viene trasferito rapidamente in un bagno mantenuto nell’intervallo di trasformazione bainitica. Per molti acciai, questo intervallo si colloca approssimativamente tra 200 e 400 °C, sebbene la finestra di temperatura utilizzabile sia specifica per il tipo di acciaio e non fissa. Uno studio sull’AISI 52100 definisce l’austempering in questi termini: tempra dalla temperatura di austenitizzazione in un mezzo mantenuto tra circa 200 e 400 °C, seguita da un mantenimento fino alla formazione della bainite.

Il trasferimento deve essere sufficientemente rapido da attraversare la regione perlitica senza consentire la trasformazione di una quantità significativa di austenite durante il raffreddamento. Si tratta di un problema di tempo e temperatura. L’acciaio deve attraversare il “naso” perlitico del proprio diagramma di trasformazione tempo-temperatura prima che venga raggiunto il tempo di incubazione della perlite. La temprabilità, lo spessore della sezione, la disposizione del carico, l’agitazione del bagno e la differenza di temperatura tra il pezzo e il bagno influiscono sulla possibilità di soddisfare tale condizione. Un piccolo perno può entrare rapidamente nell’intervallo bainitico; un dente di ingranaggio pesante o una piastra spessa può raffreddarsi in modo non uniforme, consentendo la formazione di perlite o ferrite al proprio interno anche quando la superficie segue il ciclo previsto.

Il bagno può contenere sale fuso, olio o un altro mezzo controllato di trasferimento del calore adatto alla temperatura specificata. Il nome del bagno non definisce il processo. Un bagno di sale può essere utilizzato sia per un ciclo di austempering sia per un ciclo di martempering, a seconda della sua temperatura e della durata del mantenimento. Lo studio pubblicato nel 2024 su ACS Omega stabilisce direttamente questa distinzione per le miscele di sali fusi Ca(NO₃)₂–KNO₃: nell’austempering l’acciaio austenitizzato viene mantenuto a una temperatura di trasformazione bainitica finché l’austenite si trasforma in bainite, mentre nel martempering il pezzo viene mantenuto brevemente appena al di sopra di Ms, prima del raffreddamento in aria.

Il controllo della temperatura deve tenere conto del calore rilasciato e assorbito durante la trasformazione, nonché del carico che entra nel bagno. L’agitazione riduce i gradienti termici locali e contribuisce a impedire che uno strato limite più freddo o più caldo modifichi il ciclo effettivo. Per stabilire che il cuore, la superficie e le diverse posizioni del carico seguano effettivamente il percorso previsto, sono spesso necessari termocoppie, calibrazione del bagno e prove su carichi rappresentativi. Il processo è sensibile alle dimensioni della sezione perché il bagno può uniformare la temperatura della superficie prima che il centro abbia raggiunto la stessa temperatura.

Il bagno di austempering viene normalmente selezionato al di sopra della temperatura Ms effettiva dell’acciaio quando il prodotto previsto è bainite convenzionale. A questo livello, l’austenite può trasformarsi mediante un meccanismo assistito dalla diffusione e dominato dal taglio, senza produrre immediatamente martensite. Il raffreddamento al di sotto di Ms prima del completamento della trasformazione bainitica prevista modifica il risultato: l’austenite non trasformata può quindi convertirsi in martensite, producendo una struttura mista.

### Mantenimento fino alla trasformazione richiesta dell’austenite

Una volta che il pezzo raggiunge la temperatura del bagno, viene mantenuto isotermicamente. Durante questa fase, la bainite nuclea ai bordi dei grani di austenite o in altri siti favorevoli e cresce nell’austenite circostante. Il carbonio viene espulso dalla ferrite bainitica verso l’austenite rimanente, modificando la stabilità e la composizione di entrambe le regioni. La velocità di trasformazione dipende dalla temperatura, dalla composizione della lega, dalla dimensione dei grani di austenite precedente e dalla quantità di bainite già formata.

Il tempo di mantenimento non viene selezionato in base a una regola universale come “un’ora per pollice”. Deve basarsi su dati di trasformazione, prove di processo validate o su un appropriato diagramma di trasformazione tempo-temperatura. Un mantenimento breve può lasciare intenzionalmente una parte dell’austenite non trasformata. Se l’acciaio viene quindi raffreddato al di sotto di Ms, questa austenite residua può formare martensite. Un mantenimento più lungo può trasformare in bainite la maggior parte o quasi tutta l’austenite trasformabile, riducendo la frazione martensitica successiva. Entrambi i cicli possono essere corretti, ma producono valori diversi di durezza, tenacità, comportamento dimensionale e livelli di austenite residua.

Trasformazione incompleta **Trasformazione incompleta** Condizione in cui la reazione bainitica termina prima che tutta l'austenite trasformabile si sia convertita, lasciando possibile austenite trattenuta o martensite formatasi successivamente.

La trasformazione può inoltre arrestarsi prima che ogni ultima porzione di austenite diventi bainite, poiché l’arricchimento di carbonio stabilizza l’austenite rimanente. Questa condizione viene spesso definita trasformazione incompleta o reazione incompleta. In alcuni acciai legati, l’austenite residua arricchita è desiderabile perché può accomodare la deformazione e migliorare la tenacità; in altre applicazioni, una quantità eccessiva di austenite residua può causare variazioni dimensionali durante l’esercizio o il successivo raffreddamento. La specifica deve quindi definire non solo la temperatura del bagno, ma anche la costituzione delle fasi ammessa e il metodo di verifica.

Temperatura della tempra bainitica isotermica (°C)

Temperature di tempra bainitica isotermica riportate per i tre acciai bassolegati cementati.

L’austempering può ridurre la distorsione perché l’acciaio evita la variazione volumetrica improvvisa e non uniforme associata alla tempra diretta in martensite. Uno studio SAE del 2013 su AISI 8620, AISI 8822 e AISI 4320 cementati ha riportato una distorsione significativamente inferiore nei provini cementati e sottoposti ad austempering rispetto ai provini cementati, temprati e rinvenuti. Le temperature di austempering riportate erano 260, 288 e 304 °C. Tali risultati si applicano alle composizioni chimiche, alle geometrie e alle condizioni di ciclo esaminate; non stabiliscono la stessa riduzione per ogni componente cementato.

La fine del mantenimento può essere determinata da una frazione bainitica minima richiesta, da un intervallo di durezza, da un limite dimensionale o da un requisito metallografico. L’acciaio bainitico sottoposto ad austempering non richiede automaticamente la stessa fase di rinvenimento della martensite. Al contrario, l’acciaio sottoposto a martempering viene raffreddato attraverso Ms per formare martensite e deve successivamente essere rinvenuto prima dell’impiego. Per un componente sottoposto ad austempering può essere comunque prescritto un trattamento di distensione a bassa temperatura, ma si tratta di un requisito separato e non della fase di trasformazione caratterizzante.

![Austempering e martempering dell'acciaio](/images/uploads/4ebd67e1-7258-4046-8ce3-01cbf4ec6311/wiki-inline-a-steel-bar-during-martempering-showing-surface-and-core-temperature-equalizatio-1920x1434.jpg)[](/images/uploads/4ebd67e1-7258-4046-8ce3-01cbf4ec6311/wiki-inline-a-steel-bar-during-martempering-showing-surface-and-core-temperature-equalizatio-1920x1434.avif "Ingrandisci immagine — Austempering e martempering dell'acciaio")Martempering reduces the surface-to-core temperature difference before martensitic transformation begins.

### Bainite superiore, bainite inferiore e prodotti misti

La temperatura del bagno influenza fortemente la forma della bainite. La bainite superiore si forma generalmente nella parte più alta dell’intervallo bainitico. È costituita da fasci o lamelle di ferrite bainitica con regioni arricchite di carbonio tra loro, nelle quali possono precipitare carburi. La sua morfologia e la distribuzione dei carburi differiscono da quelle della bainite inferiore, che si forma a temperature più basse.

La bainite inferiore si sviluppa a temperature più vicine a Ms. Il carbonio ha meno tempo e mobilità per distribuirsi nell’austenite circostante e i carburi possono precipitare all’interno delle piastre o delle lamelle di ferrite bainitica. Questa struttura più fine può offrire un equilibrio diverso tra durezza, resistenza e tenacità rispetto alla bainite superiore. La transizione tra bainite superiore e inferiore non avviene a una singola temperatura universale, poiché gli elementi di lega spostano gli intervalli di trasformazione e modificano la precipitazione dei carburi.

La tempra bainitica isotermica di breve durata e a bassa temperatura ha prodotto coefficienti di usura fino al 50% inferiori rispetto all'acciaio martensitico temprato nello studio riportato. Limited evidence

L’austempering a temperature molto basse può produrre strutture che non sono adeguatamente descrivibili come un unico prodotto bainitico completamente trasformato. Uno studio del 2020 sull’austempering a bassa temperatura e di breve durata in un acciaio basso-legato a medio tenore di carbonio ha riportato nanobainite insieme a martensite e austenite residua. I coefficienti di usura riportati erano fino al 50% inferiori a quelli dell’acciaio martensitico temprato nelle condizioni di prova dello studio. Tale valore costituisce un’evidenza relativa all’acciaio e al metodo di usura testati, non una garanzia generale di prestazione.

I prodotti misti si formano quando il mantenimento viene deliberatamente interrotto prima del completamento della reazione bainitica, quando la temperatura selezionata è prossima al limite inferiore di trasformazione o quando la sezione non può raffreddarsi uniformemente. Durante il successivo raffreddamento, l’austenite non trasformata può diventare martensite; una parte può rimanere sotto forma di austenite residua se l’arricchimento di carbonio riduce la sua temperatura Ms effettiva. La struttura finale può quindi contenere bainite superiore, bainite inferiore, martensite, austenite residua e, se il trasferimento è stato troppo lento, perlite.

La qualificazione del processo dovrebbe esaminare la durezza, la variazione dimensionale, le frazioni delle fasi metallografiche e l’austenite residua, ove pertinente. La diffrazione a raggi X, la microscopia, la dilatometria e l’esame di carichi sezionati possono confermare se il prodotto effettivo corrisponde al ciclo previsto. La norma SAE AMS-H-6875C, pubblicata nel 2020, riguarda i requisiti di trattamento termico per quattro classi di acciaio e consente l’austempering, la tempra ausbay e il martempering quando specificati. Tale autorizzazione non sostituisce lo sviluppo di un ciclo specifico per il tipo di acciaio. La designazione dell’acciaio, la temprabilità, le dimensioni della sezione, la capacità del bagno e i criteri di accettazione determinano comunque se il ciclo di austempering scelto sia metallurgicamente efficace.

## Come funziona il martempering: equalizzazione al di sopra di Ms, quindi martensite

Il martempering è una tempra interrotta progettata per controllare quando e dove si forma la martensite. Non è austempering con un altro nome. Nell’austempering, l’austenite viene mantenuta nell’intervallo di trasformazione bainitica finché una parte significativa o prestabilita di essa non si trasforma in bainite. Nel martempering, il mantenimento avviene appena al di sopra della temperatura di inizio della martensite, o **Ms**, ed è sufficientemente breve da impedire trasformazioni diffusionali indesiderate. Dopo che la temperatura si è uniformata attraverso l’acciaio, il pezzo viene raffreddato nell’intervallo di formazione della martensite. La struttura finale è quindi martensitica, non bainitica, e rimane non rinvenuta fino a un’operazione di rinvenimento separata.

### Tempra interrotta al di sopra dell’inizio della martensite

L’ASM Handbook, Volume 4A, descrive il martempering come una tempra interrotta che utilizza olio o sale. L’acciaio viene innanzitutto riscaldato fino alla temperatura di austenitizzazione prescritta, alla quale si stabiliscono la struttura austenitica prevista e la distribuzione del carbonio. Viene quindi trasferito rapidamente in un bagno mantenuto a una temperatura appena superiore a Ms. Il bagno deve asportare il calore abbastanza rapidamente da evitare la perlite o altri prodotti di trasformazione ad alta temperatura, ma l’interruzione impedisce che la superficie diventi molto più fredda del cuore prima dell’inizio della formazione della martensite.

Ms non è una temperatura universale per tutti gli acciai. Dipende dal tenore di carbonio, dagli elementi di lega, dalle condizioni dei grani di austenite, dalla storia termica precedente e, in alcuni casi, dalla quantità di austenite trattenuta prevista dopo il raffreddamento. Un acciaio al carbonio semplice e un acciaio basso-legato cementato possono quindi richiedere temperature del bagno di martempering diverse. Il bagno viene selezionato con un margine sufficiente al di sopra della Ms applicabile, non applicando una temperatura fissa a ogni qualità.

Variabili di controllo e rischi di insuccesso della tempra martensitica interrotta.
| Variabile | Requisito standard della tempra martensitica interrotta | Rischio in caso di mancato controllo |
|---|---|---|
| Temperatura del bagno | Appena al di sopra di Ms | Formazione prematura di martensite o bainite |
| Durata del mantenimento | Solo fino a quando le temperature della sezione si avvicinano all'uniformità | Trasformazione diffusiva indesiderata |
| Raffreddamento dopo il mantenimento | Raffreddamento controllato attraverso l'intervallo martensitico | Gradiente termico eccessivo o indurimento incompleto |
| Rinvenimento | Operazione separata prima dell'impiego | Elevate tensioni e martensite non rinvenuta fragile |

Il periodo di mantenimento costituisce l’interruzione caratteristica del processo. Deve durare abbastanza a lungo da ridurre la differenza di temperatura tra la superficie e il centro, ma rimanere sufficientemente breve da evitare la formazione di bainite, perlite o un altro prodotto diffusivo. Questo requisito distingue il martempering dall’austempering in modo più affidabile del nome del bagno. Un bagno di sale fuso può essere utilizzato per entrambi i processi; sono il percorso di trasformazione e il programma di mantenimento a determinare quale processo viene eseguito.

L’*ASM Handbook Volume 4A* del 2013, pubblicato da ASM International, identifica la temperatura di austenitizzazione, la temperatura del bagno, il tempo di mantenimento, l’agitazione e la velocità di raffreddamento come variabili di controllo. Tali variabili interagiscono tra loro. Un’agitazione eccessiva può aumentare l’estrazione di calore dalla superficie, mentre un’agitazione insufficiente può produrre differenze locali di temperatura nel bagno. Un bagno nominalmente al di sopra di Ms, ma scarsamente controllato, può comunque generare un programma di trasformazione non uniforme su un carico di grandi dimensioni.

#### Avvertenza sulla tempra martensitica interrotta

Se il pezzo raggiunge Ms durante il mantenimento per l'uniformazione della temperatura, la martensite può formarsi prima che la sezione abbia raggiunto una temperatura uniforme. Se il mantenimento è troppo lungo o a temperatura troppo bassa, può formarsi invece bainite.

La temperatura deve rimanere sufficientemente elevata da sopprimere la martensite durante il mantenimento. Se il pezzo raggiunge Ms nel bagno, la martensite può iniziare a formarsi prima che la sezione abbia raggiunto l’equilibrio termico. Se il mantenimento è troppo lungo o la temperatura è troppo bassa, può formarsi bainite. Si tratta di un’insufficienza del processo quando la specifica richiede martensite.

![Austempering e martempering dell'acciaio](/images/uploads/ff02ac68-e924-4981-b958-2d45f2f45df9/wiki-inline-metallographic-style-close-up-comparison-of-upper-bainite-lower-bainite-martensi-1920x1920.jpg)[](/images/uploads/ff02ac68-e924-4981-b958-2d45f2f45df9/wiki-inline-metallographic-style-close-up-comparison-of-upper-bainite-lower-bainite-martensi-1920x1920.avif "Ingrandisci immagine — Austempering e martempering dell'acciaio")Austempering and martempering are distinguished by the structures formed during their different temperature holds and cooling stages.

### Equalizzazione della temperatura attraverso la sezione

La tempra convenzionale crea un forte gradiente termico. La superficie si raffredda per prima, mentre l’interno rimane più caldo e continua a espandersi termicamente. Quando la superficie attraversa Ms, inizia a trasformarsi in martensite e si espande mentre l’austenite modifica la propria struttura cristallina. Il cuore può essere ancora austenitico e trovarsi a una temperatura diversa. Successivamente, quando il cuore si trasforma, la sua espansione è vincolata dal materiale esterno già trasformato. Queste deformazioni contrapposte generano tensioni interne, distorsioni e talvolta cricche di tempra.

Il martempering modifica la sequenza temporale. Il pezzo caldo viene temprato nel bagno, ma viene mantenuto al di sopra di Ms finché la temperatura non è diventata più uniforme dall’esterno verso il centro. La formazione della martensite viene quindi avviata durante una fase di raffreddamento successiva, anziché mentre superficie e cuore si trovano a temperature molto diverse. Ridurre il gradiente termico al momento della trasformazione diminuisce la differenza tra la contrazione termica e la deformazione di trasformazione.

Il vantaggio consiste in una minore probabilità di distorsioni e cricche, non nella loro eliminazione. Una piastra sottile, il dente di un ingranaggio e un albero pesante non raggiungono l’equilibrio alla stessa velocità. Lo spessore della sezione, la geometria, i fori, i bruschi cambiamenti di sezione e il contatto tra i pezzi influenzano tutti il flusso di calore. Anche la temprabilità dell’acciaio è importante: il centro deve raffreddarsi attraverso l’intervallo di trasformazione abbastanza rapidamente da evitare perlite o bainite, se è richiesta una struttura prevalentemente martensitica.

Una qualità ad alta temprabilità può consentire una velocità di raffreddamento più bassa dopo l’equalizzazione, mentre una qualità a bassa temprabilità può richiedere un’interruzione più breve e un raffreddamento più rapido. Anche il tenore di carbonio e quello degli elementi di lega modificano Ms e la cinetica di trasformazione. Per questo motivo, la temperatura del bagno e il tempo di mantenimento devono essere stabiliti in funzione della qualità, delle dimensioni della sezione, della disposizione del carico e della risposta termica misurata, anziché essere copiati da una tabella generica. \[2\] \[2\] **The Temperature Range of Martensite Formation**. Study on martensite formation, 1946. Source details supplied in the article; no URL provided

Lo studio del 1946 sull’intervallo di temperatura della formazione della martensite descriveva il principio fondamentale come una tempra fino a una temperatura appena superiore all’intervallo di formazione della martensite, seguita da un raffreddamento più lento. Il metodo può ridurre le cricche sacrificando poca durezza, a condizione che l’acciaio rimanga esente da trasformazioni diffusive indesiderate. “Più lentamente” non significa in modo arbitrariamente lento; significa abbastanza lentamente da ridurre lo shock termico, continuando tuttavia ad attraversare l’intervallo di trasformazione a una velocità adeguata all’acciaio.

### Raffreddamento in aria e fase obbligatoria di rinvenimento

Dopo l’equalizzazione, il pezzo viene estratto dall’olio o dal sale e raffreddato attraverso l’intervallo di formazione della martensite, generalmente in aria. La *Heat Treating Subject Guide* di ASM del 2020 descrive questa sequenza come il mantenimento dell’acciaio appena al di sopra di Ms fino all’equalizzazione della temperatura, seguito dal raffreddamento in aria per formare martensite. Durante questa fase, l’austenite si trasforma senza la marcata differenza di temperatura tra superficie e cuore associata alla tempra diretta.

#### Requisito per l'impiego

La tempra martensitica interrotta non è completa quando il componente esce dalla fase di raffreddamento in aria. La martensite deve essere sottoposta al trattamento separato di rinvenimento specificato prima dell'impiego.

La martensite risultante non è rinvenuta. Questo punto è essenziale. Il martempering non comprende il rinvenimento semplicemente perché il pezzo è stato raffreddato per fasi. La martensite formata durante il raffreddamento in aria è dura e contiene elevate tensioni interne; può inoltre contenere austenite trattenuta, a seconda dell’acciaio e del percorso di raffreddamento. Il pezzo deve essere sottoposto a un trattamento di rinvenimento separato prima dell’esercizio. Il rinvenimento riduce le tensioni e la fragilità e regola la durezza, la resistenza, la tenacità e la stabilità dimensionale in funzione della specifica.

La temperatura e il tempo di rinvenimento dipendono dalla qualità e dalle proprietà richieste. A un acciaio per cuscinetti ad alto tenore di carbonio come AISI 52100 non si può assegnare lo stesso ciclo di rinvenimento di una qualità da cementazione come AISI 8620. Anche uno strato cementato e un cuore a basso tenore di carbonio rispondono in modo diverso; pertanto, ove applicabile, le proprietà richieste devono essere verificate in entrambe le regioni.

SAE AMS-H-6875C: *Heat Treatment of Steel Raw Materials* riguarda quattro classi di acciaio e consente l’austempering, l’ausbay quenching e il martempering quando specificati. La sola designazione del processo non stabilisce l’accettazione. Il controllo della produzione può richiedere la registrazione delle temperature di austenitizzazione e del bagno, del tempo di trasferimento, del tempo di interruzione, delle condizioni di agitazione e dei dati di rinvenimento, nonché prove di durezza, esami metallografici e misurazioni dimensionali.

La verifica dovrebbe inoltre ricercare i meccanismi di cedimento che il ciclo è destinato a prevenire. I profili di durezza possono rivelare un cuore tenero causato da una temprabilità insufficiente o da un’interruzione eccessiva. La metallografia può distinguere la martensite dalla bainite e identificare la perlite o una quantità eccessiva di austenite trattenuta. L’ispezione dimensionale prima e dopo il trattamento termico mostra se la riduzione delle tensioni di trasformazione ha prodotto il miglioramento previsto per la geometria effettiva.

Le fasi ordinate di un ciclo standard di tempra martensitica interrotta.

Il processo presenta quindi una sequenza precisa: austenitizzare, temprare rapidamente in olio o sale mantenuto appena al di sopra di Ms, mantenere il pezzo solo fino all’equalizzazione della sezione senza trasformazioni diffusive, raffreddare attraverso l’intervallo di formazione della martensite e rinvenire. Trasformare il mantenimento in un trattamento di trasformazione bainitica modifica il processo, facendolo diventare austempering. Modificare la fase di rinvenimento successiva alla tempra non è facoltativo: senza di essa, l’acciaio martemperato è semplicemente un acciaio martensitico non rinvenuto, ottenuto mediante un percorso controllato di formazione.

## Microstrutture e proprietà: bainite versus martensite rinvenuta

L’austempering e il martempering possono ridurre le tensioni di tempra, ma non producono la stessa struttura finale. Nell’austempering, l’acciaio austenitizzato viene raffreddato rapidamente fino a una temperatura alla quale può formarsi la bainite e viene mantenuto a tale temperatura abbastanza a lungo da completare la trasformazione prevista. Il prodotto può essere costituito da bainite superiore, bainite inferiore oppure da una miscela che contiene ancora austenite non trasformata e, dopo il raffreddamento finale, martensite. Uno studio del 2013 sull’AISI 52100 descrive l’intervallo di austempering come compreso approssimativamente tra 200 e 400 °C, con il mantenimento prolungato fino alla formazione della bainite.

Il martempering segue un percorso diverso. Il pezzo viene mantenuto brevemente in olio o in un bagno di sale appena al di sopra della temperatura di inizio della martensite, consentendo alla sezione di raggiungere una temperatura più uniforme prima di essere raffreddata attraverso l’intervallo martensitico. La martensite risultante non costituisce una condizione pronta per l’esercizio: deve essere successivamente rinvenuta. L’*Heat Treating Subject Guide* di ASM International (2020) descrive direttamente questa sequenza. ASM Handbook Volume 4A (2013) identifica la temperatura di austenitizzazione, la temperatura del bagno, il tempo di mantenimento, l’agitazione e la velocità di raffreddamento come variabili di controllo.

La distinzione è importante perché bainite e martensite rinvenuta sviluppano la resistenza attraverso diverse disposizioni di ferrite, carbonio e carburi. La loro durezza può sovrapporsi, ma una durezza sovrapponibile non rende intercambiabili i loro comportamenti meccanici.

### Resistenza, durezza, tenacità e duttilità

Costituenti microstrutturali rilevanti per i due trattamenti.
| Costituente | Meccanismo di formazione | Considerazioni sulle proprietà |
|---|---|---|
| Bainite superiore | Trasformazione bainitica a temperatura più elevata, con carburi comunemente disposti tra regioni ferritiche | Può differire per durezza e duttilità dalla bainite inferiore |
| Bainite inferiore | Trasformazione a temperatura più bassa, con disposizioni dei carburi più fini | Può fornire un diverso equilibrio tra resistenza e tenacità |
| Martensite rinvenuta | Ridistribuzione del carbonio e formazione di carburi durante il rinvenimento | Durezza e tenacità dipendono fortemente dalla temperatura e dal tempo di rinvenimento |
| Austenite trattenuta | Austenite che rimane non trasformata dopo il raffreddamento | Può trasformarsi durante l'impiego, la rettifica o un successivo raffreddamento |

La bainite è costituita da regioni ferritiche formatesi attraverso una trasformazione displaciva, con il carbonio respinto nell’austenite oppure precipitato sotto forma di carburi, a seconda della temperatura di trasformazione e della composizione della lega. La bainite superiore contiene generalmente lamelle o placchette di ferrite con carburi disposti tra di esse. La bainite inferiore si forma a temperature più basse e presenta carburi più fini all’interno delle placchette ferritiche o strettamente associati a esse. La morfologia esatta varia in funzione del tenore di carbonio, degli elementi di lega aggiunti, della velocità di raffreddamento e del tempo di mantenimento.

La martensite rinvenuta ha origine da una fase tetragonale a corpo centrato sovrasatura e fortemente deformata. Durante il rinvenimento, il carbonio fuoriesce dalla martensite, si formano prima carburi di transizione e poi carburi più stabili, mentre la matrice perde gran parte della propria tetragonalità e delle tensioni interne. La temperatura e la durata del rinvenimento determinano l’avanzamento di questa sequenza. Una bassa temperatura di rinvenimento può preservare un’elevata durezza mantenendo al contempo tensioni residue sostanziali; una temperatura di rinvenimento più elevata riduce generalmente la durezza, ma migliora la tenacità e la stabilità dimensionale. Un’esposizione prolungata può produrre un ulteriore rammollimento oppure un indurimento secondario negli acciai contenenti elementi come cromo, molibdeno o vanadio.

Né la bainite né la martensite rinvenuta presentano un vantaggio universale in termini di durezza. La bainite inferiore fine può essere molto dura, mentre la bainite superiore può essere più tenera e duttile. Una struttura martensitica rinvenuta a bassa temperatura può superare la durezza di una determinata struttura bainitica; tuttavia, un rinvenimento a temperatura più elevata può conferire all’acciaio martensitico una durezza inferiore e una maggiore resistenza alla frattura. Prima che il confronto abbia significato, è necessario specificare il tenore di carbonio, la dimensione dei grani di austenite precedente, la temprabilità della lega, la temperatura di trasformazione e la quantità di ciascun costituente.

La tenacità segue la stessa regola. La ferrite bainitica può offrire una combinazione favorevole di resistenza e resistenza all’innesco delle cricche quando le sue placchette sono fini e i film di carburi sono controllati. La bainite grossolana, l’austenite non trasformata o la martensite fresca ad alto tenore di carbonio formatasi durante il raffreddamento finale possono ridurre tale vantaggio. La martensite rinvenuta può offrire un’elevata tenacità quando il rinvenimento riduce le tensioni e affina la distribuzione dei carburi, ma un rinvenimento insufficiente lascia una struttura fragile. Un rinvenimento eccessivo può sacrificare la resistenza.

La duttilità non è semplicemente una conseguenza della scelta di un determinato processo. Dipende dalla frazione volumica e dalla morfologia di bainite, martensite, austenite trattenuta, carburi, inclusioni e di eventuali regioni ricche di carbonio. Una struttura mista può mostrare un allungamento utile pur contenendo costituenti locali fragili. La resistenza a trazione, il carico di snervamento, l’energia d’urto, la tenacità alla frattura, il comportamento a fatica e la resistenza all’usura devono pertanto essere misurati separatamente, anziché dedotti dalla sola durezza.

Anche la distorsione può differire. Una ricerca su AISI 8620, AISI 8822 e AISI 4320 cementati ha utilizzato temperature di austempering di 260, 288 e 304 °C e ha riportato una distorsione significativamente inferiore rispetto a provini cementati, temprati e rinvenuti. Questo risultato riflette le geometrie cementate e i cicli sperimentati, non costituisce una garanzia generale. Il martempering riduce i gradienti termici prima della formazione della martensite e può quindi ridurre cricche e distorsione rispetto a una tempra diretta, sebbene la trasformazione martensitica provochi comunque una variazione di volume.

### Austenite trattenuta e miscele di trasformazione

L’austempering viene spesso descritto come un processo che produce bainite, ma “bainitico” non significa necessariamente costituito al 100% da bainite. Se il mantenimento termina prima che l’austenite si sia trasformata, l’austenite rimanente può persistere come austenite trattenuta oppure trasformarsi in martensite durante il successivo raffreddamento. L’arricchimento in carbonio dell’austenite rimanente può stabilizzarne una parte a temperatura ambiente. Il risultato può essere bainite più austenite trattenuta, bainite più martensite oppure bainite insieme a entrambe.

Questa miscela influisce fortemente sulle proprietà. L’austenite trattenuta può migliorare la duttilità apparente e assorbire la deformazione di trasformazione, ma può anche trasformarsi sotto carico, durante la rettifica o in esercizio. Tale trasformazione può causare variazioni dimensionali, indurimento locale o tensioni residue. La martensite formata dall’austenite non trasformata dopo il mantenimento di austempering può essere più dura e fragile della bainite formata nel bagno. La diffrazione a raggi X, la metallografia, la dilatometria e la mappatura della durezza possono aiutare a identificare questi costituenti; un singolo valore di durezza globale non è sufficiente. \[3\] \[3\] [**Short-term low-temperature austempering in medium-carbon low-alloy steel**](https://doi.org/10.1007/s12540-020-00957-6). Metal and Materials International, 2020.

Lo studio del 2020 sull’austempering di breve durata e a bassa temperatura di un acciaio basso-legato a medio tenore di carbonio illustra questo limite. La struttura descritta conteneva nanobainite, martensite e austenite trattenuta, anziché un’unica fase. Nelle condizioni di prova, i suoi coefficienti di usura erano fino al 50% inferiori a quelli dell’acciaio martensitico temprato. Si tratta di un confronto circoscritto: si applica all’acciaio studiato, alla preparazione dei provini, al ciclo di austempering, al controcorpo, al carico e alla prova di usura utilizzati. Non dimostra che ogni acciaio sottoposto ad austempering presenterà una velocità di usura pari alla metà di quella di ogni acciaio temprato e rinvenuto.

Anche il martempering può produrre miscele di trasformazione, ma la sequenza prevista è diversa. Il mantenimento di equalizzazione al di sopra della temperatura di inizio della martensite deve essere abbastanza breve da evitare una formazione significativa di bainite. Dopo il raffreddamento in aria attraverso l’intervallo martensitico, l’acciaio contiene martensite, spesso con una certa quantità di austenite trattenuta e possibilmente carburi non disciolti. Il rinvenimento modifica quindi la matrice martensitica e lo stato dei carburi. Se il trattamento di austenitizzazione ha disciolto una quantità eccessiva di carbonio, oppure se l’acciaio presenta un’elevata temprabilità e il percorso di raffreddamento finale non è adeguato, l’austenite trattenuta può rimanere in quantità rilevante.

Il documento SAE sul martempering modificato distingue tale processo collocando il bagno di tempra al di sotto della temperatura di inizio della martensite, per evitare la formazione di bainite. Questo dettaglio mostra perché la sola temperatura del bagno non costituisca un’etichetta di processo sufficiente: è il rapporto tra temperatura del bagno, temperatura di inizio della martensite, tempo di mantenimento e percorso di raffreddamento a controllare le fasi che si formano effettivamente.

### Perché le proprietà devono essere riferite al grado di acciaio

Il grado di acciaio determina la cinetica di trasformazione. L’acciaio per cuscinetti AISI 52100, l’acciaio da cementazione AISI 8620, l’AISI 8822, l’AISI 4320 e un acciaio basso-legato a medio tenore di carbonio non presentano lo stesso tenore di carbonio, lo stesso contenuto di elementi di lega, la stessa temprabilità, la stessa temperatura di inizio della martensite, la stessa stabilità dei carburi o la stessa risposta al rinvenimento. Anche all’interno di una singola designazione, la dimensione della sezione e la pratica di austenitizzazione possono modificare sufficientemente la velocità di raffreddamento al cuore da produrre strutture differenti.

Anche la specifica stabilisce il processo consentito e i criteri di accettazione. SAE AMS-H-6875C: *Heat Treatment of Steel Raw Materials* riguarda quattro classi di acciai e consente l’austempering, la tempra ausbay e il martempering quando specificati. Tale autorizzazione non assegna un unico valore di durezza, tenacità o limite di austenite trattenuta a ogni grado. È necessario che la specifica applicabile del materiale, il disegno, la procedura di trattamento termico e il metodo di ispezione forniscano tali limiti.

Un confronto valido deve quindi indicare il grado o la composizione chimica dell’acciaio, la temperatura di austenitizzazione, il tempo di trasferimento, la temperatura del bagno, la durata del mantenimento, il metodo di raffreddamento, la temperatura e il tempo di rinvenimento, la dimensione della sezione e il metodo di prova. La durezza dovrebbe essere accompagnata da un esame microstrutturale e, ove pertinente, dalla misurazione dell’austenite trattenuta e dal controllo dimensionale. In assenza di questi dettagli, affermazioni come “l’austempering è più tenace” o “il martempering è più duro” sono troppo generiche per essere tecnicamente affidabili.

## Controllo della Distorsione, delle Cricche e delle Tensioni Residue

### Perché la Tempra Diretta Crea Tensioni Termiche e di Trasformazione

La tempra diretta sottopone l’acciaio austenitizzato a un forte gradiente di temperatura. La superficie entra per prima in contatto con il refrigerante, si contrae mentre il cuore rimane caldo ed espanso e, di conseguenza, viene vincolata dall’interno più caldo. Durante la fase iniziale del raffreddamento, la superficie può entrare in compressione, mentre il cuore è soggetto a tensione di trazione. Proseguendo il raffreddamento, il cuore si contrae e il quadro tensionale può invertirsi. Sezioni sottili, spigoli vivi, fori e variazioni dello spessore della sezione amplificano queste differenze, poiché si raffreddano a velocità diverse.

Dopo la contrazione termica si verifica un secondo evento: l’austenite si trasforma. Negli acciai al carbonio non legati e basso-legati, la martensite ha un volume specifico maggiore rispetto all’austenite di origine. La temperatura alla quale questa trasformazione ha inizio è la temperatura di inizio della formazione della martensite, o Ms. Se uno strato superficiale raggiunge Ms mentre il cuore è ancora austenitico, la superficie si espande a causa della trasformazione martensitica, mentre il cuore continua a contrarsi termicamente. L’espansione dovuta alla trasformazione non è uniforme attraverso la sezione; pertanto, si somma alla tensione termica già presente invece di sostituirla.

Lo stato tensionale risultante dipende dalla tempistica degli eventi. Per esempio, in un ingranaggio cementato, la trasformazione può iniziare prima nello strato cementato arricchito di carbonio, mentre il cuore a minore contenuto di carbonio si trasforma più tardi o rimane parzialmente austenitico. Uno strato martensitico duro e relativamente fragile può quindi contenere tensioni residue di trazione, in particolare in prossimità delle discontinuità geometriche. Questa combinazione favorisce la formazione di cricche da tempra. Anche quando non si verificano cricche, una contrazione non uniforme attorno a un foro o lungo un dente può produrre ovalizzazione, eccentricità, piegatura o variazioni del passo dei denti.

La severità del raffreddamento è soltanto una parte del problema. La temperatura di austenitizzazione controlla la dimensione dei grani e la quantità di carbonio e di elementi di lega disciolti nell’austenite; l’agitazione modifica il coefficiente di scambio termico; e la temprabilità determina se il cuore si trasforma in martensite o in prodotti più teneri, come bainite o perlite. L’ASM Handbook, Volume 4A (2013), identifica la temperatura di austenitizzazione, la temperatura del bagno, il tempo di mantenimento, l’agitazione e la velocità di raffreddamento come variabili importanti della martempering. Le stesse variabili influenzano la distorsione dovuta alla tempra diretta, insieme alla geometria, allo schema di carico, agli attrezzi di supporto e alle condizioni dello strato cementato.

### Come la Tempra Interrotta Modifica la Storia delle Tensioni

La martempering modifica la sequenza degli eventi, anziché limitarsi a selezionare un bagno diverso. Il pezzo caldo austenitizzato viene temprato rapidamente in olio o in sale fuso mantenuto appena al di sopra della sua temperatura Ms. Viene mantenuto a tale temperatura abbastanza a lungo da consentire alla superficie e al cuore di raggiungere una temperatura più uniforme, ma non abbastanza a lungo da permettere la formazione di bainite o perlite. Il pezzo viene quindi raffreddato attraverso l’intervallo di formazione della martensite, generalmente in aria o in un’altra condizione controllata a bassa severità, e viene rinvenuto prima di entrare in servizio.

Questa equalizzazione della temperatura riduce il differenziale termico presente quando inizia a formarsi la martensite. La superficie e il cuore non si trasformano comunque esattamente nello stesso istante e la trasformazione martensitica produce ancora un’espansione, ma il gradiente di temperatura e il vincolo associato sono inferiori. La martempering riduce quindi la distorsione e la probabilità di formazione di cricche da tempra, ma non elimina né l’una né l’altra. Un componente complesso può ancora deformarsi se le sue sezioni presentano tempi di raffreddamento diversi, se il bagno non è controllato adeguatamente o se la sua temprabilità produce un andamento della trasformazione non uniforme.

La 2020 ASM Heat Treating Subject Guide descrive direttamente il ciclo: l’acciaio viene mantenuto appena al di sopra di Ms fino all’equalizzazione della temperatura, quindi raffreddato in aria affinché si formi la martensite, e infine rinvenuto. Il rinvenimento non è facoltativo nelle normali condizioni di esercizio, poiché la martensite allo stato temprato presenta elevate tensioni interne e una limitata resistenza alla frattura. La temperatura e il tempo finali devono essere adeguati al tipo di acciaio, alle dimensioni, al requisito di durezza e alle condizioni dell’austenite trattenuta.

L’austempering ha uno scopo diverso. L’acciaio austenitizzato viene temprato in un bagno mantenuto nell’intervallo della trasformazione bainitica—approssimativamente tra 200 e 400 °C secondo la definizione riportata per AISI 52100—e mantenuto fino a quando la frazione richiesta di austenite si trasforma in bainite. Il raffreddamento successivo produce una struttura bainitica, eventualmente con austenite trattenuta o martensite se il mantenimento è incompleto. Lo studio pubblicato nel 2024 su ACS Omega distingue questo ciclo dalla martempering: l’austempering prevede un mantenimento fino alla conversione dell’austenite in bainite, mentre la martempering equalizza brevemente la temperatura al di sopra di Ms e consente quindi la formazione della martensite durante il raffreddamento.

Poiché la bainite si forma isotermicamente dopo che il pezzo ha raggiunto una temperatura del bagno relativamente uniforme, l’austempering evita la severa sequenza termica tra superficie e cuore tipica della tempra diretta. Anche la trasformazione bainitica distribuisce la deformazione durante il mantenimento, invece di concentrare l’espansione martensitica lungo un gradiente di temperatura in movimento. Di conseguenza, la distorsione e la tensione residua possono essere inferiori, ma soltanto quando la temprabilità dell’acciaio, le dimensioni della sezione e la cinetica di trasformazione consentono all’intera sezione di raggiungere il bagno e completare la reazione prevista prima che si formino perlite o martensite indesiderata.

Martempering e austempering non sono quindi denominazioni intercambiabili per una tempra a distorsione ridotta. La martempering produce ancora martensite e richiede un successivo rinvenimento. L’austempering mira a ottenere bainite e utilizza un mantenimento isotermico sufficientemente lungo per formarla. Le specifiche possono consentire entrambi i percorsi: SAE AMS-H-6875C (2020), che riguarda il trattamento termico di quattro classi di acciaio, elenca l’austempering, la tempra ausbay e la martempering quando il requisito applicabile li prescrive. Il rapporto di processo dovrebbe identificare l’effettivo percorso temperatura-tempo, non limitarsi a dichiarare che il pezzo è stato “temprato in sale”.

### Le Evidenze Sugli Acciai Basso-Legati Cementati

La tempra bainitica isotermica ha prodotto una distorsione inferiore rispetto alla cementazione seguita da tempra e rinvenimento convenzionali nei provini testati di AISI 8620, AISI 8822 e AISI 4320. Limited evidence

L’articolo SAE “Austempering Process for Carburized Low-Alloy Steels”, SAE 2013-01-0949, ha esaminato AISI 8620, AISI 8822 e AISI 4320 cementati. Il confronto riguardava campioni cementati e sottoposti ad austempering e campioni cementati, temprati convenzionalmente e rinvenuti. I trattamenti di austempering utilizzavano temperature del bagno di 260, 288 e 304 °C. Il risultato riportato mostrava una distorsione significativamente inferiore nei campioni cementati e sottoposti ad austempering.

Questo risultato è coerente con il meccanismo delle tensioni. La cementazione crea un gradiente di carbonio: lo strato cementato presenta un contenuto di carbonio più elevato, una maggiore temprabilità e una temperatura Ms diversa da quella del cuore. Durante la tempra diretta, strato cementato e cuore si raffreddano e si trasformano quindi secondo cicli differenti. L’austempering sostituisce questa sequenza martensitica rapida e spazialmente non uniforme con un mantenimento bainitico controllato, dopo che il componente si è avvicinato alla temperatura del bagno. La minore distorsione è credibile e coerente dal punto di vista metallurgico, ma non costituisce un fattore di correzione universale per ogni ingranaggio, albero o pista di cuscinetto.

L’applicazione del risultato a un altro componente dipende innanzitutto dalla geometria. Un anello sottile può raggiungere rapidamente una temperatura uniforme, mentre il mozzo spesso di un ingranaggio può conservare un cuore caldo dopo che lo strato cementato ha raggiunto la temperatura del bagno. AISI 8620, AISI 8822 e AISI 4320 differiscono inoltre per contenuto di lega e temprabilità; pertanto, la stessa temperatura del bagno non garantisce le medesime frazioni di fase. La profondità dello strato cementato, il carbonio superficiale, l’austenite trattenuta, la condizione dei carburi, la dimensione dei grani di austenite preesistente e l’uniformità della cementazione influenzano sia la deformazione di trasformazione sia la sensibilità alla formazione di cricche.

Anche gli attrezzi di supporto e il carico sono importanti. Un componente vincolato durante il raffreddamento può mostrare un minore movimento libero, ma sviluppare una tensione residua maggiore; un componente sostenuto in modo meno rigido può deformarsi maggiormente, riducendo però una parte di tale tensione. Devono essere verificate la composizione del bagno, la circolazione, la spaziatura dei pezzi nel carico, il tempo di trasferimento e l’uniformità della temperatura. I controlli dimensionali prima e dopo il trattamento termico, i profili di durezza dallo strato cementato al cuore, l’esame metallografico e, quando necessario, le misurazioni delle tensioni residue sono più informativi del semplice presupposto che un processo denominato garantisca un determinato risultato.

## Bagni, Trasferimento del Calore e Controllo del Processo

La selezione del bagno non definisce di per sé il processo. L’austempering e il martempering possono utilizzare entrambi sale o olio, ma i rispettivi percorsi termici e gli obiettivi di trasformazione differiscono. L’austempering trasferisce l’acciaio austenitizzato in un bagno mantenuto a una temperatura di trasformazione bainitica—approssimativamente da 200 a 400 °C nella descrizione dell’AISI 52100 di G. A. H. D. et al. (2013)—e lo mantiene a tale temperatura fino alla formazione della bainite. Il martempering trasferisce l’acciaio in un bagno appena al di sopra della temperatura di inizio della martensite, uniforma la temperatura attraverso la sezione e quindi lo raffredda in aria, affinché la martensite si formi in modo più uniforme. Successivamente è necessario il rinvenimento.

L’ASM Handbook Volume 4A (2013) fornisce un utile quadro di controllo per il martempering: temperatura di austenitizzazione, temperatura del bagno, tempo di mantenimento, agitazione e velocità di raffreddamento. Queste variabili evidenziano anche perché un processo in bagno possa produrre risultati diversi quando si utilizzano cicli di forno apparentemente simili. La qualità dell’acciaio, lo spessore della sezione, la temprabilità, la massa del carico, il ritardo nel trasferimento e le condizioni del bagno determinano se il percorso termico prescritto viene effettivamente raggiunto.

### Olio, sali nitrato-nitrito e miscele di sali fusi

L’olio è un mezzo noto e pratico, ma il suo comportamento nel trasferimento del calore cambia durante la tempra. Quando l’acciaio caldo entra nell’olio, sulla superficie può formarsi un mantello di vapore. Questa fase del film trasferisce il calore in modo relativamente lento e non uniforme; quando il film collassa, l’ebollizione nucleata può rimuovere il calore molto più rapidamente, seguita da un raffreddamento convettivo più lento. L’agitazione rompe il mantello di vapore e porta l’olio più freddo verso il pezzo. La temperatura dell’olio, la viscosità, l’ossidazione, la contaminazione da acqua, i fanghi e il rapporto tra massa del carico e volume del bagno modificano tutti questa sequenza.

Due serbatoi contenenti lo stesso olio nominale possono quindi produrre curve di raffreddamento diverse. Un olio invecchiato può presentare una viscosità maggiore o un comportamento di bagnabilità alterato. La contaminazione da acqua può causare ebollizione locale e, nei casi gravi, un incendio o un pericolo di espulsione associato al vapore. Un cesto sovraccarico ostacola la circolazione intorno alle superfici, mentre un carico caldo di grandi dimensioni aumenta la temperatura dell’olio e rallenta la parte successiva della tempra. La variabile rilevante non è semplicemente la “tempra in olio”, bensì la risposta di raffreddamento misurata nelle effettive condizioni di carico e agitazione.

I bagni di sali nitrato-nitrito trasferiscono generalmente il calore rapidamente, poiché il liquido bagna direttamente l’acciaio e non dipende da un mantello di vapore persistente nello stesso modo della tempra in olio. La convezione all’interno del sale fuso può mantenere il bagno relativamente uniforme e la superficie dell’acciaio può raggiungere rapidamente la temperatura del bagno. Questo rapido trasferimento è importante quando un componente sottoposto a martempering deve attraversare la regione della perlite o della bainite senza differenze di temperatura eccessive tra superficie e cuore. Aiuta inoltre i componenti sottoposti ad austempering a raggiungere la temperatura bainitica selezionata prima che la trasformazione proceda in modo non uniforme.

Il sale non è esente da manutenzione. La composizione del sale, l’ossidazione, l’umidità, il trascinamento, i fanghi e le contaminazioni influenzano il comportamento alla fusione, la viscosità, la conducibilità elettrica e il trasferimento del calore. Le miscele nitrato-nitrito richiedono inoltre il controllo della temperatura di esercizio e delle condizioni chimiche, poiché la decomposizione e le contaminazioni possono alterare il bagno e creare pericoli per la sicurezza. I pezzi devono essere asciutti prima dell’immersione; l’acqua introdotta nel sale fuso può vaporizzare violentemente.

Lo studio pubblicato su ACS Omega da Sun et al. (2024) ha esaminato miscele di sali fusi Ca(NO3)2–KNO3 e ha considerato la misurazione del trasferimento del calore una questione centrale. Il suo valore per l’ingegneria di processo non consiste nel dichiarare universale, per l’austempering, un determinato rapporto tra nitrato di calcio e nitrato di potassio. Composizioni diverse del sale presentano diverse temperature di liquidus, proprietà termiche, viscosità e intervalli di utilizzo. Le misurazioni dello studio aiutano a correlare la composizione e la temperatura del bagno al comportamento nel trasferimento del calore, ma un ciclo produttivo richiede comunque una curva di raffreddamento convalidata, dati di trasformazione specifici per l’acciaio e il controllo del bagno effettivo.

### Effetti della temperatura del bagno, dell’agitazione e del carico

La temperatura del bagno è una variabile di trasformazione, non una semplice impostazione del forno. Nell’austempering, il bagno deve rimanere entro l’intervallo nel quale l’acciaio selezionato può trasformarsi in bainite a una velocità accettabile. Il mantenimento prosegue fino al completamento della reazione richiesta da austenite a bainite, come stabilito dai dati di trasformazione tempo-temperatura o mediante verifica metallografica. Nel martempering, il bagno viene normalmente mantenuto appena al di sopra della temperatura di inizio della martensite, spesso indicata come Ms, per un tempo sufficiente a ridurre a un livello accettabile la differenza di temperatura tra superficie e cuore. Un mantenimento troppo lungo o a una temperatura troppo bassa può consentire la formazione di bainite, vanificando il ciclo martensitico previsto.

L’agitazione deve essere specificata in termini di metodo e intensità, anziché essere descritta vagamente come “buona circolazione”. La portata della pompa, la posizione della girante, il movimento del pezzo e la configurazione del cesto determinano se tutte le superfici sono sottoposte a un movimento del fluido comparabile. Un movimento eccessivo può danneggiare i componenti delicati o inglobare aria; un movimento insufficiente lascia zone stagnanti e aumenta le differenze locali di raffreddamento. I bagni di sale richiedono generalmente la circolazione per rimuovere il calore dal carico e ripristinare l’uniformità della temperatura, anche se il contatto diretto consente loro un trasferimento più rapido rispetto all’olio.

Gli effetti del carico sono spesso sottovalutati. Un singolo provino di piccole dimensioni può sperimentare una temperatura del bagno quasi costante, mentre un cesto di produzione può abbassare la temperatura del bagno al momento dell’ingresso e creare un periodo di recupero. I componenti esterni di un carico strettamente impaccato possono raffreddarsi in modo diverso da quelli interni, poiché la spaziatura limita l’accesso del fluido. I componenti devono essere separati sufficientemente per consentire il contatto con il bagno e la circolazione, utilizzando attrezzature progettate per impedire l’incastro, i segni di contatto e l’intrappolamento del sale. La configurazione del carico utilizzata durante la qualificazione deve corrispondere a quella impiegata in produzione.

Anche la misurazione della temperatura introduce variabilità. Una termocoppia del forno misura l’atmosfera del forno o un’attrezzatura vicina, non necessariamente il cuore dell’acciaio. Un controllore del bagno può rilevare la temperatura in un punto vicino a un riscaldatore, mentre la regione più fredda si trova altrove. Sensori indipendenti dovrebbero esaminare la zona di lavoro, mentre termocoppie fissate a componenti rappresentativi possono determinare il ritardo termico effettivo. Per le sezioni spesse, una termocoppia superficiale può indicare l’ingresso nel bagno mentre il centro rimane sostanzialmente più caldo. Questa differenza è precisamente ciò che il martempering mira a ridurre prima della formazione della martensite.

### Severità di tempra e tempo di trasferimento

La severità di tempra descrive la rapidità con cui il calore viene rimosso dall’acciaio, ma la misura utile è la curva di raffreddamento completa attraverso l’intervallo di trasformazione critico. L’agitazione dell’olio, la circolazione del sale, la temperatura del bagno, la geometria del componente e la temprabilità dell’acciaio contribuiscono tutti al risultato. Un acciaio ad alta temprabilità può formare martensite attraverso un’ampia sezione in condizioni che lascerebbero un acciaio di qualità con temprabilità inferiore parzialmente bainitico o perlitico. Gli spigoli delle sezioni si raffreddano rapidamente; i nuclei delle sezioni pesanti si raffreddano lentamente. Lo stesso bagno non può garantire la stessa struttura in un perno sottile e in un ingranaggio spesso.

Il ritardo di trasferimento inizia quando il componente esce dal forno di austenitizzazione e termina quando le superfici operative sono immerse. Durante questo intervallo, la superficie può raffreddarsi in aria mentre il cuore rimane vicino alla temperatura di austenitizzazione. Il ritardo può inoltre consentire una trasformazione indesiderata negli acciai sensibili e rendere il primo componente di un lotto termicamente diverso dall’ultimo. Percorsi di trasferimento brevi e ripetibili, attrezzature di trasferimento coperte e movimentazione sincronizzata riducono questa fonte di variabilità.

Il recupero del bagno avviene dopo l’immersione. Il carico in ingresso sottrae calore al bagno e intorno a un cesto sovraccarico possono svilupparsi zone fredde locali. Il controllore può indicare il valore impostato mentre la zona di lavoro è ancora in fase di recupero. Un limite di recupero definito—basato sulla temperatura del bagno misurata nel punto occupato dal carico—dovrebbe stabilire quando può entrare il carico successivo. In assenza di tale limite, lotti consecutivi possono ricevere velocità di raffreddamento diverse nonostante ricette nominali identiche.

Il lavoro del 1946 sull’intervallo di temperatura di formazione della martensite spiega lo scopo del martempering: temprare fino a una temperatura appena superiore all’intervallo di formazione della martensite, consentire l’uniformazione delle temperature e quindi raffreddare più lentamente. Ciò riduce le tensioni termiche e di trasformazione, diminuendo il rischio di cricche e deformazioni, con una perdita di durezza minima quando l’acciaio e la sezione sono idonei. L’austempering risponde a un requisito diverso: il bagno deve rimanere stabile per l’intera durata del mantenimento bainitico. Uno studio del 2020 sull’austempering a bassa temperatura e di breve durata ha riportato nano-bainite, martensite e austenite trattenuta, con coefficienti di usura fino al 50% inferiori rispetto all’acciaio martensitico temprato, ma questo risultato non si trasferisce automaticamente a un’altra qualità di acciaio o a un altro ciclo. \[4\] \[4\] [**Heat Treatment of Steel Raw Materials**](https://www.normsplash.com/Samples/SAE/165267379/SAE-AMSH-6875C-2020-en.pdf). SAE International. SAE AMS-H-6875C, 2020.

La SAE AMS-H-6875C (2020) riguarda quattro classi di acciaio e consente l’austempering, la tempra ausbay e il martempering quando specificati. La conformità dipende pertanto dalla qualità specificata, dal ciclo, dall’attrezzatura e dalla verifica, non dal solo nome del bagno. Per dimostrare che la trasformazione prevista si è effettivamente verificata sono necessari i registri della temperatura, i registri dei tempi di trasferimento, la configurazione del carico, le rilevazioni del bagno, la durezza, il controllo dimensionale e la metallografia.

## Martempering modificato e suo confine con l’austempering

### Martempering standard e modificato

Il martempering e l’austempering interrompono entrambi il raffreddamento diretto dalla temperatura di austenitizzazione alla temperatura ambiente, ma lo fanno per ragioni metallurgiche differenti. L’austempering è concepito per produrre bainite. Il martempering è concepito per ridurre le differenze di temperatura prima della formazione della martensite, limitando così la deformazione e le cricche da tempra.

Nel martempering standard, l’acciaio austenitizzato viene temprato in olio o in sale fuso mantenuto appena al di sopra della temperatura di inizio della martensite dell’acciaio, ovvero **Ms**. Il pezzo rimane nel bagno solo per il tempo necessario affinché superficie e cuore raggiungano temperature simili. Viene quindi raffreddato attraverso l’intervallo di trasformazione martensitica, comunemente mediante raffreddamento in aria. Poiché la martensite si forma durante questa fase finale di raffreddamento, il processo deve essere seguito da un rinvenimento prima dell’impiego. La *Heat Treating Subject Guide* (2020) di ASM International descrive questa sequenza come una permanenza appena al di sopra di Ms, l’equalizzazione della temperatura, il raffreddamento in aria per formare martensite e il successivo rinvenimento.

La temperatura non viene scelta sulla base di una tabella universale. Ms varia in funzione del tenore di carbonio, degli elementi di lega, della dimensione del grano austenitico preesistente e della condizione dell’austenite. Una superficie cementata, per esempio, può avere una Ms sostanzialmente più bassa rispetto al cuore a minor tenore di carbonio. Anche lo spessore della sezione è importante, perché il calore abbandona la superficie più rapidamente rispetto al centro. Il bagno deve pertanto essere selezionato sulla base dei dati di trasformazione relativi allo specifico acciaio e componente, non semplicemente in base a una designazione nominale della qualità.

L’ASM Handbook Volume 4A (2013) identifica la temperatura di austenitizzazione, la temperatura del bagno, il tempo di permanenza, l’agitazione e la velocità di raffreddamento come variabili di controllo nel martempering. Queste variabili determinano se il componente raggiunge l’equalizzazione in condizioni sicure, se inizia a formarsi bainite, se nel bagno avviene una trasformazione parziale in martensite o se si sviluppano tensioni termiche e di trasformazione eccessive. Una permanenza breve e ben controllata è fondamentale per il processo standard.

Il martempering modificato cambia il punto in cui avviene l’interruzione. Nella descrizione SAE del martempering modificato, il bagno di tempra è al di sotto di Ms, mentre nel martempering standard il bagno è al di sopra di Ms. Questa differenza non costituisce una modifica marginale di un’operazione altrimenti identica. Essa cambia il momento in cui inizia a formarsi la martensite e modifica il percorso termico e di trasformazione seguito dal pezzo.

Un bagno al di sotto di Ms può provocare l’inizio della formazione di martensite mentre l’acciaio è ancora immerso. Il pezzo non viene semplicemente raffreddato fino a una temperatura di equalizzazione più bassa prima di una trasformazione successiva. Una parte dell’austenite può trasformarsi durante la permanenza nel bagno, mentre la parte rimanente può trasformarsi durante il successivo raffreddamento. Le frazioni risultanti dipendono dalla temprabilità dell’acciaio, dall’effettiva temperatura del bagno, dal tempo di permanenza nel bagno e dalla distribuzione della temperatura attraverso la sezione.

La SAE AMS-H-6875C (2020), *Heat Treatment of Steel Raw Materials*, riguarda quattro classi di acciaio e consente l’austempering, la tempra ausbay e il martempering quando specificati. Tale autorizzazione non rende i processi intercambiabili. Una specifica di processo, un disegno o un requisito dell’acquirente deve comunque identificare il ciclo previsto e i criteri di controllo. La sola indicazione “martempered” può essere insufficiente se si intende applicare il martempering modificato.

### Perché un bagno al di sotto di Ms modifica il percorso di trasformazione

Ms indica l’inizio approssimativo di una trasformazione, priva di diffusione, dell’austenite in martensite durante il raffreddamento. Ciò non significa che tutta l’austenite si trasformi istantaneamente in martensite a una singola temperatura fissa. La trasformazione procede lungo un intervallo di temperature e la quantità che si forma dipende principalmente da quanto l’acciaio viene raffreddato al di sotto di Ms. Anche il tempo di permanenza può avere un effetto indiretto: consente al componente di raggiungere l’equalizzazione termica mentre la trasformazione procede in funzione della temperatura locale.

Portare il bagno al di sotto di Ms consente pertanto al pezzo di entrare nell’intervallo martensitico prima che la sua temperatura si sia completamente equalizzata. Ciò può ridurre in una fase successiva la differenza di temperatura tra superficie e cuore, ma lo fa mentre si sviluppa la deformazione di trasformazione. Il martempering standard ritarda la maggior parte della formazione di martensite fino a dopo l’equalizzazione; il martempering modificato accetta un inizio più precoce della trasformazione per ottenere un diverso equilibrio tra gradienti termici, tensioni di trasformazione e austenite trattenuta.

Il confine con l’austempering è definito dalla trasformazione di fase prevista durante la permanenza. L’austempering tempra l’acciaio austenitizzato portandolo in un intervallo di temperature nel quale può formarsi bainite, mantenendolo quindi a tale temperatura finché la quantità richiesta di austenite non si è trasformata. Uno studio del 2013 sull’AISI 52100 descrive l’austempering come una tempra in un mezzo mantenuto approssimativamente tra 200 e 400 °C, con permanenza fino alla formazione della bainite. Analogamente, uno studio pubblicato nel 2024 su ACS Omega distingue l’austempering, che prevede una permanenza alla temperatura di trasformazione bainitica, dal martempering, che prevede una breve permanenza appena al di sopra di Ms prima del raffreddamento in aria per formare martensite.

Gli intervalli di temperatura possono sovrapporsi per alcuni acciai; pertanto, la sola temperatura del bagno non può stabilire il nome del processo. Un bagno a 300 °C può produrre bainite in una qualità, martensite in un’altra oppure una struttura mista se la permanenza è troppo breve o se le curve di trasformazione si sovrappongono. Gli elementi di prova pertinenti derivano dal comportamento dell’acciaio nei diagrammi tempo-temperatura-trasformazione o nei diagrammi di trasformazione in raffreddamento continuo, oltre che dalla verifica metallografica.

Uno studio del 2020 sull’austempering a bassa temperatura e di breve durata di un acciaio basso-legato a medio tenore di carbonio ha evidenziato la presenza di nanobainite, martensite e austenite trattenuta. I suoi coefficienti di usura erano fino al 50% inferiori a quelli dell’acciaio martensitico temprato, ma tale risultato riguarda la composizione, la geometria e il ciclo sottoposti a prova. Non può essere trasferito automaticamente a un componente sottoposto a martempering.

L’austempering può ridurre la deformazione perché la bainite si forma a una temperatura relativamente costante, anziché durante un gradiente termico non controllato. In AISI 8620, AISI 8822 e AISI 4320 cementati, uno studio SAE pubblicato nel 2013 ha rilevato una deformazione significativamente inferiore nei provini cementati e sottoposti ad austempering rispetto a quelli cementati, temprati e rinvenuti; le temperature di austempering riportate erano 260, 288 e 304 °C. Si tratta di una prova relativa a uno specifico gruppo di acciai cementati, non della dimostrazione che ogni componente sottoposto ad austempering subirà una deformazione minore.

### Evitare la formazione accidentale di bainite

Il martempering modificato viene scelto anche per mantenere il pezzo al di fuori della regione di formazione della bainite durante l’interruzione. Il bagno deve trovarsi al di sotto di Ms, ma anche essere posizionato in modo tale che la permanenza non fornisca tempo sufficiente allo sviluppo della bainite. Se il bagno si trova in un intervallo di temperature nel quale l’acciaio presenta una cinetica bainitica significativa, oppure se il trasferimento e la permanenza sono lenti, la struttura può contenere bainite anche se l’operazione è stata denominata martempering.

Per questo motivo, “modificato” non significa semplicemente “utilizzare un bagno più freddo”. Il ciclo deve specificare le condizioni di austenitizzazione, il tempo di trasferimento, la temperatura del bagno, l’agitazione, il tempo massimo di permanenza consentito, il metodo di raffreddamento e il trattamento di rinvenimento. La temperatura del bagno deve essere misurata nella posizione del pezzo, non dedotta semplicemente dall’impostazione del forno o del crogiolo per il sale. Le dimensioni del carico e la circolazione del sale possono creare variazioni locali sufficientemente ampie da modificare il percorso di trasformazione.

L’operatore deve inoltre disporre dei dati sulla temprabilità dell’acciaio e sui limiti relativi alle dimensioni della sezione. Un acciaio a bassa temprabilità può formare perlite o bainite nel cuore prima che il pezzo raggiunga il percorso martensitico previsto. Un acciaio ad alta temprabilità può conservare una quantità considerevole di austenite dopo il raffreddamento, soprattutto nei punti in cui l’arricchimento di carbonio o la cementazione hanno abbassato Ms. Il rinvenimento riduce quindi la fragilità della martensite e allevia le tensioni di trasformazione, ma non elimina la bainite formatasi durante una permanenza inadeguata.

La verifica dovrebbe combinare la mappatura della durezza con l’esame metallografico, il controllo dimensionale e, quando necessario, la misurazione dell’austenite trattenuta. Un solo valore di durezza superficiale non è in grado di distinguere, in ogni componente, una struttura completamente martensitica da una struttura mista martensite-bainite. Il confine pratico è pertanto stabilito dal ciclo termico specificato e dalle fasi effettivamente prodotte, non dall’etichetta del bagno.

## Gradi degli Acciai, Temprabilità e Dimensioni della Sezione

Il grado dell’acciaio determina se un ciclo di austempering o martempering proposto possa produrre la struttura prevista in tutto il componente. Il tenore di carbonio controlla la quantità di martensite che può formarsi, mentre cromo, manganese, nichel, molibdeno e altri elementi di lega spostano le curve di trasformazione e aumentano la temprabilità. Le dimensioni della sezione determinano quindi quanto il centro del pezzo segua da vicino la temperatura del bagno. Un ciclo che funziona su un piccolo provino può consentire la formazione di perlite, ferrite o bainite superiore nel centro di un componente più grande prima che la trasformazione richiesta sia completata.

La distinzione tra i due trattamenti rimane essenziale. L’austempering mantiene l’acciaio austenitizzato in un intervallo di trasformazione bainitica finché la frazione specificata di austenite non si trasforma in bainite. Il martempering interrompe il raffreddamento appena al di sopra della temperatura di inizio della formazione della martensite, consente alla sezione di uniformare termicamente la propria temperatura e quindi la raffredda attraverso la formazione della martensite. Il prodotto martensitico deve successivamente essere rinvenuto prima dell’impiego. La sola temperatura del bagno non identifica il processo; lo identificano il percorso di trasformazione e le fasi risultanti.

### Considerazioni sull’AISI 52100 e sugli Acciai per Cuscinetti

Fattori specifici del grado che influenzano la tempra bainitica isotermica e la tempra martensitica interrotta.
| Acciaio | Applicazione principale o condizione | Problematica del processo indicata nell'articolo |
|---|---|---|
| AISI 52100 | Acciaio per cuscinetti al cromo ad alto tenore di carbonio | Dissoluzione dei carburi, austenite trattenuta, tensioni di tempra e variazione dimensionale |
| AISI 8620 | Acciaio da cementazione | Gradiente di carbonio tra strato superficiale e nucleo e temprabilità |
| AISI 8822 | Acciaio da cementazione | Risposta dello strato superficiale e del nucleo diversa da quella dell'8620 |
| AISI 4320 | Acciaio da cementazione al nichel-cromo-molibdeno | Geometria, profondità dello strato cementato e risposta alla trasformazione |

L’AISI 52100 è un acciaio per cuscinetti al cromo ad alto tenore di carbonio, comunemente designato come UNS G52986. La sua composizione nominale è di circa l’1,00% in peso di carbonio e dell’1,5% di cromo, sebbene sia la specifica del materiale applicabile a stabilire l’intervallo consentito e i requisiti di purezza. Tale composizione conferisce al 52100 un’elevata durezza raggiungibile e una forte resistenza all’usura dopo la tempra, ma rende importanti anche le problematiche relative all’austenite trattenuta, alla dissoluzione dei carburi, alle tensioni di tempra e alle variazioni dimensionali.

Uno studio sull’AISI 52100 descrive l’austempering come una tempra dalla temperatura di austenitizzazione a un mezzo mantenuto a circa 200–400 °C, con mantenimento fino alla formazione della bainite. Questo intervallo definisce la pratica di austempering esaminata, non una finestra di temperatura universale per ogni sezione di cuscinetto o per ogni morfologia bainitica desiderata. Nella parte inferiore dell’intervallo, la trasformazione è più lenta e il prodotto può essere più fine; a temperature più elevate, la trasformazione può procedere più rapidamente, ma produrre una bainite più grossolana. La temperatura selezionata deve inoltre tenere conto del comportamento tempo–temperatura–trasformazione dell’acciaio, della dimensione dei grani di austenite preesistenti, della condizione dei carburi e dello spessore della sezione.

Le applicazioni nei cuscinetti impongono requisiti che vanno oltre la durezza nominale. La fatica da contatto volvente è influenzata da inclusioni non metalliche, distribuzione dei carburi, austenite trattenuta, tensioni residue, finitura superficiale e differenze locali di trasformazione. Una superficie che raggiunge la struttura bainitica prevista mentre il nucleo contiene perlite non costituisce un componente di cuscinetto sottoposto con successo ad austempering. Analogamente, un componente in 52100 sottoposto a martempering può presentare una deformazione ridotta rispetto a una tempra diretta in olio, ma contiene comunque martensite non rinvenuta subito dopo il raffreddamento e richiede il rinvenimento. Il rinvenimento riduce inoltre la fragilità e stabilizza le dimensioni, sebbene la temperatura scelta debba preservare la durezza richiesta e le prestazioni a fatica da contatto.

Un piccolo anello in 52100 può uniformare rapidamente la propria temperatura in un bagno di sale, consentendo all’intera sezione trasversale di entrare nel campo bainitico prima che si verifichi una trasformazione significativa. Un anello, un rullo o una pista di cuscinetto di dimensioni maggiori possono invece presentare una risposta del centro molto più lenta. La superficie può iniziare a trasformarsi mentre il nucleo sta ancora raffreddandosi attraverso un intervallo di temperatura diverso. Il tempo di mantenimento non può pertanto essere selezionato in base al solo diametro; deve essere correlato alla posizione rilevante più lenta e verificato mediante durezza, esame metallografico, misurazione dimensionale e, quando necessario, analisi dell’austenite trattenuta.

### AISI 8620, 8822 e 4320 Cementati

Gli acciai basso-legati cementati presentano un problema a due zone. La cementazione aumenta il tenore di carbonio in superficie, lasciando il nucleo a un livello di carbonio inferiore. Lo strato cementato presenta quindi una temprabilità maggiore e un potenziale di formazione della martensite superiore rispetto al nucleo, ma entrambe le regioni devono seguire un ciclo termico compatibile. I gradienti di carbonio modificano inoltre la temperatura di inizio della formazione della martensite: lo strato ad alto tenore di carbonio generalmente inizia la trasformazione martensitica a una temperatura inferiore rispetto al nucleo a più basso tenore di carbonio. La trasformazione non avviene simultaneamente in tutta la sezione.

Una ricerca condotta su AISI 8620, AISI 8822 e AISI 4320 cementati ha utilizzato temperature di austempering di 260, 288 e 304 °C. Nei relativi esperimenti, i provini cementati e sottoposti ad austempering hanno mostrato una deformazione significativamente inferiore rispetto ai provini cementati, temprati e rinvenuti. Questo risultato supporta un meccanismo, non un’affermazione generalizzata. L’austempering sostituisce il severo e disomogeneo shock termico e di trasformazione della tempra diretta con una trasformazione isotermica controllata, riducendo la differenza di espansione e contrazione tra strato cementato e nucleo. Non elimina la deformazione, e il risultato riportato non può essere trasferito automaticamente a un’altra geometria di ingranaggio, profondità di cementazione, potenziale di cementazione o colata di acciaio.

L’AISI 8620, designato UNS G86200, contiene nichel, cromo e molibdeno in quantità tali da favorire la temprabilità del nucleo dopo la cementazione. L’AISI 8822, designato UNS G88220, presenta una composizione legata con nichel più elevato rispetto al 8620 ed è selezionato per un diverso equilibrio tra risposta dello strato cementato e risposta del nucleo. Anche l’AISI 4320, designato UNS G43200, è un acciaio da cementazione al nichel-cromo-molibdeno. La composizione chimica esatta deve essere ricavata dalla specifica applicabile, poiché piccole differenze nei tenori di carbonio, manganese, nichel, cromo e molibdeno possono spostare i tempi di inizio e di fine della trasformazione.

Il rapporto tra strato cementato e nucleo è determinante. Se il nucleo non possiede una temprabilità sufficiente, può formare perlite o ferrite durante il trasferimento o il mantenimento, anche mentre lo strato cementato sviluppa bainite o, successivamente, martensite. Se il mantenimento di austempering è sufficientemente lungo per il nucleo ma eccessivo per la condizione selezionata dello strato cementato, quest’ultimo può sviluppare una morfologia indesiderata o una quantità eccessiva di austenite trattenuta. Nel martempering, il bagno deve rimanere al di sopra dell’intervallo rilevante di inizio della formazione della martensite durante l’uniformazione termica; dopo il raffreddamento in aria, strato cementato e nucleo si trasformano attraverso intervalli di temperatura differenti ed entrambi devono essere rinvenuti.

### Spessore, Gradienti di Carbonio e Risposta della Lega

Il raffreddamento non segue una singola curva in un componente reale. Un dente sottile, un piccolo perno o un anello stretto di cuscinetto possono avvicinarsi rapidamente alla temperatura del bagno, mentre il centro di un grezzo di ingranaggio o di un albero di grande spessore rimane sostanzialmente più caldo. Anche l’agitazione, la disposizione del carico, la circolazione del bagno, le condizioni superficiali e il contatto con le attrezzature modificano la velocità di trasferimento del calore. L’ASM Handbook Volume 4A identifica la temperatura di austenitizzazione, la temperatura del bagno, il tempo di mantenimento, l’agitazione e la velocità di raffreddamento come variabili di controllo del martempering. Tali variabili si applicano al controllo del processo, non soltanto alla ripetibilità di laboratorio.

Temprabilità **Temprabilità** Capacità di un acciaio di sviluppare e conservare una struttura martensitica fino a una determinata profondità in condizioni di raffreddamento specificate; non coincide con la durezza.

La temprabilità determina se il nucleo possa evitare prodotti di trasformazione indesiderati durante il raffreddamento. È diversa dalla durezza. La durezza descrive la resistenza misurata in una determinata posizione; la temprabilità descrive la profondità o la sezione entro la quale un acciaio può sviluppare una struttura martensitica in determinate condizioni di raffreddamento. Elementi di lega quali manganese, cromo, nichel e molibdeno ritardano generalmente le reazioni perlitiche e bainitiche, dando al centro più tempo per raggiungere il campo di trasformazione previsto. Non garantiscono risultati uniformi, poiché anche la dimensione dei grani di austenite, la lavorazione precedente e i gradienti di carbonio influenzano la cinetica.

Per l’austempering, la regione più lenta deve raggiungere il campo bainitico senza attraversare prima il naso della perlite sulla propria curva di raffreddamento. Il bagno deve quindi rimuovere il calore con sufficiente rapidità da sopprimere le trasformazioni indesiderate, ma deve rimanere sufficientemente controllato da evitare grandi differenze di temperatura all’interno del componente. Nel martempering, l’intera sezione deve avvicinarsi a una temperatura appena superiore alla temperatura di inizio della formazione della martensite prima che il pezzo venga raffreddato attraverso il campo martensitico. Una sezione spessa che non si sia uniformata termicamente può trasformarsi in superficie mentre il nucleo sta ancora contraendosi termicamente, aumentando le tensioni interne e la deformazione.

Le norme non sostituiscono questa analisi. La SAE AMS-H-6875C, *Heat Treatment of Steel Raw Materials*, riguarda quattro classi di acciaio e consente austempering, tempra ausbay e martempering quando specificati. La specifica, il disegno, il grado dell’acciaio, le dimensioni della sezione e la procedura approvata devono pertanto essere esaminati congiuntamente. La verifica dovrebbe comprendere la misurazione della profondità dello strato cementato per i componenti cementati, la durezza del nucleo e della superficie, l’esame microstrutturale in più posizioni, il controllo dimensionale e la ricerca di austenite trattenuta o di cricche da tempra quando l’applicazione lo richieda. L’etichetta di un bagno non può dimostrare che il centro abbia seguito il ciclo di trasformazione richiesto.

## Quadro di riferimento delle specifiche: AMS-H-6875C e documentazione del processo

SAE AMS-H-6875C, *Trattamento termico delle materie prime in acciaio*, stabilisce i requisiti di trattamento termico per quattro classi di acciaio. La sua rilevanza è di natura procedurale: il documento consente l’austempering, la tempra ausbay e il martempering quando la specifica applicabile del materiale o del componente prescrive uno di questi cicli. Tale autorizzazione non approva ogni temperatura del bagno di sale, ogni ritardo nel trasferimento, ogni tempo di mantenimento o ogni pratica di raffreddamento. L’acquirente, l’autorità responsabile della progettazione o la specifica del materiale di riferimento devono comunque identificare il ciclo richiesto e i criteri di accettazione.

La distinzione è importante perché questi processi non producono gli stessi prodotti di trasformazione. L’austempering porta rapidamente l’acciaio austenitizzato a un intervallo di temperatura nel quale può formarsi la bainite, quindi lo mantiene a tale temperatura fino a quando la trasformazione richiesta da austenite a bainite è sostanzialmente completata. Uno studio del 2013 sull’AISI 52100 ha descritto il mezzo di austempering come mantenuto a circa 200–400 °C fino alla formazione della bainite. L’intervallo esatto dipende dalla composizione chimica dell’acciaio, dalle dimensioni della sezione, dalla temprabilità e dalla morfologia della bainite desiderata.

Il martempering ha un obiettivo diverso. Il pezzo viene temprato in olio o in sale fuso mantenuto appena al di sopra della temperatura di inizio della martensite, comunemente indicata con Ms, e vi rimane solo il tempo sufficiente a equalizzare la temperatura attraverso la sezione. Viene quindi raffreddato attraverso l’intervallo martensitico, spesso in aria. La martensite si forma durante questo successivo raffreddamento, non durante il mantenimento per l’equalizzazione. Prima dell’impiego è necessario il rinvenimento, perché la martensite allo stato di tempra contiene elevate tensioni residue e può essere eccessivamente fragile. L’*ASM Handbook Volume 4A* del 2013, pubblicato da ASM International, identifica la temperatura di austenitizzazione, la temperatura del bagno, il tempo di mantenimento, l’agitazione e la velocità di raffreddamento come variabili di controllo del martempering.

Anche la tempra ausbay è un processo di tempra interrotta previsto dalle specifiche, ma il suo impiego non deve essere considerato sinonimo di austempering. Il nome descrive il percorso di tempra e la configurazione del bagno; le fasi risultanti dipendono dalla cinetica di trasformazione dell’acciaio e dall’effettiva storia tempo-temperatura. Un documento di processo deve pertanto specificare se la struttura prevista sia bainitica, martensitica dopo l’equalizzazione termica o un altro risultato consentito dalla specifica di riferimento.

### Cosa comprende AMS-H-6875C

AMS-H-6875C fornisce un quadro generale per il trattamento termico delle materie prime in acciaio, non una ricetta universale per ogni qualità e geometria. Riguarda i requisiti associati a operazioni quali riscaldamento, austenitizzazione, tempra, raffreddamento, rinvenimento e ispezione. Il documento comprende quattro classi di acciaio e consente tre cicli alternativi — austempering, tempra ausbay e martempering — quando sono prescritti dal requisito ingegneristico o del materiale applicabile.

Questa formulazione è importante. Una norma può riconoscere un processo senza renderlo accettabile per un singolo componente. Per esempio, una qualità da cementazione basso-legata può avere una temprabilità sufficiente a ottenere un nucleo bainitico a un determinato spessore di sezione, mentre una sezione più grande di un’altra qualità potrebbe non trasformarsi completamente durante lo stesso mantenimento nel bagno. Nel corso dello studio SAE 2013-01-0949, provini cementati di AISI 8620, AISI 8822 e AISI 4320 hanno mostrato una distorsione significativamente minore dopo austempering rispetto alla cementazione, tempra e rinvenimento convenzionali. Gli esperimenti hanno utilizzato temperature di austempering di 260, 288 e 304 °C. Questi risultati supportano la scelta del processo nelle condizioni esaminate; non stabiliscono tali temperature per ogni componente.

Una specifica che richiami AMS-H-6875C dovrebbe pertanto indicare la designazione e lo stato del materiale, il ciclo di trattamento termico consentito e gli eventuali requisiti supplementari. La composizione chimica della qualità controlla l’inizio e la fine della trasformazione bainitica, la temperatura Ms, la temprabilità, la risposta dell’austenite trattenuta e la risposta al rinvenimento. Lo spessore e la forma della sezione controllano il gradiente termico e il tempo necessario affinché il nucleo segua la superficie nell’immersione nel bagno.

### Quando sono consentiti l’austempering, la tempra ausbay o il martempering

L’austempering è consentito solo quando la specifica applicabile lo seleziona espressamente o lo accetta come ciclo alternativo. Il mantenimento deve essere sufficientemente lungo da consentire la trasformazione bainitica richiesta, come stabilito dalla qualificazione o da una procedura tempo-temperatura validata. Un’interruzione anticipata può lasciare martensite e austenite trattenuta mescolate alla bainite. Uno studio del 2020 sull’austempering a breve termine e a bassa temperatura di un acciaio basso-legato a medio tenore di carbonio ha rilevato la presenza simultanea di nanobainite, martensite e austenite trattenuta; nelle condizioni di prova dello studio, i coefficienti di usura erano inferiori fino al 50% rispetto a quelli dell’acciaio martensitico temprato. La struttura mista dimostra perché la sola indicazione “austemperato” non costituisca una dichiarazione di accettazione sufficiente.

Il martempering è consentito quando il requisito di riferimento prescrive una tempra interrotta per ridurre le tensioni termiche e di trasformazione. Durante la fase di equalizzazione il bagno deve rimanere al di sopra di Ms, e il mantenimento non deve protrarsi fino a un intervallo di trasformazione bainitica non previsto, salvo che tale struttura sia consentita. Il lavoro del 1946 sull’intervallo di temperatura della formazione della martensite ne descriveva lo scopo fondamentale: raffreddare fino a poco al di sopra dell’intervallo di formazione della martensite, equalizzare, quindi raffreddare più lentamente attraverso tale intervallo. È possibile ridurre cricche e distorsioni, ma la durezza dipende comunque dalla completa trasformazione martensitica, dalla temprabilità dell’acciaio e dal successivo rinvenimento.

Anche la tempra ausbay deve essere collegata a una specifica dichiarata e a condizioni controllate del bagno. Il solo nome del processo non definisce la costituzione delle fasi. Un bagno al di sotto di Ms, per esempio, può avviare la formazione di martensite durante l’immersione, mentre un bagno al di sopra di Ms favorisce il principio di equalizzazione associato al martempering convenzionale. La specifica deve chiarire tale differenza.

### Cosa deve definire una specifica di processo

Una specifica di processo utilizzabile inizia con la qualità esatta dell’acciaio e la designazione della norma, compresi la forma del prodotto, lo stato precedente e, ove pertinente, lo stato cementato o decarburato. Identifica quindi il ciclo selezionato: austempering, tempra ausbay, martempering oppure tempra e rinvenimento convenzionali.

L’istruzione di austenitizzazione dovrebbe indicare il tipo di forno o l’atmosfera, quando controllata, la temperatura obiettivo, l’intervallo consentito, il metodo di riscaldamento e il tempo di permanenza o di equalizzazione. “Riscaldare per austenitizzare” è inadeguato ai fini del controllo della produzione. Il documento dovrebbe specificare se il tempo viene misurato dopo il recupero della temperatura del forno, dopo l’equalizzazione del carico oppure dal momento dell’introduzione del carico.

I requisiti del bagno devono essere altrettanto precisi. Dovrebbero identificare il mezzo — olio, sale nitrato/nitrito, polimero a base acquosa o altro mezzo approvato — nonché la temperatura di esercizio, la variazione consentita, il volume del bagno o il rapporto di carico, ove pertinenti, la direzione e l’intensità dell’agitazione e la frequenza del monitoraggio. Uno studio del 2024 pubblicato su ACS Omega, che utilizzava miscele di sali fusi Ca(NO₃)₂–KNO₃, ha evidenziato i diversi percorsi di trasformazione prodotti da un mantenimento bainitico e da un breve mantenimento al di sopra di Ms. La composizione chimica del sale è quindi una variabile di processo, non un semplice dettaglio del contenitore.

Il tempo di trasferimento dal forno al bagno deve avere un valore massimo, con i punti di misurazione definiti. La specifica dovrebbe inoltre indicare l’orientamento durante l’immersione, l’agitazione durante l’ingresso, il tempo di mantenimento nel bagno e il criterio per concludere tale mantenimento. Nell’austempering, questo può essere un tempo qualificato sufficiente a ottenere la frazione di bainite richiesta. Nel martempering, è normalmente il tempo necessario per l’equalizzazione della temperatura senza consentire una formazione inaccettabile di bainite.

Il raffreddamento successivo al mantenimento deve essere definito: raffreddamento in aria, in aria ferma, ad aria forzata o con altro metodo approvato, compresa la temperatura alla quale il pezzo viene estratto dal bagno. I requisiti di rinvenimento dovrebbero indicare il ritardo minimo dopo la tempra, la temperatura di rinvenimento, il tempo alla temperatura, il numero di cicli, l’uniformità del forno e il metodo di raffreddamento. L’acciaio sottoposto a martempering non deve entrare in servizio senza il rinvenimento prescritto.

Infine, l’accettazione deve essere misurabile. Il documento dovrebbe definire le posizioni e i limiti di durezza, la variazione di durezza consentita, la microstruttura richiesta e i costituenti vietati, i limiti dell’austenite trattenuta ove applicabili, lo stato superficiale e l’accettazione dimensionale. Le misurazioni della distorsione devono specificare riferimenti, strumenti, frequenza di campionamento e variazione massima consentita. I registri di qualificazione dovrebbero collegare i diagrammi del forno, le registrazioni della temperatura del bagno, i log dei tempi di trasferimento, i risultati di durezza, gli esami metallografici e i rapporti dimensionali al lotto e alla qualità esatta. In assenza di tale documentazione, un ciclo nominalmente consentito rimane un processo non controllato, anziché costituire una prova di conformità.

## Progettare un Ciclo: dai Dati di Trasformazione ai Parametri di Produzione

Un ciclo ben definito inizia dall’acciaio e dal componente, non da una temperatura di bagno prestabilita. Registrare il grado, la composizione chimica, il trattamento termico precedente, lo spessore della sezione, la forma, le condizioni superficiali e le proprietà richieste. L’acciaio per cuscinetti AISI 52100, l’AISI 8620 cementato e un acciaio basso-legato a medio tenore di carbonio non presentano la stessa cinetica di trasformazione, anche quando i loro componenti possono essere trattati nella stessa vasca di sale. Anche la condizione iniziale è importante: grani grossolani di austenite preesistente, carburi non disciolti, profondità dello strato cementato e segregazione possono modificare la temprabilità, il tempo di trasformazione e la risposta dimensionale.

La fase finale richiesta determina la direzione del processo. L’austempering deve portare l’acciaio in un intervallo di temperatura in cui si formi la bainite, quindi mantenerlo a tale temperatura fino alla trasformazione del volume di austenite selezionato. Il martempering, invece, interrompe il raffreddamento appena al di sopra della temperatura di inizio formazione della martensite, uniforma la temperatura attraverso la sezione e consente quindi la formazione della martensite durante un raffreddamento controllato. Quest’ultimo processo richiede un rinvenimento prima della messa in servizio. Il solo nome del bagno non identifica il processo.

I Dati di trasformazione dovrebbero stabilire la temperatura di inizio formazione della martensite, l’intervallo di fine trasformazione della martensite, la temperatura di inizio formazione della bainite e il tempo necessario per evitare la perlite o la ferrite. I diagrammi di trasformazione in raffreddamento continuo e i diagrammi tempo-temperatura-trasformazione forniscono una prima stima, ma non sostituiscono le prove sul grado e sulla condizione effettivi. Il tenore di carbonio, gli elementi di lega, la dimensione dei grani di austenite e la composizione chimica dello strato cementato spostano tutti le curve. Il progettista del processo abbina quindi la finestra di trasformazione al bagno, al carico, al tempo di trasferimento e alla geometria del componente.

L’ASM Handbook Volume 4A (2013) identifica la temperatura di austenitizzazione, la temperatura del bagno, il tempo di mantenimento, l’agitazione e la velocità di raffreddamento come variabili di controllo per il martempering. Tali variabili interagiscono tra loro. Una temperatura del bagno adeguata per un piccolo provino può risultare insufficiente quando entra un carico pesante, poiché il carico sottrae calore più rapidamente di quanto i riscaldatori del bagno riescano a ripristinarlo. Il programma deve quindi consistere in temperature misurate del componente e limiti di recupero, non soltanto nei valori impostati del forno e del bagno.

### Selezione della condizione di austenitizzazione

Scegliere la temperatura di austenitizzazione in base alla specifica dell’acciaio, alle informazioni sull’equilibrio di fase e alla microstruttura prevista. La temperatura deve sciogliere una quantità sufficiente di carbonio e di elementi di lega per fornire la temprabilità richiesta, ma una temperatura o un tempo eccessivi possono ingrossare i grani di austenite preesistente, aumentare l’austenite residua, favorire l’ossidazione e peggiorare le distorsioni. Per i componenti cementati, il nucleo e lo strato cementato devono essere considerati separatamente. Lo strato cementato può contenere una quantità di carbonio sostanzialmente maggiore rispetto al nucleo; di conseguenza, la sua temperatura di inizio formazione della martensite e la sua risposta in termini di austenite residua possono differire nettamente.

Il tempo di austenitizzazione dovrebbe basarsi sulla dimensione della sezione e sul comportamento di riscaldamento del forno, facendo iniziare il periodo di mantenimento quando il punto rilevante più freddo — non il display del forno — ha raggiunto la temperatura specificata. Il valore impostato sul forno corrisponde alla temperatura dell’aria o del sensore di controllo in una determinata posizione. Durante il caricamento, la temperatura dell’acciaio è in ritardo rispetto a tale valore e, durante il recupero, può superarlo oppure rimanere al di sotto. La radiazione, il contatto con gli attrezzi di supporto, la distanza tra i componenti e la circolazione nel forno generano ulteriori differenze. Una termocoppia fissata a un componente rappresentativo mostra comunemente un aumento ritardato, seguito da un transitorio di sovraelongazione o di sottoregistrazione dopo il trasferimento.

La condizione iniziale determina il tempo necessario. L’AISI 52100 sferoidizzato, un acciaio basso-legato normalizzato e l’AISI 8620 cementato possono richiedere tempi di solubilizzazione differenti anche alla stessa temperatura nominale. Un mantenimento eccessivo può sciogliere carburi che si intendeva conservare, mentre un mantenimento insufficiente lascia variazioni di composizione chimica attraverso la sezione. L’esame metallografico di campioni austenitizzati può confermare la dissoluzione dei carburi e la dimensione dei grani prima di fissare un ciclo di produzione.

Per il martempering, la condizione di austenitizzazione deve produrre una quantità di austenite sufficiente a ottenere la durezza specificata dopo la trasformazione e il rinvenimento. Per l’austempering, deve inoltre evitare una composizione chimica e una dimensione dei grani dell’austenite tali da spingere la temperatura di inizio formazione della bainite o il tempo di incubazione al di fuori dell’intervallo operativo del bagno. La selezione è un compromesso, ma deve basarsi sui dati di trasformazione e non su un generico valore di “riscaldare a”.

### Scelta della temperatura del bagno e del tempo di mantenimento

Selezionare una temperatura del bagno di austempering all’interno dell’intervallo di trasformazione bainitica identificato per l’acciaio. L’AISI 52100 è stato sottoposto ad austempering in studi che utilizzavano mezzi mantenuti approssimativamente tra 200 e 400 °C, con mantenimento prolungato fino alla formazione della bainite; tale intervallo costituisce un riferimento ampio, non una finestra universale per la produzione. Uno studio del 2024 pubblicato su ACS Omega descrive analogamente l’austempering come il mantenimento dell’acciaio austenitizzato a una temperatura di trasformazione bainitica fino alla conversione dell’austenite in bainite. Il mantenimento richiesto può essere ricavato da un diagramma di trasformazione isotermica e quindi verificato mediante prove di durezza ed esame metallografico, poiché la dimensione del campione e la condizione iniziale utilizzate per il diagramma possono differire da quelle del componente.

La temperatura di austempering modifica l’equilibrio tra velocità di trasformazione, morfologia della bainite, durezza e austenite residua. Temperature più basse prolungano generalmente i tempi di incubazione e di trasformazione e possono produrre strutture bainitiche più fini; temperature più elevate abbreviano il ciclo, ma possono produrre una bainite più grossolana e una risposta diversa in termini di durezza. Uno studio del 2020 sull’austempering di breve durata a bassa temperatura ha riportato nanobainite, martensite e austenite residua, con coefficienti di usura fino al 50% inferiori rispetto a quelli dell’acciaio martensitico temprato. Tale risultato si riferisce all’acciaio e al ciclo studiati e non può essere esteso a ogni grado.

La temperatura del bagno di martempering viene impostata appena al di sopra della temperatura di inizio formazione della martensite, mantenendo un margine sufficiente a impedire la formazione prematura della martensite durante l’uniformazione. Il componente rimane nel bagno soltanto fino a quando le temperature attraverso la sezione si avvicinano tra loro. Viene quindi estratto per il raffreddamento in aria attraverso l’intervallo di trasformazione martensitica e successivamente rinvenuto. Un mantenimento eccessivo a questa temperatura può consentire la bainite o altre trasformazioni, a seconda dell’acciaio. Il martempering modificato posiziona deliberatamente il bagno al di sotto della temperatura di inizio formazione della martensite e costituisce un programma diverso; tale distinzione deve pertanto comparire nella specifica scritta del processo.

La capacità del bagno comprende più del volume della vasca. Occorre misurare l’uniformità della temperatura, l’agitazione, la circolazione, il recupero termico e il rapporto massimo consentito tra massa del carico e massa del bagno. Un bagno di sale a base di Ca(NO₃)₂–KNO₃, l’olio o un altro mezzo trasferiscono il calore in funzione della viscosità, della conducibilità termica, del movimento e della temperatura di esercizio. Quando entra un carico grande o densamente impaccato, la temperatura del bagno può diminuire e il recupero può essere lento. Se l’acciaio attraversa una regione di inizio formazione della perlite prima che il bagno ripristini la temperatura, l’equilibrio di fasi previsto viene perduto. Registrare la temperatura minima del bagno dopo il caricamento e il tempo necessario per rientrare nella banda di controllo.

Il conteggio del tempo di mantenimento dovrebbe iniziare quando il componente raggiunge la temperatura obiettivo, non necessariamente quando il telaio entra nel bagno. Per le sezioni spesse, ciò richiede una termocoppia nel nucleo oppure una relazione tempo-temperatura convalidata. I bordi sottili possono essere già in trasformazione mentre il nucleo è ancora in riscaldamento; pertanto, i limiti relativi alla dimensione della sezione e i tempi di trasferimento devono essere inclusi nella procedura.

### Utilizzo di termocoppie, provini e prove interrotte

Posizionare le termocoppie nei punti che governano la trasformazione: al centro della sezione più spessa, su un bordo sottile, su una superficie esposta al bagno e, per i componenti cementati, sia nello strato cementato sia nel nucleo, quando praticabile. Utilizzare fili e metodi di fissaggio in grado di resistere al forno e al bagno e verificare la taratura nell’intervallo operativo. Il tracciato registrato dovrebbe mostrare il riscaldamento nel forno, l’austenitizzazione, il trasferimento, l’ingresso nel bagno, l’uniformazione della temperatura, l’estrazione, il raffreddamento in aria e il rinvenimento. È il tracciato del componente — non il valore impostato sul forno — a confermare il ciclo.

I provini dovrebbero riprodurre il materiale di produzione, la condizione iniziale, lo spessore della sezione e la composizione chimica superficiale. Un semplice provino sottile può rispondere troppo rapidamente e suggerire erroneamente una capacità adeguata del bagno. Un provino a gradini o un testimone con forma simile a quella del componente di produzione può rivelare il ritardo termico tra superficie e nucleo. Durante la qualificazione, collocare i provini nelle posizioni del carico più fredde, più affollate e più rappresentative.

Le prove interrotte forniscono evidenze sulla trasformazione. Rimuovere i campioni dopo diversi tempi di mantenimento, temprare o raffreddare secondo un metodo definito ed esaminare le sezioni lucidate per individuare bainite, martensite, perlite, carburi e austenite residua. Misurare la durezza dalla superficie al centro e secondo diverse direzioni. La mappatura della durezza può evidenziare un nucleo tenero, un bordo sovratrasformato o variazioni della profondità dello strato cementato che una singola lettura Rockwell non rileverebbe.

Le misurazioni dimensionali devono accompagnare queste prove, ma non possono sostituirle. Registrare diametro, planarità, eccentricità, lunghezza e distorsioni prima e dopo il trattamento termico, a temperature controllate. I campioni cementati di AISI 8620, 8822 e 4320 analizzati in uno studio SAE del 2013 hanno mostrato distorsioni significativamente inferiori dopo austempering rispetto a quelle ottenute dopo cementazione seguita da tempra e rinvenimento convenzionali, utilizzando temperature di austempering di 260, 288 e 304 °C. Il risultato conferma la logica del processo, ma non costituisce una garanzia generale per ogni geometria.

Infine, confrontare l’esame metallografico, la mappatura della durezza, le misurazioni dell’austenite residua quando richieste e i dati dimensionali con la specifica di riferimento. La SAE AMS-H-6875C (2020) riguarda quattro classi di acciaio e consente l’austempering, l’ausbay quenching e il martempering quando specificati. Il ciclo approvato dovrebbe indicare il grado e la condizione dell’acciaio, l’intervallo di austenitizzazione, il limite di trasferimento, la temperatura del bagno e il requisito di recupero, il criterio di uniformazione o di trasformazione, il metodo di raffreddamento, il trattamento di rinvenimento e le evidenze di ispezione. Questo livello di definizione trasforma i dati di trasformazione in un parametro di produzione ripetibile.

## Modalità di guasto e metallografia diagnostica

Un componente difettoso sottoposto a trattamento termico deve essere diagnosticato in base al proprio percorso di trasformazione, non soltanto al nome del bagno. L’austempering ha lo scopo di mantenere l’acciaio austenitizzato a una temperatura di trasformazione bainitica fino alla formazione della bainite. Il martempering è diverso: il pezzo viene temprato a una temperatura appena superiore a quella di inizio della martensite, mantenuto solo per il tempo necessario affinché la sezione raggiunga una temperatura pressoché uniforme, quindi raffreddato in modo che la martensite si formi prima del rinvenimento. Una fase presente nella posizione o nella quantità errata identifica generalmente un problema di ciclo, di trasferimento del calore o di temprabilità.

### Perlite o bainite formatesi durante una fase non prevista

La presenza di perlite in un pezzo sottoposto ad austempering indica generalmente che una parte dell’austenite è entrata nell’intervallo di trasformazione perlitica prima del mantenimento bainitico programmato. La causa più comune è una velocità di trasferimento insufficiente dal forno di austenitizzazione al bagno di sale o di olio. Un lungo trasferimento attraverso l’aria, una disposizione troppo affollata dei pezzi o un ritardo mentre il pezzo viene immerso nel bagno possono consentire la trasformazione sulla superficie. La temperatura del forno può essere corretta, ma il pezzo può comunque risultare non conforme perché la superficie ha già oltrepassato la curva di inizio della perlite.

Un controllo inadeguato del bagno produce lo stesso risultato. Un bagno di sale con circolazione insufficiente, un carico eccessivo di pezzi o una termocoppia calibrata in modo errato può contenere zone locali al di sotto della temperatura specificata. I primi pezzi a entrare in una zona fredda possono formare perlite prima di raggiungere la temperatura di austempering prevista. Lo studio del 2013 su AISI 52100 descrive un austempering tra circa 200 e 400 °C, con il pezzo mantenuto fino alla formazione della bainite; tale intervallo non autorizza a scegliere una temperatura qualsiasi al suo interno senza verificare la cinetica di trasformazione dell’acciaio. Il tenore di carbonio, le aggiunte di lega, la dimensione dei grani di austenite e lo spessore della sezione modificano il tempo disponibile prima dell’inizio della perlite.

Dal punto di vista metallografico, la perlite appare sotto forma di colonie di ferrite e cementite, spesso con un aspetto lamellare a un ingrandimento adeguato. Una perlite grossolana vicino alla superficie suggerisce un ingresso lento nel bagno o un raffreddamento superficiale, mentre una banda o una zona isolata attraverso la sezione suggerisce una temperatura non uniforme del bagno o il contatto con elementi di fissaggio. La mappatura della durezza può evidenziare la conseguenza: le aree perlitiche sono considerevolmente più morbide delle regioni completamente bainitiche o martensitiche. Esaminare una sezione trasversale dalla superficie al centro e confrontare diverse posizioni attorno al componente, invece di affidarsi a un solo campo lucidato.

La bainite può comparire anche durante un ciclo destinato a produrre martensite. Nel martempering standard, il mantenimento al di sopra della temperatura di inizio della martensite, o Ms, serve all’uguagliamento della temperatura; non è un mantenimento destinato alla trasformazione bainitica. Un tempo di mantenimento eccessivo, una temperatura del bagno compresa nell’intervallo bainitico o un raffreddamento lento attraverso tale intervallo consentono alla bainite di formarsi prima dello sviluppo della martensite. La struttura risultante può mostrare bainite superiore, bainite inferiore e martensite in regioni adiacenti. Uno studio del 2024 pubblicato su ACS Omega esplicita la distinzione tra i due processi: l’austempering mantiene l’acciaio a una temperatura di trasformazione bainitica fino alla conversione dell’austenite, mentre il martempering lo mantiene brevemente appena al di sopra di Ms prima del raffreddamento in aria.

Prima di attribuire la causa alla composizione chimica dell’acciaio, è necessario verificare i registri del bagno. L’ASM Handbook Volume 4A identifica la temperatura di austenitizzazione, la temperatura del bagno, il tempo di mantenimento, l’agitazione e la velocità di raffreddamento come variabili di controllo del martempering. Le stesse variabili influenzano il raggiungimento del campo di fasi previsto durante un trattamento di austempering. Una termocoppia guasta, una vasca sovraccarica o un’agitazione insufficiente possono spiegare la microstruttura in modo più diretto rispetto a una piccola variazione della composizione chimica.

### Trasformazione incompleta e austenite trattenuta

L’austenite trattenuta si forma quando l’austenite non completa la trasformazione prevista durante il raffreddamento o il mantenimento. In un pezzo sottoposto a martempering, l’austenite dovrebbe trasformarsi in larga misura in martensite durante il successivo raffreddamento controllato, ma la quantità trasformata dipende dal tenore di carbonio, dagli elementi di lega, dalla velocità di raffreddamento e dalla temperatura finale. Le zone superficiali ad alto tenore di carbonio, soprattutto negli acciai cementati, presentano comunemente valori di Ms e Mf inferiori rispetto al nucleo a basso tenore di carbonio. Possono quindi trattenere una quantità maggiore di austenite dopo lo stesso ciclo di raffreddamento.

L’austempering presenta una modalità di guasto diversa. Se il mantenimento termina prima del completamento della reazione bainitica, rimane austenite non trasformata, che può trasformarsi successivamente in martensite durante il raffreddamento, l’esercizio o la rettifica. Si produce così una struttura mista bainite–martensite–austenite trattenuta, anziché la struttura prevalentemente bainitica prevista. Lo studio del 2020 sull’austempering a bassa temperatura di breve durata in un acciaio bassolegato a medio tenore di carbonio ha rilevato la presenza congiunta di nanobainite, martensite e austenite trattenuta; la riduzione del coefficiente di usura riportata, fino al 50% rispetto all’acciaio martensitico temprato, si applica al materiale e al ciclo analizzati, non a ogni pezzo parzialmente trasformato.

L’austenite trattenuta non viene identificata in modo affidabile mediante la sola durezza. Può essere sufficientemente morbida da abbassare il valore misurato, ma la trasformazione indotta dalla deformazione durante l’indentazione può aumentarne il valore apparente. Utilizzare la metallografia ottica dopo attacco con nital come primo esame, quindi confermare quantità significative mediante diffrazione ai raggi X, metodi magnetici o analisi quantitativa delle immagini, se necessario. Cercare variazioni dimensionali, cricche ritardate o crescita durante l’esercizio, poiché l’austenite trattenuta può trasformarsi in martensite fresca non rinvenuta.

Per i componenti cementati, esaminare separatamente lo strato cementato e il nucleo. Il profilo della durezza dal bordo al nucleo deve essere riportato in relazione alle fasi osservate. Uno strato cementato duro con austenite trattenuta e un nucleo più morbido bainitico o perlitico indica risposte locali alla trasformazione differenti, non necessariamente un trattamento termico difettoso dell’acciaio. Al contrario, una durezza uniformemente bassa, con assenza di martensite in entrambe le regioni, indirizza verso un’austenitizzazione inadeguata, un ritardo eccessivo nel trasferimento, un’intensità di tempra insufficiente o un errore nella temperatura del bagno.

### Cricche, zone molli, deformazioni e microstrutture miste

Le cricche derivano generalmente dagli effetti combinati delle tensioni di trasformazione, delle tensioni termiche, della geometria con spigoli vivi, delle tensioni residue e di una durezza eccessiva. Il martempering riduce la differenza di temperatura tra superficie e nucleo prima della formazione della martensite; ciò può ridurre la formazione di cricche e la deformazione rispetto alla tempra diretta, ma non elimina la necessità del rinvenimento. La ASM’s 2020 Heat Treating Subject Guide stabilisce che l’acciaio sottoposto a martempering deve essere rinvenuto prima dell’impiego. La martensite non rinvenuta, soprattutto in uno strato cementato, rimane vulnerabile alla formazione di cricche durante la rettifica o sotto carico applicato.

Esaminare separatamente le superfici delle cricche e le sezioni trasversali lucidate. Le cricche di tempra seguono spesso i bordi dei grani di austenite precedente o si propagano verso l’interno a partire da spigoli, cave per linguette e brusche variazioni di sezione. Le cricche di rettifica sono generalmente superficiali e allineate con la direzione di rettifica. La prova con liquidi penetranti può localizzare le cricche affioranti in superficie, mentre la metallografia mostra se una cricca contiene ossido, decarburazione o martensite fresca ai suoi margini.

Le zone molli possono derivare da un’agitazione inadeguata, dalla schermatura esercitata dagli elementi di fissaggio, da una circolazione insufficiente del bagno, dalla decarburazione o da una temprabilità insufficiente per la dimensione della sezione. La deformazione può riflettere un riscaldamento non uniforme, una cementazione asimmetrica, un raffreddamento non uniforme o una trasformazione ritardata tra regioni sottili e spesse. Lo studio SAE del 2013 su AISI 8620, AISI 8822 e AISI 4320 cementati ha utilizzato temperature di austempering di 260, 288 e 304 °C e ha rilevato una deformazione significativamente inferiore rispetto ai provini cementati, temprati e rinvenuti; tali risultati non escludono deformazioni dipendenti dalla geometria o dal carico.

Le microstrutture miste richiedono una diagnosi spaziale. Confrontare il bordo, il raggio intermedio, il centro, il piede del dente e la sommità del dente, ove applicabile. Correlare ogni micrografia con il profilo di durezza e con il registro tempo–temperatura. Solo dopo aver verificato il tempo di trasferimento, la temperatura del bagno, l’agitazione, il carico, l’austenitizzazione e il rinvenimento, la composizione chimica, la temprabilità o uno scambio di materiale dovrebbero diventare le spiegazioni principali.

## Confronto tra austempering, martempering e tempra convenzionale con rinvenimento

I tre processi possono produrre proprietà sostanzialmente diverse anche quando partono dallo stesso acciaio austenitizzato. I loro nomi descrivono i cicli di trasformazione, non semplicemente il liquido utilizzato per la tempra. Olio, sali fusi a base di nitrati–nitriti e altri mezzi possono comparire in più di un ciclo; le variabili decisive sono il percorso termico, il tempo di permanenza a ciascuna temperatura e la trasformazione che viene consentita.

### Percorso di trasformazione e microstruttura finale

Nella tempra convenzionale con rinvenimento, l’acciaio austenitizzato viene raffreddato abbastanza rapidamente da evitare la formazione della maggior parte della perlite e della bainite. L’austenite attraversa la temperatura di inizio della trasformazione martensitica, Ms, e si trasforma progressivamente in martensite con il proseguire del raffreddamento. La martensite risultante è dura ma fortemente sollecitata, pertanto prima dell’esercizio segue il rinvenimento. Il rinvenimento precipita composti contenenti carbonio, riduce le tensioni interne e modifica l’equilibrio tra durezza, resistenza, tenacità e stabilità dimensionale.

Il martempering modifica la tempistica di questa sequenza, piuttosto che il suo prodotto principale. Il pezzo viene temprato dalla temperatura di austenitizzazione in olio o in un bagno di sale fuso mantenuto appena al di sopra di Ms. Vi rimane soltanto il tempo necessario affinché superficie e cuore raggiungano temperature simili. Il pezzo viene quindi raffreddato, comunemente in aria, attraverso l’intervallo di formazione della martensite. La martensite si forma quindi dopo che gran parte della sezione ha raggiunto un equilibrio termico, e non mentre è ancora presente un forte gradiente di temperatura tra superficie e cuore. Il martempering non elimina la necessità del rinvenimento. La *Heat Treating Subject Guide* (2020) di ASM International afferma che l’acciaio sottoposto a martempering deve essere successivamente rinvenuto prima dell’impiego.

L’austempering segue un percorso di trasformazione diverso. L’acciaio austenitizzato viene temprato in un bagno mantenuto nell’intervallo di trasformazione bainitica e mantenuto fino a quando la frazione richiesta di austenite si converte in bainite. Uno studio del 2013 sull’AISI 52100 descrive un intervallo di austempering approssimativamente compreso tra 200 e 400 °C, con il mantenimento proseguito fino alla formazione della bainite. A seconda del tenore di carbonio, degli elementi di lega, della temperatura e del tempo di mantenimento, il prodotto può essere costituito da bainite superiore, bainite inferiore oppure da una miscela contenente martensite e austenite trattenuta. Il processo non è semplicemente un “martempering con un mantenimento più lungo”. Uno studio del 2024 pubblicato su *ACS Omega* distingue esplicitamente l’austempering, che prevede il mantenimento fino alla trasformazione bainitica, dal martempering, che prevede un breve riequilibrio della temperatura al di sopra di Ms prima del raffreddamento in aria.

L’acciaio sottoposto ad austempering può richiedere comunque un trattamento successivo o una fase di stabilizzazione, ma non viene automaticamente sottoposto alla stessa operazione di rinvenimento utilizzata per l’acciaio temprato completamente martensitico. Il ciclo necessario dipende dalla microstruttura specificata e dalle condizioni di esercizio. L’austempering a bassa temperatura e di breve durata può produrre nanobainite insieme a martensite e austenite trattenuta. In uno studio del 2020 su un acciaio basso-legato a medio tenore di carbonio, questa struttura ha prodotto coefficienti di usura fino al 50% inferiori rispetto a quelli misurati per l’acciaio martensitico temprato. Questo risultato dimostra un vantaggio specifico del processo in quella prova; non stabilisce una graduatoria universale della resistenza all’usura.

### Obiettivi relativi a deformazioni e criccatura

La tempra convenzionale espone il pezzo a due principali fonti di variazione dimensionale: la contrazione termica e la deformazione di trasformazione. La superficie si raffredda e si trasforma prima del cuore, per cui la sezione è soggetta a tensioni variabili mentre la temperatura e la frazione di fase cambiano attraverso il suo spessore. Le geometrie complesse, gli spigoli vivi, i fori, le transizioni da sezioni sottili a sezioni spesse e gli strati cementati sono particolarmente sensibili. Se le tensioni superano la resistenza locale del materiale caldo o in trasformazione, possono formarsi cricche.

Il martempering affronta la componente associata al gradiente termico mantenendo l’acciaio vicino a Ms, ma al di sopra di essa, prima che inizi a formarsi la martensite. La superficie e il cuore si trasformano quindi in un intervallo di temperatura più simile. Un articolo del 1946 sull’intervallo di temperatura della formazione della martensite descriveva questo principio come una tempra fino a poco sopra l’intervallo martensitico, seguita da un raffreddamento lento, riducendo la criccatura con una perdita minima di durezza. Il processo riduce le deformazioni; non garantisce il controllo dimensionale, perché la trasformazione martensitica provoca comunque variazioni di volume e tensioni residue.

L’austempering può ridurre le deformazioni per una ragione diversa. Gran parte della trasformazione avviene isotermicamente sotto forma di bainite, anziché attraverso un fronte martensitico in movimento durante un raffreddamento a temperatura continuamente decrescente. Anche la bainite presenta una propria deformazione di trasformazione e l’austenite trattenuta può trasformarsi successivamente durante la lavorazione o l’esercizio. Di conseguenza, l’austempering può ridurre una classe di deformazioni introducendo al contempo altre problematiche di stabilità dimensionale se la trasformazione è incompleta o scarsamente controllata. \[5\] \[5\] [**Austempering Process for Carburized Low-Alloy Steels**](https://saemobilus.sae.org/papers/austempering-process-carburized-low-alloy-steels-2013-01-0949). SAE International. SAE Technical Paper 2013-01-0949, 2013.

Le evidenze relative agli acciai basso-legati cementati illustrano la dipendenza dalla geometria e dal materiale. L’articolo SAE 2013-01-0949 ha esaminato AISI 8620, AISI 8822 e AISI 4320 cementati, utilizzando temperature di austempering di 260, 288 e 304 °C. In quegli esperimenti, i provini cementati e sottoposti ad austempering hanno mostrato deformazioni significativamente inferiori rispetto ai provini cementati, temprati e rinvenuti. Il risultato non può essere trasferito automaticamente a ogni profondità di cementazione, dimensione della sezione o configurazione del forno e del bagno. La temprabilità determina se il centro raggiunge l’intervallo di trasformazione previsto prima della formazione della perlite, mentre l’agitazione, la temperatura del bagno, il carico e il tempo di trasferimento influenzano il ciclo termico effettivo.

### Quando il confronto non è tecnicamente corretto

L’affermazione secondo cui l’austempering produce maggiore durezza, tenacità, resistenza all’usura o stabilità dimensionale rispetto al martempering o alla tempra convenzionale con rinvenimento è incompleta se il confronto non controlla le variabili che determinano la trasformazione. I provini devono utilizzare lo stesso grado di acciaio, inclusi lo stesso colaggio e la stessa condizione chimica; la stessa geometria e lo stesso spessore di sezione; la stessa temperatura di austenitizzazione, lo stesso tempo di permanenza, la stessa atmosfera e la stessa microstruttura iniziale; nonché condizioni superficiali, rugosità, decarburazione e strato cementato comparabili.

Anche i criteri di accettazione devono corrispondere alla funzione prevista. Il confronto della sola durezza Rockwell può favorire una struttura martensitica trascurando la sensibilità alla criccatura, l’instabilità dell’austenite trattenuta, la tenacità all’urto o la deformazione. Una prova di usura eseguita con un solo carico, controcorpo e condizione di lubrificazione non può stabilire una graduatoria delle strutture per ogni applicazione di contatto. Le misurazioni dimensionali devono specificare quando sono state effettuate, poiché l’austenite trattenuta può trasformarsi dopo la tempra, l’austempering, la lavorazione o durante l’esercizio.

Anche la specifica è importante. La SAE AMS-H-6875C (2020) definisce i requisiti di trattamento termico per quattro classi di acciaio e consente l’austempering, la tempra ausbay e il martempering quando la procedura è specificata. La verifica dovrebbe quindi includere il profilo di durezza richiesto, la microstruttura, la profondità dello strato cementato quando applicabile, i limiti di deformazione e l’evidenza dell’assenza di cricche e di decarburazione inaccettabile. L’ASM Handbook Volume 4A (2013) identifica la temperatura di austenitizzazione, la temperatura del bagno, il tempo di mantenimento, l’agitazione e la velocità di raffreddamento come variabili di controllo del martempering. La modifica di una qualsiasi di esse può invalidare un confronto diretto tra i processi.

| Tempra convenzionale con rinvenimento | Martempering | Austempering |
|---|---|---|
| Raffredda attraverso Ms senza un mantenimento di equalizzazione, forma direttamente la martensite e poi la rinviene. | Interrompe il raffreddamento appena al di sopra di Ms, in modo che la sezione raggiunga l’equilibrio prima della trasformazione martensitica controllata; quindi richiede il rinvenimento. | Tempra fino all’intervallo bainitico e mantiene il pezzo fino alla trasformazione dell’austenite in bainite, con il ciclo finale determinato dalla struttura bainitica prevista. |

## Checklist pratico di riferimento e glossario terminologico

### Domande a cui rispondere prima di specificare un ciclo

Iniziare dalla microstruttura richiesta, non dal nome del bagno. Austempering e martempering possono utilizzare entrambi sale fuso o olio, ma i rispettivi percorsi di trasformazione e prodotti differiscono. Si specifica l’austempering quando la struttura prevista è la bainite. Si specifica il martempering quando il pezzo deve formare martensite dopo un’interruzione volta a equalizzare la temperatura, seguita da rinvenimento.

Identificare esattamente la designazione dell’acciaio così come fornita: per esempio, AISI 52100, AISI 8620, AISI 8822, AISI 4320 oppure la designazione SAE, ASTM, EN o AMS applicabile. La composizione chimica controlla la temprabilità, la dissoluzione dei carburi, la cinetica della bainite, la temperatura di inizio della martensite e l’austenite residua. Un ciclo dimostrato su AISI 52100 non può essere trasferito automaticamente all’AISI 8620 cementato.

Registrare le dimensioni e la forma della sezione, comprese le variazioni di spessore, i fori, le cave per linguette, gli spigoli vivi e la massa del carico. Un anello sottile e il dente spesso di un ingranaggio non si raffreddano alla stessa velocità, anche quando sono posti nello stesso bagno. Verificare se il materiale è cementato o non cementato. Per i pezzi cementati, specificare la profondità dello strato cementato, il tenore di carbonio superficiale previsto, la composizione del cuore e se la struttura prevista di bainite o martensite si riferisce allo strato cementato, al cuore o a entrambi.

La temperatura di austenitizzazione deve essere selezionata in funzione della qualità e della condizione dell’acciaio. Deve consentire la formazione dell’austenite richiesta senza un eccessivo ingrossamento del grano, una dissoluzione indesiderata dei carburi o una quantità anomala di austenite residua. La specifica dovrebbe inoltre indicare l’atmosfera del forno, la velocità di riscaldamento quando la distorsione è rilevante, il tempo di mantenimento, la disposizione del carico e se la temperatura indicata è il setpoint del forno, la temperatura del componente o una temperatura effettiva misurata.

Definire il tempo di trasferimento dal forno al bagno di tempra. Un trasferimento lungo o variabile può consentire il raffreddamento superficiale, la formazione di ferrite o perlite in un acciaio con scarsa temprabilità oppure condizioni termiche non uniformi all’interno del carico. Indicare la composizione e la temperatura di esercizio del bagno, invece di scrivere soltanto «tempra in sale». Un sale nitrato-nitrito, un olio o un altro mezzo presentano comportamenti di trasferimento del calore e limiti operativi di sicurezza differenti. Anche l’agitazione, la circolazione, il carico del bagno e il recupero della temperatura devono essere inclusi nel ciclo.

Per l’austempering, determinare l’intervallo di trasformazione bainitica e il tempo necessario affinché la sezione selezionata raggiunga una temperatura quasi uniforme e completi la trasformazione prevista. Per il martempering, stabilire la temperatura di inizio della martensite, o **Ms**, e fissare l’interruzione al di sopra di essa. Il mantenimento serve a equalizzare la temperatura; non è destinato a produrre bainite. La successiva velocità di raffreddamento deve consentire la formazione di martensite senza gradienti termici eccessivi. Verificare se sia obbligatorio un rinvenimento separato e specificarne temperatura, tempo, atmosfera e numero di cicli.

Infine, definire le evidenze di accettazione prima dell’inizio del trattamento. La sola durezza non può dimostrare che l’austempering abbia prodotto bainite o che il martempering abbia prodotto la struttura martensitica prevista. Richiedere l’esame metallografico, il controllo dimensionale e la misurazione dell’austenite residua quando la qualità dell’acciaio, il tenore di carbonio, lo strato cementato o il requisito di servizio rendono significativa l’austenite residua.

### Termini essenziali: Ms, bainite, martensite, austempering, martempering

**Ms**, ossia la temperatura di inizio della martensite, è la temperatura alla quale la martensite inizia a formarsi durante il raffreddamento nelle condizioni pertinenti. Non è una costante universale dell’«acciaio»; il contenuto di elementi di lega, il carbonio nell’austenite, il precedente trattamento termico e lo stato tensionale la influenzano. Il martempering interrompe il raffreddamento appena al di sopra di Ms, in modo che le differenze di temperatura all’interno del pezzo possano ridursi prima dell’inizio della trasformazione martensitica.

La **martensite** è un prodotto privo di diffusione che si forma quando l’austenite si raffredda abbastanza rapidamente da sopprimere i prodotti diffusivi. La sua morfologia a lamine o a placche e l’elevata durezza derivano da una trasformazione dislocativa e dalla sovrasaturazione di carbonio. La martensite è generalmente seguita da rinvenimento, poiché le tensioni allo stato temprato, la fragilità e l’instabilità dimensionale possono risultare inaccettabili in esercizio.

La **bainite** si forma a partire dall’austenite in un intervallo di temperatura al di sotto del campo della perlite e al di sopra del campo martensitico inferiore, sebbene l’intervallo di trasformazione esatto dipenda dalla composizione e dalla condizione dell’austenite precedente. Contiene regioni ferritiche con precipitazione di carburi o arricchimento di carbonio, e la sua morfologia cambia con la temperatura di trasformazione. Un pezzo sottoposto ad austempering può contenere anche martensite o austenite residua se il mantenimento è troppo breve, la temperatura del bagno non è idonea o la cinetica della trasformazione non è stata completamente definita.

**Austempering** indica la tempra dell’acciaio austenitizzato fino a una temperatura alla quale si forma bainite, il mantenimento fino al conseguimento della trasformazione austenite-bainite specificata e il successivo raffreddamento fino alla temperatura ambiente. Uno studio del 2013 sull’AISI 52100 ha descritto un mezzo di austempering mantenuto a circa 200–400 °C, con mantenimento fino alla formazione della bainite. Nell’AISI 8620, AISI 8822 e AISI 4320 cementati, gli esperimenti hanno utilizzato temperature di austempering di 260, 288 e 304 °C e hanno riportato una distorsione inferiore rispetto alla cementazione, tempra e rinvenimento convenzionali nelle condizioni esaminate. Questi valori sono dati di processo, non impostazioni universali.

**Martempering** è una tempra interrotta. L’ASM Handbook Volume 4A (2013) identifica la temperatura di austenitizzazione, la temperatura del bagno, il tempo di mantenimento, l’agitazione e la velocità di raffreddamento come variabili di controllo. Il pezzo viene mantenuto brevemente in olio o sale appena al di sopra di Ms, finché la sua temperatura non si equalizza, quindi viene raffreddato attraverso il campo martensitico. Il risultato previsto è la martensite, non la bainite, e il pezzo deve essere successivamente rinvenuto prima dell’impiego. Un trattamento del 1946 sulla formazione della martensite ha stabilito la logica di riduzione delle cricche: ridurre i gradienti di temperatura prima della trasformazione, sacrificando solo in misura minima la durezza ottenibile.

I nomi descrivono quindi l’obiettivo della trasformazione. Un bagno di sale non rende un ciclo un austempering e un breve mantenimento non lo rende un martempering. È la microstruttura osservata a determinare se il processo previsto si è verificato. La SAE AMS-H-6875C (2020) riguarda quattro classi di acciaio e consente austempering, tempra ausbay e martempering quando specificati; continuano tuttavia a prevalere i requisiti applicabili al materiale e al prodotto.

### Registrazioni minime per un trattamento termico ripetibile

#### Registrazioni minime del processo

- **Materiale** Designazione dell'acciaio, numero di colata o di lotto, dimensione della sezione e condizione di cementazione.
- **Riscaldamento** Temperatura di austenitizzazione, atmosfera, tempo di riscaldamento e tempo di permanenza.
- **Trasferimento e bagno** Tempo di trasferimento, composizione del bagno, temperatura, agitazione, carico e ripristino della temperatura.
- **Trasformazione** Criterio e durata dell'uniformazione della temperatura o del mantenimento bainitico.
- **Raffreddamento e rinvenimento** Metodo di raffreddamento finale, temperatura di rinvenimento, tempo, atmosfera e cicli.
- **Verifica** Durezza, esame metallografico, valutazione dell'austenite trattenuta e controllo dimensionale.

Una registrazione ripetibile collega il materiale, il percorso termico, le condizioni del bagno e i risultati dei controlli. Come minimo, registrare:

- la designazione dell’acciaio, il numero di colata o di lotto, le dimensioni della sezione, la geometria del pezzo, la massa del carico e la condizione cementata o non cementata;
- la profondità dello strato cementato e le informazioni sul carbonio superficiale o del cuore quando è prevista la cementazione;
- la temperatura di austenitizzazione, l’atmosfera del forno, i tempi di riscaldamento e mantenimento e la temperatura misurata del carico;
- il tempo di trasferimento dal forno al bagno, la composizione del bagno, la temperatura del bagno, l’agitazione o la circolazione, la distanza tra i pezzi e il recupero della temperatura del bagno;
- per l’austempering, il tempo di equalizzazione, la temperatura e la durata del mantenimento di trasformazione e le evidenze che la reazione bainitica abbia raggiunto la condizione specificata;
- per il martempering, la Ms se stabilita, la temperatura del bagno al di sopra di Ms, il mantenimento di equalizzazione, il metodo e la velocità di raffreddamento finale e il momento a partire dal quale è stato consentito lo svolgimento della trasformazione martensitica;
- la temperatura, il tempo, l’atmosfera e il metodo di raffreddamento del rinvenimento, nonché il numero di cicli di rinvenimento;
- la posizione della misurazione della durezza, il metodo di prova, la scala e i risultati; la preparazione metallografica e immagini rappresentative; il metodo di determinazione dell’austenite residua e la relativa percentuale quando pertinenti; nonché le misurazioni dimensionali prima e dopo il trattamento.

La registrazione del ciclo dovrebbe identificare la taratura degli strumenti e i tracciati effettivi della temperatura, non soltanto i setpoint nominali. Quando è presente uno strato cementato, la microstruttura dovrebbe essere verificata sulla superficie, nel cuore e nella regione di transizione. Il controllo dimensionale dovrebbe comprendere le caratteristiche più soggette a variazioni: diametro esterno, alesaggio, profilo dei denti, planarità, eccentricità e distorsione in corrispondenza delle variazioni di sezione.

**Riferimento rapido:** specificare la designazione dell’acciaio; le dimensioni della sezione; la condizione cementata o non cementata; la temperatura di austenitizzazione; il tempo di trasferimento; la composizione e la temperatura del bagno; l’agitazione; il mantenimento di equalizzazione o di trasformazione; il raffreddamento finale; il rinvenimento; la durezza; l’esame metallografico; la valutazione dell’austenite residua quando pertinente; e il controllo dimensionale. Verificare quindi la struttura. La bainite conferma l’obiettivo dell’austempering; la martensite formata dopo l’equalizzazione e seguita dal rinvenimento conferma l’obiettivo del martempering.

## Riferimenti

1. \[1\] ASM International. [ASM Handbook Volume 4A: Martempering of Steels](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/chapter-abstract/278992/Martempering-of-Steels-1). ASM Handbook, 2013. [](/it/wiki/trattamento-termico/austempering-e-martempering-dell-acciaio#wiki-cite-ref-1) https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/18/chapter-abstract/278992/Martempering-of-Steels-1
2. \[2\] The Temperature Range of Martensite Formation. Study on martensite formation, 1946. [](/it/wiki/trattamento-termico/austempering-e-martempering-dell-acciaio#wiki-cite-ref-2) Source details supplied in the article; no URL provided
3. \[3\] [Short-term low-temperature austempering in medium-carbon low-alloy steel](https://doi.org/10.1007/s12540-020-00957-6). Metal and Materials International, 2020. [](/it/wiki/trattamento-termico/austempering-e-martempering-dell-acciaio#wiki-cite-ref-3) https://doi.org/10.1007/s12540-020-00957-6
4. \[4\] SAE International. [Heat Treatment of Steel Raw Materials](https://www.normsplash.com/Samples/SAE/165267379/SAE-AMSH-6875C-2020-en.pdf). SAE AMS-H-6875C, 2020. [](/it/wiki/trattamento-termico/austempering-e-martempering-dell-acciaio#wiki-cite-ref-4) https://www.normsplash.com/Samples/SAE/165267379/SAE-AMSH-6875C-2020-en.pdf
5. \[5\] SAE International. [Austempering Process for Carburized Low-Alloy Steels](https://saemobilus.sae.org/papers/austempering-process-carburized-low-alloy-steels-2013-01-0949). SAE Technical Paper 2013-01-0949, 2013. [](/it/wiki/trattamento-termico/austempering-e-martempering-dell-acciaio#wiki-cite-ref-5) https://saemobilus.sae.org/papers/austempering-process-carburized-low-alloy-steels-2013-01-0949

 **A colpo d'occhio**

Prodotto della tempra bainitica isotermica

Bainite

Prodotto della tempra martensitica interrotta

Martensite dopo raffreddamento controllato

Mantenimento della tempra bainitica isotermica

Temperatura di trasformazione bainitica

Mantenimento della tempra martensitica interrotta

Appena al di sopra di Ms

Rinvenimento post-trattamento

Richiesto per l'acciaio sottoposto a tempra martensitica interrotta

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