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Trattamento termico

# Selezione del processo di trattamento termico dell’acciaio: una guida basata sugli standard

Seleziona il trattamento termico dell’acciaio più adatto in base alla qualità, alla durezza, alla profondità, alla geometria e al rischio di deformazione.

![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 55 min di lettura Aggiornato 14 ago 2026 Verificato scientificamente

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- [1. Che cosa significa realmente la selezione del processo di trattamento termico](/it/wiki/trattamento-termico/selezione-del-processo-di-trattamento-termico-dell-acciaio-una-guida-basata-sugli-standard#1-che-cosa-significa-realmente-la-selezione-del-processo-di-trattamento-termico "1. Che cosa significa realmente la selezione del processo di trattamento termico")
- [2. Iniziare dai Requisiti Prestazionali, non dalla Temperatura del Forno](/it/wiki/trattamento-termico/selezione-del-processo-di-trattamento-termico-dell-acciaio-una-guida-basata-sugli-standard#2-iniziare-dai-requisiti-prestazionali-non-dalla-temperatura-del-forno "2. Iniziare dai Requisiti Prestazionali, non dalla Temperatura del Forno")
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## 1. Che cosa significa realmente la selezione del processo di trattamento termico

La selezione del processo di trattamento termico non consiste nel consultare una tabella delle temperature del forno. È una catena di decisioni che collega la composizione chimica dell’acciaio, la condizione iniziale, la geometria del componente, la durezza e la tenacità richieste, la variazione dimensionale accettabile e i controlli di produzione. Il ciclo selezionato deve produrre la microstruttura richiesta nei punti necessari senza generare cricche, tensioni residue eccessive, deformazioni inaccettabili o un onere di ispezione non gestibile.

Temprabilità **Temprabilità** Capacità di un acciaio di sviluppare una struttura temprata richiesta fino a una profondità specificata durante un ciclo di raffreddamento definito; è diversa dalla durezza misurata in un singolo punto.

La selezione dell'acciaio per la tempra è determinata principalmente dalla durezza richiesta allo stato temprato e dalla profondità sotto la superficie fino alla quale tale durezza deve estendersi. Strong evidence

 \[1\] \[1\] [**Steel Selection for Hardening**](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/9/chapter-abstract/114179/Steel-Selection-for-Hardening-1). ASM International. ASM Handbook Online, 1991.La prima domanda non è: «Questo componente deve essere temprato?». È: quale durezza è richiesta e fino a quale profondità sotto la superficie deve estendersi? ASM International ha reso esplicita questa distinzione in *Steel Selection for Hardening* (1991), affermando che la selezione è determinata principalmente dalla durezza richiesta dopo la tempra e dalla profondità fino alla quale essa deve estendersi. La durezza descrive la resistenza all’impronta dopo il trattamento. La temprabilità descrive quanto in profondità e con quale uniformità lungo una sezione un acciaio può temprarsi durante un trattamento specificato. Un’elevata durezza superficiale non dimostra che il cuore del componente si sia temprato.

Questa differenza modifica la scelta del grado di acciaio. SAE J1268 (1995) definisce i limiti minimo e massimo di temprabilità per gli acciai al carbonio e gli acciai legati della serie H, sulla base di dati standardizzati della prova di tempra a un’estremità. Una curva di tempra a un’estremità Jominy, o un’analisi di Grossmann, può quindi mettere in relazione la temprabilità dell’acciaio con la dimensione della sezione e la severità del raffreddamento, invece di considerare intercambiabile ogni acciaio nominalmente simile. Anche il *Bofors Handbook* (1981) collega la temprabilità alla tempra e al rinvenimento, alle variazioni dimensionali e alla prova di tempra a un’estremità.

### Dalle proprietà richieste a un ciclo termico

La selezione inizia dal requisito di servizio. Un albero può richiedere un cuore in martensite rinvenuta con una determinata resistenza a trazione e tenacità all’urto; un ingranaggio può necessitare di uno strato superficiale duro e resistente all’usura sopra un cuore tenace a basso tenore di carbonio; una molla può richiedere un’elevata resistenza elastica con tensioni residue controllate; una piastra lavorata può necessitare di distensione prima del taglio finale. Questi requisiti determinano se il processo debba modificare l’intera sezione, soltanto la superficie oppure principalmente lo stato tensionale residuo e dimensionale.

La condizione iniziale è importante. Un materiale laminato a caldo, forgiato, incrudito a freddo, normalizzato, ricotto o precedentemente temprato non reagisce allo stesso modo. La dimensione dei grani, la segregazione, la martensite preesistente, le tensioni residue e la distribuzione dei carburi influenzano l’austenitizzazione, le trasformazioni, la lavorazione meccanica e la deformazione. Il corso sui trattamenti termici di ASTM International del 2024 identifica l’austenitizzazione, la ricottura, la normalizzazione, il trattamento di tempra e rinvenimento, il doppio rinvenimento, il controllo della dimensione dei grani e i requisiti relativi alle proprietà meccaniche come fattori di specifica, non come dettagli opzionali da aggiungere dopo aver scelto il nome di un processo.

#### Sequenza del ciclo termico

1. **Riscaldamento** Controllare la velocità di riscaldamento, l'atmosfera, lo schema di carico e l'uniformità della temperatura nella sezione.
2. **Austenitizzazione o trattamento** Raggiungere la temperatura qualificata e mantenerla per il tempo richiesto dalla trasformazione o dalla diffusione.
3. **Trasferimento e raffreddamento** Controllare il tempo di trasferimento, la velocità di raffreddamento, il mezzo di tempra, le condizioni del bagno e l'agitazione.
4. **Rinvenimento o invecchiamento** Regolare durezza, tenacità, tensione residua e stabilità dimensionale quando il percorso selezionato lo richiede.

Un ciclo termico è una sequenza ordinata di operazioni controllate, non una semplice impostazione della temperatura del forno.

Il ciclo termico diventa quindi una sequenza controllata: velocità di riscaldamento, temperatura di austenitizzazione o di trattamento di solubilizzazione, tempo di mantenimento, atmosfera, tempo di trasferimento, velocità di raffreddamento, mezzo di raffreddamento ed eventuale rinvenimento o invecchiamento successivo. Temperatura e tempo non possono essere separati dallo spessore della sezione. Il centro di un grande forgiato può raggiungere il valore impostato del forno molto tempo dopo la superficie, mentre un bordo sottile può surriscaldarsi o trasformarsi durante la stessa operazione.

Le famiglie di processi devono essere abbinate alla struttura e alle prestazioni richieste, anziché essere selezionate in base alla sola temperatura.
| Processo | Scopo principale | Condizione risultante tipica |
|---|---|---|
| Distensione | Ridurre la tensione residua | Microstruttura esistente in larga parte conservata |
| Ricottura | Ridurre la durezza e migliorare la lavorabilità | Struttura di ferrite-perlite tenera o sferoidizzata, a seconda della qualità |
| Normalizzazione | Affinare o ripristinare la struttura | Struttura di ferrite-perlite raffreddata in aria in molti acciai al carbonio e bassolegati |
| Tempra e rinvenimento | Combinare resistenza, durezza e tenacità | Martensite rinvenuta |
| Tempra bainitica isotermica | Controllare la trasformazione bainitica e la variazione dimensionale | Bainite |
| Tempra interrotta prima della formazione della martensite | Ridurre i gradienti termici prima della formazione della martensite | Martensite rinvenuta dopo il successivo rinvenimento |

Processi diversi risolvono problemi diversi. La distensione riduce le tensioni residue senza produrre intenzionalmente la trasformazione completa associata all’indurimento. La ricottura riduce la durezza e migliora la lavorabilità; la normalizzazione affina o ripristina la struttura mediante riscaldamento al di sopra dell’intervallo critico seguito da raffreddamento in aria. L’austenitizzazione prepara l’acciaio alla trasformazione, ma non costituisce di per sé un trattamento completo. La tempra produce martensite soltanto nei punti in cui il raffreddamento sopprime le trasformazioni diffusionali, mentre il rinvenimento modifica la durezza, la tenacità e lo stato tensionale risultanti.

La martempering può ridurre i gradienti termici prima della formazione della martensite. L’austempering produce strutture bainitiche quando l’acciaio e le dimensioni della sezione consentono il percorso di trasformazione richiesto. La cementazione e la carbonitrurazione aggiungono carbonio, oppure carbonio e azoto, alla superficie prima dell’indurimento. La nitrurazione forma, a temperatura più bassa, uno strato superficiale indurito e arricchito di azoto e può evitare una tempra separata. L’indurimento per invecchiamento si applica soltanto a leghe idonee all’indurimento per precipitazione. I rivestimenti di diffusione sono trattamenti della composizione superficiale e non sostituiscono ogni trattamento termico di massa. Gli acciai al carbonio e legati, come C45 e 42CrMo4 secondo ISO 683-1:2016, devono essere valutati in base alla composizione specificata, alla temprabilità e alla condizione prevista prima di selezionare uno qualsiasi di questi percorsi.

### Perché il grado di acciaio, la dimensione della sezione e la geometria devono essere considerati insieme

La composizione della qualità e la geometria del componente devono essere valutate insieme.
| Variabile di selezione | Cosa controlla | Elementi da esaminare |
|---|---|---|
| Tenore di carbonio | Durezza potenziale della martensite | Composizione della qualità e durezza superficiale o del cuore richiesta |
| Elementi di lega | Temprabilità e comportamento di trasformazione | Limiti di composizione e dati di temprabilità |
| Dimensioni della sezione | Storia del raffreddamento dalla superficie al centro | Spessore determinante e concentrazione della massa |
| Geometria | Raffreddamento locale e concentrazione delle tensioni | Spigoli, fori, cave per chiavette, nervature e raccordi |
| Condizione iniziale | Dimensione del grano, segregazione, tensione e distribuzione dei carburi | Condizione forgiata, laminata, ricotta, normalizzata o incrudita a freddo |

La norma ISO 683-1:2016 definisce i requisiti di fornitura e le applicazioni di trattamento previste per gli acciai non legati contemplati, ma non rende ogni trattamento idoneo a ogni qualità o geometria. Strong evidence

La designazione dell’acciaio definisce un punto di partenza, non una ricetta completa. ISO 683-1:2016 riguarda gli acciai non legati generalmente destinati a componenti meccanici bonificati, austemperati, temprati alla fiamma, temprati a induzione e, in alcuni casi, normalizzati. ISO 4885:2018 fornisce una terminologia controllata per il trattamento termico dei materiali ferrosi e una tabella delle fasi ferro-carbonio. Nessuna delle due norme elimina la necessità di correlare la composizione chimica e la temprabilità al componente reale.

#### Avvertenza sui rischi di tempra

Non trasferire una condizione di tempra da una geometria a un'altra senza verificare le dimensioni della sezione, gli intagli, l'agitazione, l'intensità del raffreddamento, il profilo di durezza e il rischio di criccatura.

La dimensione della sezione controlla la storia termica e di raffreddamento dalla superficie al centro. La geometria aggiunge ulteriori complicazioni: gli spigoli vivi si raffreddano più rapidamente, le anime sottili possono temprarsi per intero, i fori possono raffreddarsi in modo diverso dalle superfici esterne e le cave per chiavetta o le brusche variazioni di sezione concentrano le tensioni. Una tempra rapida in acqua può raggiungere la durezza richiesta al cuore di un componente spesso in 1045, ma può provocare la criccatura di un componente sottile e intagliato; olio, polimero, gas, raffreddamento a stadi o tempra a induzione possono ridurre tale rischio, ma ciascuno modifica il profilo di durezza ottenibile.

Anche la deformazione è il risultato dell’interazione con la progettazione. Il riscaldamento non uniforme, il raffreddamento non omogeneo, la variazione di volume dovuta alle trasformazioni di fase e le tensioni residue possono spostare i fori, incurvare gli alberi o modificare la planarità. Attrezzature di supporto, orientamento del carico, agitazione, atmosfera protettiva, preriscaldamento, tempra interrotta e sovrametallo di lavorazione devono rientrare nella decisione di selezione. Il risultato accettabile non è semplicemente un valore di durezza; è un componente che conserva la forma e l’integrità richieste.

### La differenza tra il nome di un processo e un trattamento specificato

«Tempra e rinvenimento» è una famiglia di processi. Una specifica deve indicare la designazione e la condizione dell’acciaio, l’intervallo di temperatura di austenitizzazione, la modalità di riscaldamento, il tempo effettivo di mantenimento, l’atmosfera del forno, il limite per il trasferimento, il mezzo di tempra e la sua agitazione, la temperatura e la durata del rinvenimento, il numero dei rinvenimenti, i limiti di durezza o delle proprietà meccaniche e il metodo di ispezione. «Ricottura a 700 °C» resta incompleto se non sono note la velocità di riscaldamento, la base per il calcolo del mantenimento, la velocità di raffreddamento e la struttura finale richiesta.

Il *Manufacturing Process Selection Handbook* inquadra questa decisione attraverso l’idoneità del materiale, le varianti di processo, i vincoli progettuali, gli aspetti qualitativi, l’economia della produzione e l’integrità del componente. Queste categorie impediscono che la selezione si riduca a una singola impostazione del forno. Un ciclo che raggiunge la durezza richiesta ma provoca cricche non soddisfa il requisito di integrità del componente; uno che funziona su un provino di laboratorio ma non consente di controllare l’atmosfera o la velocità di raffreddamento non soddisfa il requisito di controllo della produzione. Il trattamento termico è specificato soltanto quando sono definiti sia il risultato richiesto sia i mezzi per ottenerlo e verificarlo.

## 2. Iniziare dai Requisiti Prestazionali, non dalla Temperatura del Forno

La selezione del trattamento termico dovrebbe iniziare dalle prestazioni richieste al componente, non da una temperatura del forno copiata da una tabella. Prima di selezionare un acciaio o un ciclo termico, occorre definire i carichi di esercizio, i modi di cedimento accettabili, l’intervallo di durezza, il livello di resistenza, il requisito di tenacità, lo stato di lavorabilità, la profondità di indurimento, la tolleranza dimensionale e i vincoli produttivi. Temperatura, tempo di mantenimento, velocità di riscaldamento e velocità di raffreddamento interagiscono tra loro; modificare una di queste variabili può alterare la dimensione dei grani di austenite, i prodotti di trasformazione, le tensioni residue, la deformazione e le proprietà finali.

La prima domanda di selezione è se la specifica richieda una condizione di martensite rinvenuta a cuore, una struttura normalizzata, una condizione ricotta e ammorbidita, una superficie dura sopra un nucleo più tenace oppure un componente disteso dalle tensioni. La distensione può essere sufficiente per un componente saldato o sottoposto a lavorazioni meccaniche intensive le cui resistenza e microstruttura siano già accettabili. La normalizzazione può affinare o ripristinare una struttura e produrre una condizione ferritico-perlitica adatta ad alcuni componenti meccanici. La ricottura privilegia la riduzione della durezza e il miglioramento della lavorabilità. Il trattamento di tempra e rinvenimento mira a ottenere una combinazione controllata di resistenza e tenacità, mentre la cementazione, la carbonitrurazione, la nitrurazione, la tempra alla fiamma o la tempra a induzione possono collocare il principale requisito di durezza sulla superficie.

ASM International ha dichiarato in *Selezione degli Acciai per la Tempra* (1991) che “la selezione dell’acciaio per la tempra è regolata principalmente dalla durezza richiesta allo stato temprato e dalla profondità sotto la superficie fino alla quale tale durezza deve estendersi”. Questo è il criterio fondamentale per le decisioni relative alla tempra a cuore. L’acciaio deve essere in grado di raggiungere la durezza richiesta allo stato temprato alla profondità di sezione pertinente, con la severità di tempra disponibile; successivamente, il rinvenimento riduce la fragilità e regola l’equilibrio finale delle proprietà.

### Durezza, resistenza, tenacità e lavorabilità

La durezza è la resistenza all’indentazione o alla deformazione plastica localizzata. Non costituisce un sostituto completo della resistenza a trazione, del carico di snervamento, delle prestazioni a fatica o della tenacità. Due acciai con una durezza Rockwell C simile possono presentare proprietà a trazione, popolazioni di inclusioni, dimensioni dei grani, contenuti di austenite trattenuta e comportamento all’urto differenti. Un valore di durezza è l’evidenza di una sola risposta, non una specifica completa delle proprietà meccaniche. \[2\] \[2\] [**Hardenability Bands for Carbon and Alloy H Steels**](https://saemobilus.sae.org/standards/j1268_199505-hardenability-bands-carbon-alloy-h-steels). SAE International. SAE Standard J1268, 1995.

La temprabilità deve inoltre essere distinta dalla durezza. La durezza descrive il valore raggiunto in una determinata posizione; la temprabilità descrive la profondità e l’uniformità con cui un acciaio può trasformarsi in martensite durante un trattamento specifico. Un acciaio basso-legato può produrre un’elevata durezza superficiale, ma perdere rapidamente durezza verso il centro di una sezione di grandi dimensioni. Un acciaio con maggiore temprabilità può mantenere la struttura richiesta allo stato temprato più in profondità sotto la superficie, spesso con una tempra meno severa e un minore rischio di deformazione. La norma SAE J1268 (1995) specifica i limiti minimo e massimo di temprabilità per gli acciai al carbonio e gli acciai legati della serie H i cui dati standard di tempra terminale sono stabiliti. I risultati della prova di tempra terminale Jominy e l’analisi di Grossmann aiutano quindi a collegare la selezione del grado alla dimensione della sezione e alle condizioni di tempra; non sostituiscono tuttavia la validazione sulla geometria effettiva.

Una maggiore durezza può entrare in conflitto con la resistenza all’urto e la stabilità dimensionale. Una quantità eccessiva di martensite non rinvenuta è fragile, mentre una tempra eccessivamente aggressiva aumenta le tensioni termiche e di trasformazione. Un albero specificato soltanto come “molto duro” può incrinarsi in corrispondenza di una sede per chiavetta, perdere durata a fatica a causa di danni da rettifica oppure deformarsi oltre la tolleranza della sede del cuscinetto. La temperatura e il tempo di rinvenimento devono essere selezionati tenendo conto del carico di snervamento richiesto, dell’energia d’urto, del servizio a fatica e della temperatura di esercizio. Il corso sui trattamenti termici di ASTM International del 2024 identifica l’austenitizzazione, la ricottura, la normalizzazione, la pratica di tempra e rinvenimento, il doppio rinvenimento, il controllo della dimensione dei grani e i requisiti delle proprietà meccaniche come fattori di specifica, non come impostazioni isolate del forno.

La lavorabilità può richiedere una condizione iniziale diversa da quella finale di esercizio. Il materiale ricotto o normalizzato può essere lavorato in modo più prevedibile rispetto al materiale temprato, ma un ammorbidimento eccessivo può ridurre la stabilità produttiva causando tagliente di riporto o uno scarso controllo del truciolo in alcuni gradi di acciaio. Il piano di processo può quindi prevedere la lavorazione prima dell’indurimento, lasciare un sovrametallo per la rettifica e applicare il rinvenimento o la distensione prima della finitura dimensionale.

### Requisiti superficiali e requisiti attraverso l’intera sezione

Specificare in quale zona debba essere presente la proprietà richiesta. Un dente di ingranaggio, un lobo di camma, una pista di cuscinetto o una superficie soggetta a usura possono richiedere una superficie dura mantenendo al contempo un nucleo più tenace e maggiormente tollerante al danneggiamento. La cementazione e la carbonitrurazione aggiungono carbonio, oppure carbonio e azoto, in prossimità della superficie prima dell’indurimento. La nitrurazione forma uno strato superficiale duro arricchito di azoto, con una trasformazione limitata del nucleo, mentre la tempra a induzione e alla fiamma trasformano uno strato superficiale controllato mediante riscaldamento rapido localizzato e tempra. I rivestimenti per diffusione e i trattamenti superficiali correlati rispondono a scopi chimici e tribologici differenti e non possono essere selezionati sulla base della sola durezza.

Un componente temprato a cuore presenta un problema diverso. Il centro deve soddisfare la durezza o le proprietà meccaniche richieste dopo l’estrazione del calore attraverso l’intera sezione. Le variabili pertinenti comprendono la composizione chimica del grado, la dimensione dei grani di austenite preesistente, lo spessore della sezione, gli spigoli, i fori, le variazioni di massa e l’agitazione del mezzo di tempra. La norma ISO 683-1:2016 specifica i requisiti allo stato di fornitura per gli acciai non legati destinati generalmente a componenti meccanici temprati e rinvenuti, austemperati, temprati alla fiamma, temprati a induzione e, in alcuni casi, normalizzati. Tale campo di applicazione non significa che ogni trattamento elencato sia applicabile a ogni grado o geometria.

### Tensioni residue, stabilità dimensionale e modi di cedimento in esercizio

Un processo è inadatto se soddisfa la durezza richiesta causando al contempo cricche, eccentricità inaccettabile, crescita, ritiro o dimensioni instabili. Il riscaldamento non uniforme, i gradienti dello strato cementato, la tempistica della trasformazione martensitica, le variazioni brusche di sezione e la severità di tempra contribuiscono tutti a questo rischio. La martempering può ridurre le differenze di temperatura durante la trasformazione; l’austempering può produrre strutture bainitiche con un diverso equilibrio tra tensioni e deformazione; il doppio rinvenimento può essere necessario quando l’austenite trattenuta si trasforma dopo il primo rinvenimento. Si tratta di decisioni legate alla geometria e al rischio di cedimento, non di miglioramenti automatici.

#### Modalità di cedimento da verificare

- **Usura** Può richiedere una superficie dura o uno strato trattato per diffusione.
- **Rottura dei denti** Può richiedere uno strato cementato duro con un cuore più tenace.
- **Vaiolatura da contatto volvente** Richiede il controllo della durezza superficiale, della profondità dello strato e del supporto sottosuperficiale.
- **Criccatura per fatica** Richiede attenzione alla tensione residua, agli intagli, alle condizioni superficiali e alla tenacità.
- **Frattura per sovraccarico** Può favorire una condizione equilibrata di resistenza e tenacità rispetto alla durezza massima.
- **Deriva dimensionale** Può richiedere distensione, tempra controllata, rinvenimento o un percorso a minore deformazione.

Elencare i modi effettivi di cedimento in esercizio prima di scegliere il ciclo: usura, rottura dei denti, vaiolatura da contatto volvente, criccatura per fatica, frattura per sovraccarico, grippaggio, perdita del precarico o deriva dimensionale. Un componente sottoposto a distensione può essere preferibile a uno più duro quando le tensioni residue di saldatura determinano il cedimento. La norma ISO 4885:2018 fornisce una terminologia controllata per il trattamento termico dei materiali ferrosi e una tabella delle fasi ferro-carbonio, aiutando le specifiche a distinguere i nomi dei trattamenti dalle strutture e trasformazioni che tali trattamenti sono destinati a produrre. La sequenza corretta è chiara: definire le prestazioni, individuare i requisiti superficiali o relativi all’intera sezione, valutare la temprabilità e la geometria, quindi selezionare l’acciaio e la finestra di processo. La temperatura del forno viene dopo.

## 3. Grado dell’Acciaio, Tenore di Carbonio, Elementi di Lega e Temprabilità

Un ciclo di trattamento termico non può essere selezionato considerando soltanto la temperatura del forno. La designazione dell’acciaio stabilisce il tenore di carbonio disponibile, gli elementi di lega, i requisiti di pulizia e il comportamento atteso durante le trasformazioni; il componente determina la distanza di raffreddamento e lo stress termico ammissibile. ASM International ha dichiarato in *Steel Selection for Hardening* (1991) che «la selezione dell’acciaio per la tempra è regolata principalmente dalla durezza richiesta allo stato temprato e dalla profondità, al di sotto della superficie, fino alla quale tale durezza deve estendersi». Si tratta di una decisione relativa ai materiali e al processo, non della semplice consultazione di una ricetta.

#### Termini chiave nella selezione della qualità

Durezza

Resistenza misurata in un punto dopo il trattamento.

Temprabilità

Profondità e distribuzione dell'indurimento prodotto da un ciclo di raffreddamento specificato.

Durezza allo stato temprato

Durezza raggiunta immediatamente dopo la tempra, prima che il rinvenimento modifichi l'equilibrio delle proprietà.

Acciaio a banda H

Acciaio al carbonio o legato fornito con limiti di temprabilità specificati sulla base dei risultati normalizzati della prova di tempra all'estremità.

La distinzione tra durezza e temprabilità deve rimanere esplicita. La durezza è la resistenza misurata in una determinata posizione del componente. La temprabilità descrive la profondità fino alla quale un determinato acciaio può formare martensite, o una frazione martensitica richiesta, durante una tempra definita. Un piccolo perno e un grande ingranaggio possono essere realizzati con lo stesso grado e temprati nello stesso olio, mostrando tuttavia strutture al centro molto diverse perché le loro velocità di raffreddamento differiscono.

### Tenore di carbonio e durezza martensitica ottenibile

Il carbonio controlla la durezza potenziale della martensite più direttamente rispetto alla maggior parte degli elementi di lega. Durante l’austenitizzazione, il carbonio si dissolve nell’austenite; il rapido raffreddamento intrappola quindi tale carbonio in un reticolo martensitico tetragonale a corpo centrato, sovrasaturo. All’aumentare del tenore di carbonio, la martensite allo stato temprato diventa generalmente più dura, sebbene l’incremento offra alla fine benefici pratici decrescenti e possa aumentare la fragilità, il rischio di criccatura e la quantità di austenite trattenuta.

Ciò stabilisce un limite superiore a quanto la tempra può ottenere. Un acciaio a basso tenore di carbonio può raffreddarsi abbastanza rapidamente da trasformare gran parte dell’austenite in martensite sia in superficie sia al centro, producendo tuttavia una durezza moderata perché la martensite contiene poco carbonio. Al contrario, un acciaio a più alto tenore di carbonio può produrre una martensite superficiale molto dura, ma non indurire al centro se il raffreddamento in quella zona è troppo lento. Il carbonio controlla quindi la durezza martensitica ottenibile; da solo non garantisce l’indurimento dell’intera sezione.

La proprietà richiesta dovrebbe essere specificata in funzione della posizione. Una «durezza elevata» in superficie non è una specifica completa se anche il piede di un dente portante, il centro di un albero o la sede di un cuscinetto devono soddisfare un requisito di durezza o microstruttura. Una sezione spessa può contenere martensite vicino alla superficie temprata, bainite o perlite più all’interno e una struttura mista più tenera nel nucleo. Tale gradiente può essere accettabile in un componente deliberatamente indurito in superficie, ma costituisce una non conformità quando la specifica richiede un indurimento passante.

Il carbonio influenza anche le temperature di trasformazione e la risposta alla tempra. L’aumento del tenore di carbonio abbassa generalmente la temperatura di inizio della trasformazione martensitica e può aumentare l’austenite trattenuta dopo la tempra. La temperatura e il tempo di mantenimento di austenitizzazione devono dissolvere le fasi contenenti carbonio previste senza provocare un’eccessiva crescita dei grani. Il corso di trattamento termico di ASTM International del 2024 identifica l’austenitizzazione, il controllo della dimensione dei grani, le pratiche di tempra e rinvenimento, il doppio rinvenimento e i requisiti delle proprietà meccaniche come fattori di specifica, non come impostazioni indipendenti del forno. \[3\] \[3\] [**Heat Treatment of Ferrous Materials — Vocabulary**](https://www.iso.org/standard/87711.html). International Organization for Standardization. ISO 4885:2018, 2018.

ISO 683-1:2016 riguarda gli acciai non legati destinati generalmente a componenti meccanici temprati e rinvenuti, austemperati, temprati alla fiamma, temprati a induzione e, in alcuni casi, normalizzati. È comunque necessario verificare la designazione e la condizione di fornitura: un grado destinato alla tempra e al rinvenimento non è automaticamente idoneo alla cementazione, alla nitrurazione o ai trattamenti di precipitazione. ISO 4885:2018 fornisce la terminologia controllata per il trattamento termico dei materiali ferrosi e la terminologia relativa alle fasi ferro-carbonio utilizzata nella definizione di queste scelte.

### Effetti degli elementi di lega sulla temprabilità e sul comportamento durante le trasformazioni

Gli elementi di lega devono essere valutati separatamente dal carbonio. Manganese, cromo, molibdeno, nichel e, in quantità controllate adeguate, boro ritardano comunemente le trasformazioni diffusionali, come la formazione di perlite e ferrite. L’acciaio può quindi formare martensite a una velocità di raffreddamento inferiore e a una profondità maggiore durante la stessa tempra. Anche il silicio influenza il comportamento durante le trasformazioni e la risposta al rinvenimento, mentre cromo, molibdeno e vanadio possono formare carburi di lega la cui dissoluzione dipende dalla temperatura e dal tempo di austenitizzazione.

Questo è il motivo principale per cui un acciaio come SAE 4140 può indurire più in profondità rispetto a un grado al carbonio non legato con un tenore di carbonio simile. Il suo contenuto di elementi di lega modifica il comportamento tempo-temperatura-trasformazione, offrendo alla parte interna più tempo per attraversare l’intervallo di trasformazione senza formare quantità rilevanti di ferrite o perlite tenere. Il nichel contribuisce generalmente alla temprabilità e alla tenacità, mentre cromo e molibdeno possono inoltre migliorare la resistenza all’addolcimento durante il rinvenimento. Gli effetti non sono intercambiabili e la loro entità dipende dalla composizione, dalla microstruttura iniziale, dalla dimensione dei grani austenitici e dalla storia termica.

La presenza di elementi di lega non elimina la necessità di un livello adeguato di carbonio. Un acciaio legato a basso tenore di carbonio può indurire in profondità, ma produrre una martensite la cui durezza massima rimane limitata dal tenore di carbonio. Un acciaio al carbonio non legato ad alto tenore di carbonio può raggiungere una durezza superficiale molto elevata, ma richiedere una tempra severa per indurire il centro, aumentando il rischio di deformazioni e criccature. In molti progetti, un acciaio legato a medio tenore di carbonio seguito da tempra e rinvenimento offre un compromesso più controllabile rispetto al semplice aumento del tenore di carbonio.

Il comportamento durante le trasformazioni determina anche la selezione del processo. Gli acciai contenenti molibdeno possono tollerare un raffreddamento più lento, mentre un acciaio al carbonio non legato può richiedere una tempra in acqua o in polimero per raggiungere la durezza richiesta al centro, con un maggiore rischio dimensionale. Gli acciai contenenti nichel e cromo possono presentare temperature di trasformazione inferiori e una maggiore sensibilità alla formazione di austenite trattenuta. Il rinvenimento deve quindi essere specificato in funzione della durezza finale, della resistenza, della tenacità e della stabilità, non sulla base di una temperatura presunta e copiata da un altro grado.

![Selezione del processo di trattamento termico dell’acciaio: una guida basata sugli standard](/images/uploads/11b81839-0bf0-4fe6-88b9-4c54f18d4e4c/wiki-inline-a-jominy-end-quench-specimen-beside-a-hardness-versus-distance-profile-and-a-rou-1920x1434.jpg)[](/images/uploads/11b81839-0bf0-4fe6-88b9-4c54f18d4e4c/wiki-inline-a-jominy-end-quench-specimen-beside-a-hardness-versus-distance-profile-and-a-rou-1920x1434.avif "Ingrandisci immagine — Selezione del processo di trattamento termico dell’acciaio: una guida basata sugli standard")Jominy data help connect steel hardenability with the hardness profile of a real section.

### Acciai della banda H, dati Jominy ed effetti delle dimensioni della sezione

SAE J1268, revisionata nel 1995, specifica i limiti minimo e massimo di temprabilità per gli acciai al carbonio e legati della banda H per i quali sono disponibili dati normalizzati di temprabilità ottenuti con tempra all’estremità. La designazione «H» identifica un grado a temprabilità controllata, come una versione della banda H di un acciaio al carbonio o legato, con l’intervallo di temprabilità richiesto espresso mediante risultati normalizzati di tempra all’estremità. Ciò non significa che ogni pezzo del grado presenti la stessa durezza a ogni profondità, né sostituisce il controllo del carbonio, della dimensione dei grani, della pratica di austenitizzazione o delle condizioni di tempra.

La prova di tempra all’estremità Jominy confronta la temprabilità in condizioni di laboratorio definite. Un provino cilindrico normalizzato viene austenitizzato e temprato a un’estremità; la durezza viene misurata a distanze crescenti da tale estremità temprata. La curva risultante durezza-distanza registra la rapidità con cui l’acciaio perde la durezza martensitica al diminuire della velocità di raffreddamento locale. SAE J1268 utilizza questi dati consolidati per definire bande di temprabilità minime e massime. Una specifica di produzione può quindi respingere colate che si trovano al di fuori della banda selezionata, invece di basarsi soltanto sulla composizione chimica nominale.

#### Interpretare attentamente i dati di prova

La distanza dalla superficie temprata nella prova Jominy caratterizza la risposta dell'acciaio in una condizione di laboratorio definita. Prima di essere utilizzata per prevedere la durezza del componente, deve essere correlata alle dimensioni effettive della sezione, alla geometria, all'intensità della tempra e al raffreddamento di produzione.

La distanza Jominy non equivale alla profondità fisica in un componente. Un albero, una piastra, un ingranaggio o un forgiato si raffreddano in tre dimensioni e la loro storia di raffreddamento dalla superficie al centro dipende dalle dimensioni della sezione, dalla forma, dagli spigoli, dalla concentrazione di massa, dal tempo di trasferimento dal forno, dall’agitazione, dalla temperatura del mezzo di tempra e dalle condizioni del mezzo stesso. Il centro di una sezione circolare spessa può raffreddarsi troppo lentamente per raggiungere la durezza richiesta, anche quando una prova di durezza superficiale appare soddisfacente.

L’analisi di Grossmann fornisce un collegamento tra la temprabilità di laboratorio e la geometria del componente. Essa separa la risposta dell’acciaio dalla severità della tempra e mette in relazione un diametro critico ideale con la sezione effettiva e con la condizione di raffreddamento. I dati Jominy caratterizzano l’acciaio; i concetti di Grossmann aiutano a valutare se quell’acciaio e quella tempra siano in grado di indurire la sezione richiesta. Il risultato dovrebbe essere verificato mediante profili di durezza, esami metallografici e, ove necessario, prove di produzione.

Una selezione tecnicamente sostenibile deve quindi specificare la designazione dell’acciaio, i limiti del tenore di carbonio e degli elementi di lega, il requisito di temprabilità della banda H o equivalente, la microstruttura obiettivo, la durezza richiesta nelle posizioni definite, le dimensioni della sezione e le restrizioni relative alla tempra prima di scegliere il ciclo del forno. Temperatura, tempo di mantenimento, velocità di riscaldamento e velocità di raffreddamento agiscono congiuntamente; la modifica di uno di questi parametri può alterare il risultato anche quando il grado nominale dell’acciaio rimane invariato.

## 4. Selezione del percorso convenzionale di tempra integrale

La tempra integrale convenzionale consiste nell’austenitizzazione, nella tempra e nel rinvenimento dell’intera sezione, anziché nell’indurimento della sola superficie. Si seleziona quando il componente richiede una combinazione controllata di durezza, resistenza e tenacità lungo una profondità significativa. La decisione dovrebbe partire dalla durezza richiesta dopo la tempra e dalla profondità lungo la quale tale durezza deve essere raggiunta. ASM International ha dichiarato in *Steel Selection for Hardening* (1991) che questi due requisiti regolano principalmente la selezione dell’acciaio; non sono intercambiabili con la scelta della temperatura del forno.

La proprietà rilevante del materiale è la temprabilità. La durezza descrive la resistenza all’indentazione dopo il trattamento, mentre la temprabilità descrive la profondità e l’uniformità con cui un acciaio può formare una struttura indurita in un determinato ciclo di raffreddamento. Una sezione in C45 e una sezione in 42CrMo4 possono raggiungere una durezza superficiale simile, ma i loro profili di durezza possono differire notevolmente, poiché il contenuto di elementi di lega, la dimensione della sezione, la dimensione del grano austenitico preesistente e le condizioni di raffreddamento influenzano la trasformazione. La norma SAE J1268:1995 specifica i limiti minimo e massimo di temprabilità per gli acciai al carbonio e gli acciai legati con banda H, per i quali sono disponibili dati standard della prova di tempra all’estremità. I risultati della prova Jominy di tempra all’estremità e i metodi di Grossmann aiutano quindi a confrontare un grado di acciaio con un componente, ma non eliminano la necessità di prove di produzione.

La norma ISO 683-1:2016 riguarda gli acciai non legati destinati generalmente a parti di macchine bonificate, austemprate, temprate alla fiamma, temprate a induzione e, in alcuni casi, normalizzate. La norma ISO 4885:2018 fornisce la terminologia del trattamento termico e le definizioni delle fasi del sistema ferro-carbonio utilizzate per descrivere il percorso. Il grado selezionato deve inoltre soddisfare i requisiti relativi a composizione, dimensione della sezione, proprietà meccaniche, saldabilità e controlli. Un percorso di tempra integrale è una scelta inadeguata se il cuore non può raggiungere la struttura richiesta senza sviluppare cricche inaccettabili o se la durezza risultante rende impraticabili le lavorazioni meccaniche successive.

### Austenitizzazione e controllo della dimensione del grano

Il primo passaggio consiste nel riscaldamento nell’intervallo austenitico, a una velocità che eviti gradienti termici eccessivi e danni superficiali. La temperatura di austenitizzazione specificata dipende dal grado di acciaio, dalle condizioni iniziali, dall’atmosfera del forno, dallo spessore della sezione, dal modello di carico e dalla dimensione del grano richiesta. Il mantenimento deve essere sufficientemente lungo affinché la parte più fredda della sezione raggiunga la temperatura e affinché avvengano la dissoluzione e l’omogeneizzazione richieste. Non si tratta semplicemente di sottoporre ogni componente a un programma fisso del tipo “minuti per millimetro”.

Una temperatura o un tempo eccessivi favoriscono la crescita del grano austenitico. Grani grossolani di austenite preesistente possono ridurre la tenacità, aumentare la sensibilità alle cricche di tempra e modificare il comportamento di trasformazione. Possono inoltre peggiorare le variazioni dimensionali, poiché il componente si trasforma in modo meno uniforme. Per questo motivo, la condizione di austenitizzazione qualificata più bassa che produca la struttura richiesta è normalmente preferibile a un’impostazione del forno inutilmente elevata. Ciò non significa che sia accettabile un riscaldamento insufficiente: carburi non disciolti, austenitizzazione incompleta o equalizzazione inadeguata possono produrre una durezza bassa e un profilo non uniforme.

Il controllo della dimensione del grano comprende più della sola temperatura del forno. La pulizia dell’acciaio, la precedente lavorazione a caldo, la storia di normalizzazione o ricottura, la velocità di riscaldamento, il carico del forno e il tempo trascorso al di sopra delle temperature critiche sono tutti fattori importanti. Il corso sul trattamento termico di ASTM International del 2024 identifica l’austenitizzazione, il controllo della dimensione del grano, i requisiti relativi alle proprietà meccaniche e scelte di processo quali ricottura, normalizzazione, tempra e rinvenimento e doppio rinvenimento come fattori di specifica. La calibrazione del forno e il posizionamento delle termocoppie sono essenziali quando la sezione è grande o la tolleranza sulle proprietà è ridotta.

![Selezione del processo di trattamento termico dell’acciaio: una guida basata sugli standard](/images/uploads/64cf0bf6-7e7f-4b3b-8165-29006ad035a5/wiki-inline-a-steel-shaft-with-a-keyway-undergoing-quenching-showing-uneven-cooling-transfor-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/64cf0bf6-7e7f-4b3b-8165-29006ad035a5/wiki-inline-a-steel-shaft-with-a-keyway-undergoing-quenching-showing-uneven-cooling-transfor-1920x1094.avif "Ingrandisci immagine — Selezione del processo di trattamento termico dell’acciaio: una guida basata sugli standard")Quench severity must be matched to section size and geometry to control cracking and distortion.

### Tempra: intensità di raffreddamento, cricche e deformazioni

Dopo l’austenitizzazione, il componente viene raffreddato abbastanza rapidamente da attraversare i pertinenti intervalli di trasformazione della perlite e della bainite prima che si verifichi una diffusione eccessiva, consentendo la formazione di martensite dove il grado di acciaio e la dimensione della sezione lo permettono. La velocità di raffreddamento richiesta non è la massima disponibile. È quella che produce il profilo di durezza necessario mantenendo le tensioni termiche e di trasformazione entro i limiti di tolleranza del componente.

Acqua, soluzione polimerica, olio, gas e tempra interrotta o a stadi offrono diverse intensità di raffreddamento. L’acqua può garantire un elevato raffreddamento superficiale, ma può imporre gradienti severi, soprattutto in corrispondenza di spigoli vivi, cave per linguette, fori e variazioni dello spessore della parete. L’olio è generalmente meno severo, mentre la pressione del gas e la concentrazione del polimero possono essere regolate entro limiti convalidati. Agitazione, temperatura del bagno, disposizione del carico, tempo di trasferimento e contaminazione del mezzo di tempra modificano il ciclo di raffreddamento effettivo. Il semplice nome nominale del mezzo di tempra non costituisce quindi una specifica di processo.

L’intensità di tempra è una questione di progettazione del componente, non una gara di velocità. Un albero di grande spessore può richiedere un raffreddamento considerevole per indurire il cuore, mentre un dente sottile di ingranaggio può fessurarsi nelle stesse condizioni. La geometria determina l’estrazione locale del calore e la concentrazione delle tensioni. Raccordi, transizioni adeguatamente ampie, spessore uniforme delle pareti, corretto fissaggio e orientamento controllato possono ridurre deformazioni e cricche prima che il componente raggiunga il bagno. La martempering può essere selezionata quando la riduzione dei gradienti termici è più importante dell’ottenimento del ciclo più breve; essa uniforma la temperatura al di sopra dell’intervallo di inizio della martensite prima della trasformazione finale. L’austempering è un percorso diverso, che produce strutture bainitiche mediante un mantenimento isotermico, e non deve essere considerato un normale sostituto della tempra e del rinvenimento.

### Rinvenimento e bilanciamento finale delle proprietà

#### Requisito di rinvenimento

Non mettere in servizio un componente temprato senza il trattamento di rinvenimento specificato. La martensite non rinvenuta può presentare elevate tensioni residue e può incrinarsi durante la movimentazione, la lavorazione meccanica o l'esercizio.

L’acciaio appena temprato è raramente pronto per l’impiego. La martensite è dura, ma presenta elevate tensioni residue e può contenere austenite trattenuta; un componente non rinvenuto può fessurarsi durante la movimentazione, la lavorazione meccanica o l’esercizio. Il rinvenimento consiste nel riscaldare nuovamente l’acciaio temprato al di sotto della temperatura di trasformazione pertinente e nel mantenerlo a tale temperatura abbastanza a lungo da consentire la redistribuzione del carbonio, la formazione di carburi, la distensione e la variazione prevista delle proprietà meccaniche. La durezza e la resistenza generalmente diminuiscono all’aumentare della temperatura di rinvenimento, mentre la tenacità e la stabilità dimensionale migliorano comunemente, sebbene la risposta dipenda fortemente dal grado di acciaio e dalla struttura iniziale.

L’obiettivo finale è un bilanciamento delle proprietà, non la durezza massima. Una sede per cuscinetto, un albero sottoposto a pressione e un perno soggetto a carichi d’urto possono richiedere condizioni di rinvenimento diverse anche quando appartengono allo stesso grado nominale. Il rinvenimento influenza inoltre le tensioni residue e le variazioni dimensionali; pertanto, la specifica dovrebbe includere la posizione di misurazione della durezza, i requisiti di trazione o di resilienza, ove applicabili, la deformazione ammissibile ed eventuali intervalli di rinvenimento vietati associati all’infragilimento da rinvenimento o a reazioni indesiderate dei carburi.

Il doppio rinvenimento può essere specificato per acciai altolegati, acciai per utensili e componenti nei quali l’austenite trattenuta si trasforma durante il primo rinvenimento o il successivo raffreddamento. Il secondo rinvenimento tratta quindi la martensite appena formata e non rinvenuta e riduce il rischio di variazioni dimensionali ritardate o di criccatura. Non è automaticamente necessario per ogni acciaio al carbonio o debolmente legato.

Le temperature esatte, i tempi di trasferimento, i tempi di mantenimento, le velocità di riscaldamento, le velocità di raffreddamento e gli intervalli tra i rinvenimenti devono derivare dalla norma relativa al grado di acciaio, dalla specifica di trattamento termico, dalla geometria del componente, dalle modalità operative del forno e del mezzo di tempra e dai dati di processo convalidati. Lo studio del 2024 pubblicato su ScienceDirect identifica il tipo di acciaio e le proprietà richieste come fattori di selezione, e temperatura, tempo di mantenimento, velocità di riscaldamento e velocità di raffreddamento come variabili interagenti. Per questo motivo, un percorso di tempra integrale difendibile viene qualificato mediante rilievi della durezza, verifiche della microstruttura, misurazioni delle deformazioni e, ove necessario, validazione con prove Jominy o su componenti di produzione, non copiato da una ricetta generica per il forno.

## 5. Quando la scelta corretta è la normalizzazione, la ricottura o la distensione

Non tutti i componenti richiedono una tempra. Se la proprietà necessaria è la lavorabilità, la stabilità dimensionale o una struttura iniziale ferrite-perlite controllata, un trattamento di raffreddamento più lento può essere più giustificabile di un ciclo di tempra e rinvenimento. La selezione inizia comunque dalla designazione dell’acciaio, dalla sua microstruttura iniziale, dallo spessore della sezione, dalla precedente storia di formatura o saldatura e dalle operazioni successive. La temperatura, da sola, non definisce il trattamento: tempo di mantenimento, velocità di riscaldamento, velocità di raffreddamento e risposta termica della sezione agiscono congiuntamente.

ASM International afferma in *Selezione degli acciai per la tempra* (1991) che «la selezione dell’acciaio per la tempra è governata principalmente dalla durezza richiesta allo stato temprato e dalla profondità sotto la superficie fino alla quale tale durezza deve estendersi». Questo criterio è importante quando la tempra è necessaria, ma non giustifica la tempra di ogni componente in acciaio. La norma ISO 683-1:2016 include acciai non legati destinati a componenti meccanici bonificati, austemperati, temprati alla fiamma, temprati a induzione e, in alcuni casi, normalizzati. La condizione di fornitura specificata e l’uso previsto fanno quindi parte della decisione.

### Ricottura per l’addolcimento e la lavorabilità

La ricottura viene scelta quando il materiale deve diventare più tenero, offrire una minore resistenza al taglio o presentare una risposta alla lavorazione meno variabile. La ricottura completa comporta generalmente il riscaldamento nella regione austenitica, seguito da un lento raffreddamento in forno, che produce, in molti acciai al carbonio comuni e bassolegati, una struttura ferrite-perlite relativamente grossolana. Il risultato esatto dipende dal tenore di carbonio, dagli elementi di lega, dalla deformazione precedente e dalle dimensioni della sezione. Un acciaio ipoeutettoide come il C45E non reagisce allo stesso modo di un acciaio per utensili a più alto tenore di carbonio o di un acciaio al cromo-molibdeno.

L’addolcimento può ridurre le forze di taglio e l’usura degli utensili, ma «ricotto» non è un sinonimo universale di «lavorabile». La ricottura di globulizzazione può essere più adatta agli acciai ad alto tenore di carbonio, poiché le particelle arrotondate di cementite riducono la resistenza alla lavorazione e migliorano la formabilità prima della tempra. Al contrario, un eccessivo ingrossamento del grano può ridurre la tenacità e lasciare una struttura iniziale inadatta a un trattamento successivo. Le sezioni sottili si raffreddano più rapidamente di quelle pesanti, mentre i grandi forgiati possono richiedere un’equalizzazione prolungata per evitare la formazione di una regione esterna dura e di un cuore più tenero.

È necessario verificare la storia precedente. La lavorazione a freddo aumenta la densità delle dislocazioni e può produrre proprietà direzionali; la ricottura può eliminare gran parte di tale condizione. Un componente saldato può contenere una zona fusa, una zona termicamente alterata e il metallo base con strutture diverse, pertanto un singolo ciclo in forno potrebbe non produrre proprietà identiche in ogni punto. Il corso sui trattamenti termici di ASTM International del 2024 elenca la ricottura, il controllo della dimensione del grano e i requisiti delle proprietà meccaniche come fattori distinti delle specifiche. Questa distinzione è utile: l’obiettivo non è semplicemente ridurre la durezza, ma ottenere una struttura specificata e una risposta prevedibile all’operazione successiva.

### Normalizzazione per la struttura e la regolazione delle proprietà

La normalizzazione viene generalmente scelta per ristabilire o regolare la struttura dopo la forgiatura, la laminazione o altri processi termici. L’acciaio viene riscaldato nell’intervallo austenitico e raffreddato in aria calma, ottenendo una velocità di raffreddamento maggiore rispetto alla ricottura in forno. Per molti acciai al carbonio e bassolegati, ciò produce una struttura ferrite-perlite più fine, aumenta la resistenza rispetto alla condizione completamente ricotta e riduce parte della bandizzazione o della non uniformità causata dai processi precedenti.

La normalizzazione non sostituisce la tempra quando è richiesta una zona martensitica o un’elevata temprabilità a cuore. È una condizione iniziale controllata, non automaticamente una condizione finale ad alta resistenza. Può inoltre fungere da trattamento preliminare prima della lavorazione meccanica o di una successiva austenitizzazione, in particolare quando la storia di forgiatura del componente non è certa. Possono essere specificati più cicli di normalizzazione quando è necessario un affinamento del grano, ma i riscaldamenti ripetuti possono aumentare la formazione di calamina, la decarburazione, la distorsione e i tempi di produzione.

Lo spessore della sezione modifica la velocità di raffreddamento e quindi le proprietà finali. Un piccolo albero normalizzato può sviluppare perlite più fine e una resistenza maggiore rispetto a una piastra spessa dello stesso tipo di acciaio. Anche la geometria è importante: variazioni brusche della sezione possono creare condizioni di raffreddamento diverse e tensioni residue. La norma ISO 4885:2018 fornisce la terminologia controllata per il trattamento termico dei materiali ferrosi e le relazioni di fase ferro-carbonio necessarie a descrivere accuratamente queste trasformazioni. La norma SAE J1268:1995, invece, definisce i limiti minimo e massimo di temprabilità per gli acciai al carbonio e gli acciai legati a banda H; tali limiti aiutano a distinguere la risposta di un acciaio al raffreddamento dal risultato del ciclo di normalizzazione in sé.

### Distensione prima o dopo la lavorazione meccanica e la saldatura

La distensione riduce le tensioni residue senza essere equivalente alla ricottura completa o al rinvenimento. Il componente viene riscaldato al di sotto dell’intervallo di trasformazione, mantenuto abbastanza a lungo da consentire l’equalizzazione della temperatura e il rilassamento delle tensioni, quindi raffreddato in modo controllato. Poiché il trattamento non raaustenitizza intenzionalmente l’acciaio, non dovrebbe essere specificato come se dovesse produrre la struttura ferrite-perlite della ricottura o la martensite rinvenuta di un trattamento di tempra e rinvenimento.

Prima della lavorazione meccanica, la distensione può ridurre gli spostamenti quando il materiale viene asportato da una fusione, da un forgiato, da una piastra tagliata alla fiamma o da un grezzo fortemente lavorato a freddo. Ciò è importante quando le dimensioni finali sono ristrette e un campo di tensioni squilibrato potrebbe causare una flessione durante la sgrossatura. Una sequenza pratica può prevedere la sgrossatura, la distensione e la finitura, anziché la lavorazione di finitura immediatamente dopo la formatura.

Dopo la saldatura, la distensione può ridurre le tensioni residue e diminuire il rischio di variazioni dimensionali durante l’esercizio o la successiva lavorazione meccanica. Non elimina le differenze tra il metallo di saldatura e la zona termicamente alterata, né corregge una progettazione inadeguata del giunto, i danni da idrogeno o una procedura di saldatura non idonea. Le sezioni spesse richiedono attenzione ai gradienti di riscaldamento e raffreddamento; il caricamento rapido del forno, un supporto non uniforme o il riscaldamento localizzato possono generare nuove distorsioni. L’elenco dei processi di ASTM colloca i requisiti relativi alle tensioni accanto all’austenitizzazione, alla normalizzazione, alla ricottura, alla pratica di tempra e rinvenimento e al doppio rinvenimento, poiché questi trattamenti rispondono a problemi diversi relativi alle proprietà. La selezione dovrebbe quindi seguire la condizione finale richiesta, non l’abitudine di applicare il ciclo termico più severo.

## 6. Scelta dell’austempering e del martempering per gestire la trasformazione e la distorsione

### Austempering e trasformazione bainitica

L’austempering modifica il percorso di trasformazione, anziché limitarsi a cambiare il mezzo di tempra. L’Acciaio viene riscaldato fino all’intervallo austenitico, temprato abbastanza rapidamente da attraversare la regione della perlite e quindi mantenuto a una temperatura alla quale si forma la bainite. Il Pezzo rimane a quella temperatura finché non si è trasformata la frazione di austenite richiesta, dopodiché viene raffreddato fino alla temperatura ambiente. La struttura risultante è costituita da bainite, talvolta con austenite trattenuta, anziché dalla struttura prevalentemente martensitica prodotta da una tempra diretta.

La temperatura di mantenimento determina se il prodotto sarà bainite superiore o bainite inferiore, mentre il tempo controlla l’avanzamento della trasformazione. Il ciclo selezionato deve basarsi sul comportamento di trasformazione tempo-temperatura dell’Acciaio, non su una generica “temperatura della bainite”. Gli elementi di lega spostano le curve di trasformazione e modificano il tempo necessario per evitare la formazione di perlite. Carbonio, manganese, cromo, molibdeno e nichel influenzano tutti questa risposta.

L’austempering può ridurre i ripidi gradienti termici associati alla tempra diretta e può fornire una combinazione utile di resistenza, tenacità e stabilità dimensionale. Non costituisce automaticamente un sostituto a minore distorsione per ogni trattamento di tempra e rinvenimento. Se la sezione è troppo spessa, la superficie può entrare nell’intervallo bainitico mentre il nucleo è ancora troppo caldo, oppure il nucleo può trasformarsi troppo lentamente per raggiungere la struttura richiesta. Una trasformazione incompleta può lasciare una quantità eccessiva di austenite trattenuta o una microstruttura mista.

La durezza richiesta resta il primo criterio di selezione. ASM International ha dichiarato in *Scelta dell’Acciaio per la Tempra* (1991) che “la scelta dell’Acciaio per la tempra è regolata principalmente dalla durezza richiesta allo stato temprato e dalla profondità al di sotto della superficie fino alla quale tale durezza deve estendersi”. Per l’austempering, questa domanda deve essere affiancata da una seconda: l’intera sezione critica può raggiungere e rimanere nell’intervallo di trasformazione bainitica prima che si formino perlite o altri prodotti indesiderati?

La designazione dell’Acciaio è importante. La norma ISO 683-1:2016 riguarda gli acciai non legati destinati generalmente a Pezzi di macchina sottoposti a tempra e rinvenimento, austempering, tempra alla fiamma, tempra a induzione e, in alcuni casi, normalizzazione. Ciò non significa che ogni grado contemplato dalla norma possa produrre la stessa struttura bainitica con la stessa dimensione della sezione. Un grado al carbonio semplice come il C45 può avere una profondità di austempering limitata, mentre i gradi legati con maggiore temprabilità possono essere adatti a sezioni più spesse, in funzione della loro composizione effettiva e dei dati di temprabilità forniti.

### Martempering e riduzione dei gradienti termici

Il martempering, detto anche marquenching, interrompe la tempra al di sopra o in prossimità della temperatura di inizio della formazione della martensite, comunemente indicata con Ms. L’Acciaio viene mantenuto brevemente in un bagno caldo o in un ambiente gassoso controllato, finché le differenze di temperatura tra superficie e nucleo non si riducono. Viene quindi raffreddato attraverso l’intervallo martensitico, generalmente seguito da rinvenimento.

La tempra bainitica isotermica e la tempra interrotta prima della formazione della martensite gestiscono la trasformazione in modo diverso e non sono intercambiabili.
| Percorso | Obiettivo della trasformazione | Struttura finale | Principale elemento critico per la selezione |
|---|---|---|---|
| Tempra bainitica isotermica | Trasformazione bainitica isotermica | Bainite, talvolta con austenite trattenuta | La sezione deve trasformarsi entro l'intervallo bainitico disponibile |
| Tempra interrotta prima della formazione della martensite | Uniformare la temperatura prima della formazione della martensite | Martensite rinvenuta dopo il rinvenimento | Il controllo del bagno e della tempistica deve limitare la deformazione senza consentire trasformazioni indesiderate |
| Tempra diretta e rinvenimento | Formare la martensite durante il raffreddamento continuo, quindi rinvenire | Martensite rinvenuta | L'intensità della tempra deve raggiungere la profondità richiesta senza provocare cricche |

La distinzione è diretta: l’austempering mantiene l’Acciaio abbastanza a lungo da consentire la formazione della bainite; il martempering ritarda la formazione della martensite, ma non mira a produrre bainite. La struttura finale dopo il martempering è normalmente costituita da martensite rinvenuta. Il rinvenimento è essenziale, poiché la martensite non rinvenuta presenta elevate tensioni residue e può essere fragile.

Una tempra diretta in olio o in acqua può raffreddare la superficie molto più rapidamente dell’interno. Questa differenza genera tensioni termiche, mentre la successiva trasformazione martensitica genera deformazione di trasformazione. Il martempering riduce la differenza di temperatura prima dell’inizio della trasformazione, rendendo meno probabile che le due fonti di tensione si rafforzino reciprocamente. Il rischio di distorsione e di criccatura può quindi diminuire, soprattutto nei Componenti con brusche variazioni di sezione, cave per linguette, fori o geometria asimmetrica.

Il controllo resta complesso. Il bagno deve avere capacità sufficiente, temperatura stabile, circolazione efficace e una risposta nota al carico di Componenti. Un mantenimento eccessivamente lungo può consentire la formazione di bainite o perlite; un raffreddamento troppo lento dopo il mantenimento di equalizzazione può produrre prodotti non martensitici. Anche la temperatura del bagno selezionata deve rimanere al di sopra di Ms, o sufficientemente vicina a Ms, per impedire una trasformazione superficiale prematura mentre il nucleo raggiunge la stessa temperatura.

### Idoneità del processo, dimensione della sezione e temprabilità dell’Acciaio

Nessuno dei due processi dovrebbe essere scelto semplicemente perché la tempra in olio causa distorsione. La decisione combina composizione, temprabilità, dimensione della sezione, geometria, struttura obiettivo, proprietà meccaniche e capacità dell’Impianto. La norma ISO 4885:2018 fornisce la terminologia per il trattamento termico dei materiali ferrosi e le relazioni di fase ferro-carbonio necessarie per descrivere queste trasformazioni in modo coerente.

La temprabilità non è la stessa cosa della durezza. La durezza descrive la resistenza all’indentazione dopo il trattamento; la temprabilità descrive la profondità alla quale un Acciaio può sviluppare la trasformazione prevista in condizioni di raffreddamento specificate. La norma SAE J1268:1995 definisce i limiti minimi e massimi di temprabilità per gli acciai al carbonio e gli acciai legati della serie H-band, utilizzando dati standard di tempra all’estremità. Tali limiti aiutano a determinare se un grado può trasformarsi come richiesto al centro di una barra, di un dente di ingranaggio, di un albero o di una piastra.

I dati della prova di tempra all’estremità Jominy e i calcoli relativi alla dimensione della sezione dovrebbero pertanto precedere la programmazione del Forno. Un Acciaio a bassa temprabilità può essere adatto a un Componente sottile sottoposto ad austempering, ma non riuscire a produrre bainite attraverso una sezione spessa. Un Acciaio altamente temprabile può raggiungere la martensite in tutta una sezione di grandi dimensioni durante il martempering, ma il suo contenuto di elementi di lega può spostare Ms, prolungare i tempi di mantenimento e aumentare il rischio di austenite trattenuta. La geometria può compromettere un processo che funziona su una barra di prova uniforme.

La struttura obiettivo deve essere indicata nel disegno o nella specifica di processo: bainite con un intervallo di durezza definito, oppure martensite rinvenuta con durezza, tenacità e limiti dimensionali specificati. Il corso sul trattamento termico di ASTM International del 2024 identifica l’austenitizzazione, il controllo della dimensione del grano, la pratica della tempra e del rinvenimento, il doppio rinvenimento e i requisiti relativi alle proprietà meccaniche come fattori di specifica. Temperatura, velocità di riscaldamento, tempo di mantenimento e velocità di raffreddamento interagiscono tra loro; modificare uno di questi parametri senza rivalutare gli altri può invalidare il processo.

Per Pezzi piccoli e uniformi per i quali siano accettabili le proprietà bainitiche, l’austempering può fornire un percorso controllato con distorsione ridotta. Per i Pezzi che richiedono martensite rinvenuta e un migliore controllo dimensionale durante la tempra, il martempering è generalmente la scelta più coerente. In entrambi i casi, l’uniformità del bagno, la disposizione del carico, il tempo di trasferimento e la verifica post-trattamento determinano se il percorso di trasformazione selezionato viene effettivamente raggiunto nel Componente, anziché risultare soltanto nel registro del Forno.

## 7. Selezione dei processi di tempra superficiale e di indurimento dello strato superficiale

La tempra superficiale e l’indurimento dello strato superficiale devono essere selezionati quando un componente necessita di una superficie resistente all’usura e alla fatica senza sacrificare la maggiore tenacità dell’interno. La tempra a cuore modifica la struttura lungo tutta la sezione: dopo l’austenitizzazione e la tempra, l’acciaio specificato sviluppa martensite, bainite o una combinazione rinvenuta fino alla profondità consentita dalla sua temprabilità. Un trattamento superficiale, invece, concentra la durezza in prossimità della superficie e lascia il cuore con una durezza inferiore e, generalmente, una tenacità maggiore.

La distinzione tra durezza e temprabilità determina la scelta. La durezza è la resistenza raggiunta in una determinata posizione; la temprabilità descrive la profondità fino alla quale un acciaio può sviluppare la struttura indurita prevista durante un ciclo termico definito. ASM International ha dichiarato in *Steel Selection for Hardening* (1991) che la selezione è governata principalmente dalla durezza richiesta dopo la tempra e dalla profondità sotto la superficie fino alla quale tale durezza deve estendersi. Per un ingranaggio cementato, tale profondità può essere specificata in millimetri a una determinata durezza, mentre il cuore può richiedere una resistenza a trazione, una resilienza all’urto o un intervallo di durezza distinti.

La specifica del processo deve quindi indicare più della sola temperatura del forno. Profondità dello strato indurito, durezza superficiale, proprietà del cuore, potenziale di carbonio o di azoto, tempi di riscaldamento e mantenimento, condizioni di tempra, limiti dello strato composto, sovrametallo per la deformazione, tolleranze dimensionali e finitura post-trattamento rientrano nella stessa decisione. ISO 4885:2018 fornisce la terminologia controllata per il trattamento termico dei materiali ferrosi e include una tabella delle fasi ferro-carbonio; è utile per distinguere cementazione, nitrurazione, tempra, rinvenimento e processi di diffusione in una specifica tecnica.

![Selezione del processo di trattamento termico dell’acciaio: una guida basata sugli standard](/images/uploads/659b6efe-de7a-40d3-b4e9-6f9949e34995/wiki-inline-a-polished-cross-section-of-a-carburized-steel-gear-tooth-showing-a-hard-martens-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/659b6efe-de7a-40d3-b4e9-6f9949e34995/wiki-inline-a-polished-cross-section-of-a-carburized-steel-gear-tooth-showing-a-hard-martens-2027x2560.avif "Ingrandisci immagine — Selezione del processo di trattamento termico dell’acciaio: una guida basata sugli standard")Case hardening places high surface hardness over a core selected for toughness and support.

### Cementazione e carbonitrurazione per strati induriti

La cementazione aggiunge carbonio alla superficie austenitica di un acciaio a basso tenore di carbonio, generalmente a temperature di cementazione superiori all’intervallo di trasformazione critica dell’acciaio. Lo strato arricchito viene quindi temprato, producendo martensite ad alto tenore di carbonio in superficie, mentre il cuore a tenore di carbonio inferiore forma una struttura più tenace e meno dura. Gli acciai legati a basso tenore di carbonio, come 16MnCr5, specificato nella norma EN ISO 683-3, e SAE 8620, sono esempi comuni nei quali le proprietà richieste dello strato superficiale e del cuore vengono selezionate congiuntamente. Elementi di lega quali cromo, manganese, molibdeno e nichel influenzano la temprabilità, l’austenite trattenuta, il comportamento di trasformazione e la deformazione.

La carbonitrurazione introduce sia carbonio sia azoto, generalmente a una temperatura inferiore e fino a una profondità minore rispetto alla cementazione. L’azoto aggiunto può aumentare la durezza superficiale e la temprabilità, ma un potenziale eccessivo di azoto o di carbonio può produrre austenite trattenuta, carburi o una superficie fragile inaccettabile. Viene spesso presa in considerazione per componenti di piccole dimensioni, sezioni sottili e parti per le quali è sufficiente uno strato relativamente poco profondo. Non costituisce un’alternativa alla cementazione profonda quando la sollecitazione di contatto penetra molto al di sotto della superficie.

L’atmosfera deve essere controllata mediante il potenziale di carbonio e, nel caso della carbonitrurazione, anche mediante il potenziale di azoto. Una temperatura nominale non è sufficiente a definire il risultato. Portata dei gas, carico del forno, tempo di trasferimento, severità della tempra e dimensione iniziale del grano dell’acciaio influenzano tutti l’uniformità dello strato. Ingranaggi complessi, scanalature, fori ciechi e brusche variazioni di sezione determinano riscaldamento, accesso dell’atmosfera e velocità di raffreddamento non uniformi. Tali caratteristiche possono produrre un’eccessiva crescita dello strato, zone molli, cricche di tempra o variazioni dimensionali.

I componenti cementati richiedono normalmente tempra e rinvenimento, seguiti da rettifica, levigatura o un’altra operazione di finitura. Il sovrametallo deve essere stabilito prima del trattamento, poiché l’asportazione di una quantità eccessiva di materiale può ridurre la profondità efficace dello strato o esporre una zona con una quantità inaccettabile di austenite trattenuta. Anche il raddrizzamento dopo la tempra richiede controlli per prevenire la formazione di cricche e conservare il profilo di durezza specificato.

### Nitrurazione e rivestimenti per diffusione

La nitrurazione introduce azoto in una superficie ferritica o di acciaio legato, generalmente senza austenitizzare e temprare l’intero componente. Elementi di lega quali alluminio, cromo, molibdeno e vanadio formano fini nitruri di lega che aumentano la durezza superficiale e migliorano la resistenza all’usura adesiva e abrasiva. La nitrurazione gassosa, la nitrurazione al plasma e la nitrurazione in bagno di sali differiscono per l’apporto di azoto, il controllo degli ioni o del gas, l’uniformità della temperatura e il tempo di trattamento.

Poiché la nitrurazione avviene al di sotto della temperatura di trasformazione dell’austenite, la deformazione è spesso inferiore a quella conseguente alla cementazione e alla tempra. Tuttavia, non è nulla. La crescita dovuta agli strati composti e ai nitruri, le tensioni residue, le tensioni derivanti dalle lavorazioni precedenti e una composizione chimica superficiale non uniforme possono comunque modificare le dimensioni. Il substrato deve già possedere una resistenza sufficiente; la nitrurazione non crea un cuore resistente in un acciaio tenero e inadatto. Prima della nitrurazione vengono comunemente specificati acciai legati temprati e rinvenuti, in modo che il cuore conservi le proprietà meccaniche richieste alla temperatura di nitrurazione.

Lo strato composto, talvolta denominato strato bianco, deve essere specificato e non considerato automaticamente un vantaggio. Uno strato di nitruro di ferro può migliorare il comportamento all’usura e alla corrosione, ma uno spessore eccessivo può ridurre la tenacità o favorire la formazione di cricche e il distacco per sfaldamento. Al di sotto di esso, la zona di diffusione fornisce un profilo graduale di azoto e durezza. I disegni devono identificare lo spessore dello strato composto, la profondità di diffusione, la durezza superficiale, la durezza del cuore e l’eventuale porosità ammissibile.

Rivestimenti per diffusione quali borurazione, cromizzazione e alluminizzazione modificano la superficie mediante la diffusione verso l’interno di boro, cromo o alluminio. La borurazione può formare boruri di ferro molto duri, mentre l’alluminizzazione viene selezionata quando la resistenza all’ossidazione ad alta temperatura è più importante della massima durezza a fatica di contatto. Questi trattamenti sono chimicamente distinti dalla nitrurazione e dalla cementazione; le loro fasi fragili, lo spessore del rivestimento, l’adesione, la crescita dimensionale e i requisiti di finitura devono essere valutati in relazione al carico. Un rivestimento duro su un substrato non adeguatamente sostenuto può cedere per formazione di cricche o delaminazione.

### Tempra alla fiamma e a induzione

La tempra alla fiamma e la tempra a induzione riscaldano soltanto la superficie fino all’intervallo di austenitizzazione, per poi sottoporla a una rapida tempra. A differenza della cementazione o della nitrurazione, questi metodi generalmente non modificano la composizione chimica della superficie; trasformano il carbonio già presente nell’acciaio in martensite. Il tenore di carbonio superficiale stabilisce quindi un limite pratico alla durezza ottenibile. Gli acciai a medio tenore di carbonio, come C45E o SAE 1050, possono essere idonei quando la profondità indurita e la resistenza del cuore richieste sono compatibili con la geometria della sezione, mentre gli acciai a basso tenore di carbonio generalmente non possono sviluppare una superficie martensitica ad alta durezza senza un precedente arricchimento.

ISO 683-1:2016 identifica gli acciai non legati destinati a componenti meccanici temprati e rinvenuti, austemperati, temprati alla fiamma, temprati a induzione e, in alcuni casi, normalizzati. Tale designazione non elimina la necessità di verificare il tenore di carbonio, la temprabilità, la dimensione della sezione e la condizione di fornitura. SAE J1268:1995 definisce i limiti minimo e massimo di temprabilità per gli acciai al carbonio e legati della serie H mediante dati standardizzati di tempra a un’estremità; tali limiti aiutano a determinare se il grado selezionato può produrre la durezza richiesta alla profondità specificata.

La tempra alla fiamma dipende dalle dimensioni del bruciatore, dalla composizione della fiamma, dalla velocità di avanzamento, dalla distanza di lavoro e dalla tempistica della tempra. La tempra a induzione aggiunge frequenza, densità di potenza, geometria della bobina, accoppiamento, velocità di scansione e distribuzione del mezzo di tempra. In generale, una frequenza maggiore concentra il riscaldamento più vicino alla superficie, mentre una frequenza inferiore consente una penetrazione maggiore; tuttavia, il profilo effettivo dipende anche dalla resistività elettrica, dalla permeabilità magnetica, dalla geometria e dal tempo di riscaldamento. Le bobine di induzione devono raggiungere le superfici richieste; scanalature interne, profili interrotti e sezioni non uniformi possono richiedere passate di riscaldamento separate o un processo diverso.

Entrambi i metodi possono limitare la deformazione su scala di forno, ma forti gradienti termici possono generare tensioni residue, zone molli e cricche di tempra. Specificare la profondità efficace dello strato a un determinato criterio di durezza, non semplicemente la profondità riscaldata. La rettifica dopo la tempra, il rinvenimento, il controllo delle bruciature di rettifica e la verifica dimensionale completano la selezione. La scelta tecnicamente difendibile è quella che adegua il gradiente di durezza e le proprietà del cuore al carico, controllando al contempo accessibilità, composizione chimica, sorgente di calore, deformazione e finitura.

## 8. Applicazione della Decisione: un Flusso di Selezione Basato sulle Norme

### Una matrice di selezione passo per passo

La selezione del trattamento termico dovrebbe iniziare dal componente, non dal forno. La prima voce della scheda di selezione è il requisito di esercizio: resistenza a trazione, carico di snervamento, tenacità all’urto, prestazioni a fatica, resistenza all’usura, lavorabilità, stabilità dimensionale o un intervallo di durezza specificato. La sola durezza non costituisce un requisito progettuale sufficiente. Un componente può soddisfare un obiettivo di durezza superficiale mantenendo tuttavia una struttura del cuore inadatta o tensioni residue eccessive.

Un documento di selezione basato sulle norme collega i requisiti di esercizio ai controlli di processo e alle evidenze di accettazione.
| Fase decisionale | Domanda richiesta | Evidenza o risultato |
|---|---|---|
| Condizioni di esercizio | Quali carichi, temperature, tensioni di contatto e modalità di cedimento si applicano? | Requisiti delle proprietà meccaniche e della durezza |
| Identità del materiale | Qual è la qualità, la norma, la forma del prodotto e la condizione di fornitura esatte? | Certificato del materiale e norma applicabile al materiale |
| Condizione richiesta | Il componente deve essere ricotto, normalizzato, sottoposto a distensione, temprato e rinvenuto, sottoposto a tempra bainitica isotermica o indurito superficialmente? | Condizione metallurgica definita |
| Profondità temprata | Quale durezza deve essere raggiunta e a quale profondità dalla superficie? | Profilo di durezza e requisito di temprabilità |
| Geometria | Quali sono le dimensioni determinanti della sezione, i fori, le cave per chiavette, gli spigoli vivi e i passaggi di spessore? | Valutazione del riscaldamento, della tempra e della deformazione |
| Percorso termico | Quale ciclo di riscaldamento, austenitizzazione, raffreddamento, rinvenimento o diffusione è consentito? | Specifica del processo e ricetta del forno |
| Accettazione | Come saranno verificati durezza, struttura, dimensioni e difetti? | Piano di ispezione e criteri di accettazione |

La matrice di selezione dovrebbe quindi collegare ciascun requisito a una decisione relativa al materiale e al processo:

| Fase decisionale | Domanda richiesta | Evidenza o risultato |
|---|---|---|
| Condizioni di esercizio | Quali carichi, temperature, tensioni di contatto e modalità di cedimento si applicano? | Requisiti relativi alle proprietà meccaniche e alla durezza |
| Identità del materiale | Qual è l’esatta qualità, norma, forma del prodotto e condizione di fornitura? | Certificato del materiale e norma applicabile per il materiale |
| Condizione richiesta | Il componente deve essere ricotto, normalizzato, sottoposto a distensione, temprato e rinvenuto, austemprato o indurito superficialmente? | Condizione metallurgica definita |
| Profondità indurita | Quale durezza deve essere raggiunta e a quale profondità dalla superficie? | Profilo di durezza e requisito di temprabilità |
| Geometria | Quali sono le dimensioni di sezione determinanti, i fori, le cave per chiavetta, gli spigoli vivi e i raccordi di spessore? | Valutazione del percorso dei carichi, del riscaldamento, della tempra e della deformazione |
| Percorso termico | Quale ciclo di riscaldamento, austenitizzazione, raffreddamento, rinvenimento o diffusione è consentito? | Specifica di processo e ricetta del forno |
| Accettazione | Come saranno verificate durezza, struttura, dimensioni e difetti? | Piano di controllo e criteri di accettazione |

L’identità del materiale deve essere esatta. “Acciaio al carbonio medio” non è una designazione sufficiente. La scheda dovrebbe indicare, per esempio, **C45**, **42CrMo4** o un’altra designazione esattamente come riportata nella norma di riferimento, insieme al numero della norma, alla forma del prodotto, al numero di colata e alla condizione di fornitura. Una barra normalizzata e una barra ricotta della stessa qualità non entrano nel forno con la stessa struttura dei grani, lavorabilità o risposta al riscaldamento.

La norma ISO 683-1:2016 specifica i requisiti di fornitura per gli acciai non legati destinati generalmente a componenti meccanici temprati e rinvenuti, austemplati, temprati alla fiamma, temprati a induzione e, in alcuni casi, normalizzati. Essa non sostituisce il disegno del componente né stabilisce tutti i parametri del forno. La norma ISO 4885:2018 fornisce la terminologia relativa al trattamento termico dei materiali ferrosi e il vocabolario delle fasi ferro-carbonio necessario per descrivere accuratamente le trasformazioni. Si tratta di norme relative ai materiali e alla terminologia; una specifica di processo dello stabilimento deve comunque definire apparecchiature, atmosfera, carico, uniformità della temperatura, condizioni di tempra e controlli.

La decisione successiva riguarda il percorso metallurgico richiesto. La normalizzazione può essere selezionata per affinare o condizionare una struttura e migliorarne l’uniformità prima della lavorazione meccanica o di un successivo indurimento. La ricottura può essere necessaria per ridurre la durezza e migliorare la lavorabilità. La distensione agisce sulle tensioni residue dopo saldatura, lavorazioni meccaniche pesanti o formatura, ma non sostituisce il trattamento di tempra e rinvenimento. L’indurimento a cuore richiede un contenuto di carbonio e una temprabilità sufficienti nell’intera sezione determinante. L’indurimento superficiale può invece essere appropriato quando sono necessari un cuore tenace e una superficie resistente all’usura; i possibili percorsi includono cementazione, carbonitrurazione, nitrurazione, tempra alla fiamma e tempra a induzione. L’indurimento per invecchiamento e i rivestimenti per diffusione appartengono a famiglie diverse di materiali e processi e non dovrebbero essere assegnati a un acciaio semplicemente perché si desidera un’elevata durezza superficiale.

Le dimensioni della sezione e la geometria determinano se la velocità di raffreddamento selezionata possa produrre la struttura richiesta. Le sezioni grandi si raffreddano più lentamente al centro che in superficie. Una flangia sottile, un foro, il piede di una scanalatura e una spalla affilata possono raffreddarsi a velocità diverse all’interno dello stesso componente. Tali differenze possono produrre martensite in una posizione, bainite o perlite in un’altra e tensioni residue di trazione in prossimità di una superficie temprata. La severità della tempra deve pertanto essere considerata insieme al modulo di sezione, al sistema di fissaggio, all’agitazione e alla temperatura del mezzo di tempra, anziché essere selezionata come scelta isolata tra olio, acqua o polimero.

### Validazione mediante controlli di durezza, temprabilità e microstruttura

ASM International ha dichiarato in *Steel Selection for Hardening* (1991) che la selezione è regolata principalmente dalla durezza richiesta allo stato temprato e dalla profondità sotto la superficie fino alla quale tale durezza deve estendersi. Ciò stabilisce la distinzione fondamentale tra durezza e temprabilità. La durezza è la resistenza misurata in una determinata posizione dopo il trattamento. La temprabilità descrive la profondità e la distribuzione dell’indurimento prodotto da un trattamento specificato.

La temprabilità richiesta dovrebbe essere stimata prima delle prove di produzione. I dati della prova di tempra a estremità Jominy forniscono una relazione normalizzata tra la distanza dall’estremità temprata e la durezza. Il *Bofors Handbook* (1981) identifica i metodi Jominy e Grossmann come strumenti per la valutazione della temprabilità. Per gli acciai forniti con requisiti di banda H, la norma SAE J1268:1995 specifica i limiti minimo e massimo di temprabilità per gli acciai al carbonio e legati con banda H, con dati normalizzati della prova di tempra a estremità. Una qualità che raggiunge la durezza superficiale richiesta può tuttavia non soddisfare i requisiti al centro di una sezione di grandi dimensioni se la sua banda di temprabilità è troppo bassa.

Il controllo di produzione dovrebbe includere un rilievo della durezza, non una sola lettura effettuata su una superficie accessibile. Le posizioni dovrebbero rappresentare la superficie, la zona subsuperficiale, il cuore e qualsiasi sezione che determini il funzionamento. Una scansione su un campione sezionato può rivelare se la durezza specificata si estenda fino alla profondità richiesta. I metodi Rockwell, Vickers o Brinell devono essere compatibili con l’intervallo di durezza, le condizioni della superficie e la norma di prova applicabile.

La durezza non può identificare ogni struttura inaccettabile. L’esame metallografico dovrebbe verificare la presenza di martensite rinvenuta in un componente temprato e rinvenuto, controllando al contempo bainite, ferrite-perlite, austenite trattenuta, decarburazione, profondità dello strato cementato, caratteristiche dello strato nitrurato, ingrossamento dei grani, cricche di tempra e altre caratteristiche correlate al processo. Il criterio di accettazione dovrebbe indicare la struttura consentita e le esclusioni; “correttamente trattato termicamente” non ha un significato misurabile.

Il controllo dimensionale fa parte della validazione metallurgica. Occorre registrare i diametri critici, la planarità, il fuori-rotazione, la posizione dei fori e la deformazione prima e dopo il trattamento. Le problematiche relative alle tensioni residue aumentano con tempre severe, geometrie asimmetriche, transizioni nette, saldature ed elevate differenze di trasformazione tra superficie e cuore. Il rinvenimento deve essere adeguato ai requisiti di tenacità e stabilità; può essere necessario un doppio rinvenimento per determinati acciai legati o quando la trasformazione dell’austenite trattenuta costituisce un problema. Il corso di trattamento termico di ASTM International del 2024 identifica l’austenitizzazione, la ricottura, la normalizzazione, la pratica di tempra e rinvenimento, il doppio rinvenimento, il controllo della dimensione dei grani e i requisiti delle proprietà meccaniche come fattori di specifica.

### Specifiche, registrazioni e controlli correttivi

Una specifica di processo dovrebbe indicare il percorso termico completo: condizione di carico, atmosfera del forno, velocità di riscaldamento ove pertinente, intervallo di temperatura di austenitizzazione o trattamento, criterio di mantenimento, tempo di trasferimento, tipo e condizione del mezzo di tempra, agitazione, punto finale del raffreddamento, temperatura e durata del rinvenimento ed eventuale rinvenimento ripetuto. Temperatura, tempo di mantenimento, velocità di riscaldamento e velocità di raffreddamento interagiscono; la modifica di uno di questi parametri può cambiare la struttura risultante anche quando il valore nominale impostato sul forno rimane invariato.

La specifica dovrebbe inoltre identificare i controlli della deformazione e delle cricche. Questi possono includere preriscaldamento, riscaldamento a stadi, atmosfera protettiva, trattamento sotto vuoto, tempra interrotta, martempering, austempering, modifica dei sistemi di fissaggio, riduzione della severità di tempra o limiti di raddrizzatura post-trattamento. Ogni controllo deve rimanere compatibile con la durezza e la microstruttura richieste.

Le registrazioni dovrebbero collegare il componente alla colata dell’acciaio, al certificato del fornitore, alla condizione in ingresso, all’identificazione del forno, allo schema di carico, ai risultati delle termocoppie o dei rilievi, ai dati sull’atmosfera, alla condizione del mezzo di tempra, al diagramma del ciclo, alla registrazione del rinvenimento, all’operatore e ai risultati dei controlli. Le norme relative ai materiali definiscono che cosa sia l’acciaio; le specifiche di processo definiscono come debba essere trattato il componente. Confondere questi ruoli rende difficile difendere una decisione di accettazione.

Quando i risultati non sono conformi, l’azione correttiva dovrebbe seguire il meccanismo di cedimento. Una bassa durezza al cuore può indicare temprabilità insufficiente, dimensioni eccessive della sezione, austenitizzazione insufficiente o tempra troppo lenta. Una durezza superficiale eccessiva associata a scarsa tenacità può indicare un rinvenimento insufficiente. La deformazione può richiedere modifiche alla geometria, al sistema di fissaggio, al trasferimento o alla tempra, anziché una temperatura del forno più elevata. Un rilievo della durezza non conforme dovrebbe determinare una verifica della taratura, della posizione di prova, della decarburazione e del campionamento prima di respingere la qualità del materiale. Solo dopo tali verifiche si dovrebbe modificare il materiale, il ciclo termico o il progetto.

## 9. Errori comuni nella selezione e come prevenirli

### Confondere la durezza con la temprabilità

Durezza e temprabilità rispondono a domande diverse. La durezza è la resistenza misurata in una determinata posizione, comunemente mediante prove Rockwell, Brinell o Vickers. La temprabilità descrive la profondità alla quale un acciaio può sviluppare martensite e, di conseguenza, come la durezza si distribuisce dalla superficie verso il centro durante una tempra specifica.

Un piccolo provino può raggiungere 60 HRC sulla superficie, mentre un albero di 75 mm realizzato con lo stesso grado nominale può sviluppare un cuore molto più tenero. La differenza non è necessariamente dovuta a un guasto del forno. L’estrazione del calore dipende dalle dimensioni e dalla forma della sezione, dall’agitazione, dalla temperatura del mezzo di tempra e dal comportamento di trasformazione dell’acciaio. Il tenore di carbonio influenza in larga misura la durezza della martensite; gli elementi di lega e la dimensione del grano austenitico influenzano fortemente la profondità alla quale può formarsi la martensite.

ASM International afferma in *Steel Selection for Hardening* (1991) che “la selezione dell’acciaio per la tempra è regolata principalmente dalla durezza richiesta allo stato temprato e dalla profondità sotto la superficie fino alla quale tale durezza deve estendersi”. Questo principio dovrebbe guidare la specifica. Un obiettivo come 58–62 HRC è incompleto se non identifica anche la posizione di misurazione, la profondità efficace dello strato o la profondità indurita, le dimensioni della sezione e la condizione ammissibile del cuore.

SAE J1268:1995 affronta questo problema attraverso gli acciai al carbonio e legati della banda H. La norma specifica i limiti minimo e massimo di temprabilità sulla base dei dati standard di prova di tempra all’estremità, consentendo al progettista di distinguere la designazione chimica di un grado dalla relativa banda di temprabilità prevista. I dati Jominy, i calcoli di Grossmann o prove di produzione convalidate possono quindi essere confrontati con il profilo di durezza richiesto. Il solo grado nominale non può stabilire il risultato.

### Specificare un mezzo senza definire il ciclo completo

“Tempra in olio” o “tempra in acqua” non costituisce un’istruzione completa di trattamento termico. Il risultato dipende anche dalla temperatura di austenitizzazione, dalla velocità di riscaldamento, dall’atmosfera, dal tempo di mantenimento, dal tempo di trasferimento, dalla temperatura del bagno, dall’agitazione, dalla disposizione del carico e dalle condizioni del mezzo di tempra. Temperatura e tempo non sono intercambiabili: un mantenimento eccessivo può ingrossare i grani di austenite o aumentare l’ossidazione, mentre un mantenimento insufficiente può lasciare carburi non disciolti o una struttura austenitica non uniforme.

La velocità di raffreddamento deve essere considerata insieme al comportamento dell’acciaio durante il raffreddamento continuo o secondo le trasformazioni tempo-temperatura. Un acciaio basso-legato può richiedere olio o polimero per evitare criccature eccessive, mentre un acciaio al carbonio non legato della stessa dimensione di sezione può necessitare di una tempra più rapida per ottenere la profondità di martensite specificata. La martempering può ridurre la distorsione interrompendo il raffreddamento in prossimità della temperatura di inizio della martensite; l’austempering produce una microstruttura diversa e non può essere sostituito semplicemente perché entrambi i processi riducono lo shock termico. Anche la cementazione, la carbonitrurazione, la nitrurazione e i rivestimenti di diffusione richiedono una chimica superficiale, intervalli di temperatura, controlli dei tempi e criteri di accettazione differenti.

Il processo deve specificare ciò che avviene prima e dopo la tempra. Il preriscaldamento, il controllo dell’atmosfera, il fissaggio, il lavaggio, il ritardo prima del rinvenimento, la temperatura di rinvenimento, il tempo di rinvenimento e—in alcuni casi—il doppio rinvenimento influenzano tutti la condizione finale. Il corso sul trattamento termico di ASTM International del 2024 identifica l’austenitizzazione, la ricottura, la normalizzazione, la pratica di tempra e rinvenimento, il doppio rinvenimento, il controllo della dimensione del grano e i requisiti delle proprietà meccaniche come fattori di specifica. La loro omissione lascia agli operatori il compito di dedurre il ciclo, il che costituisce un errore di controllo del processo e non una semplice lacuna redazionale.

### Ignorare la geometria, la storia precedente e il rinvenimento post-trattamento

Un ciclo di trattamento termico selezionato sulla base di un provino piano può fallire su un dente di ingranaggio, una cava di linguetta, una flangia, una nervatura sottile o un albero lungo. Le transizioni brusche concentrano le tensioni termiche e di trasformazione. Gli spigoli sottili si raffreddano rapidamente e possono indurirsi eccessivamente o criccarsi, mentre un mozzo massiccio si raffredda lentamente e può conservare bainite o perlite al centro. I fori e le superfici interrotte modificano il flusso termico locale. Anche il fissaggio può ostacolare la contrazione e creare distorsioni.

La condizione precedente è importante. La normalizzazione, la ricottura, una tempra precedente, la riduzione di forgiatura, la segregazione, la deformazione a freddo e i danni di lavorazione influenzano ciascuno la formazione e la trasformazione dell’austenite. Il materiale incrudito a freddo può trasferire tensioni residue nel forno; i grani preesistenti grossolani possono favorire una maggiore profondità di tempra, ma ridurre la tenacità e aumentare il rischio di distorsione o criccatura. La dimensione del grano deve quindi rientrare nella specifica di processo quando influisce sulle prestazioni.

Il rinvenimento non è una fase estetica facoltativa dopo la tempra. La martensite allo stato temprato è fortemente sollecitata e spesso troppo fragile per l’impiego. Il rinvenimento riduce le tensioni residue e regola durezza, resistenza, tenacità e stabilità dimensionale. La temperatura selezionata deve inoltre tenere conto dell’infragilimento da rinvenimento, dell’indurimento secondario e della possibilità che una temperatura di rinvenimento elevata riduca la durezza al di sotto del requisito progettuale.

I dati di laboratorio sulla temprabilità e le norme supportano la selezione del processo, ma non sostituiscono la convalida sul componente e sull'attrezzatura di produzione. Limited evidence

ISO 683-1:2016 identifica gli acciai non legati destinati generalmente a componenti meccanici temprati e rinvenuti, austemperati, induriti alla fiamma, induriti per induzione e, in alcuni casi, normalizzati. Questa formulazione è importante: l’applicazione prevista da una norma non autorizza qualsiasi trattamento per ogni grado. ISO 4885:2018 fornisce la terminologia relativa ai trattamenti termici e alle fasi del sistema ferro-carbonio; non sostituisce le prove sui componenti. Le norme e i manuali definiscono i gradi, i termini, i metodi di prova, i dati di temprabilità e i principi di processo. Il ciclo finale richiede comunque una convalida sull’acciaio, sulla geometria, sull’attrezzatura e sullo schema di carico effettivi.

#### Lista di controllo finale del controllo di processo

- **Selezione della qualità** Non scegliere l'acciaio basandosi soltanto sulla durezza nominale; verificare carbonio, elementi di lega, condizione di fornitura e temprabilità.
- **Punto di misurazione** Non considerare un risultato superficiale come prova della condizione richiesta nel cuore.
- **Tempra** Non applicare lo stesso mezzo a ogni geometria né omettere i controlli sull'agitazione, sulle condizioni del bagno e sul trasferimento.
- **Rinvenimento** Specificare temperatura e durata del rinvenimento, numero dei rinvenimenti e proprietà finali di accettazione.
- **Storia e geometria** Esaminare dimensione del grano, segregazione, precedente incrudimento a freddo, storia termica precedente, variazioni della sezione e attrezzaggio.
- **Accettazione** Definire i punti di campionamento, la profondità temprata, le proprietà del cuore, i limiti dimensionali, la microstruttura e le esclusioni relative ai difetti.

Gli errori ricorrenti devono essere verificati esplicitamente:

- scegliere l’acciaio basandosi soltanto sulla durezza nominale;
- presumere che il risultato sulla superficie rappresenti l’intera sezione;
- applicare un unico mezzo di tempra a ogni geometria;
- omettere il rinvenimento o non specificarne il tempo e la temperatura;
- trascurare la dimensione del grano, la segregazione, la precedente deformazione a freddo o la precedente storia termica;
- utilizzare un trattamento al di fuori delle capacità previste per l’acciaio;
- non definire le posizioni di accettazione, la profondità indurita, le proprietà del cuore e i gradienti di proprietà ammissibili.

Una specifica difendibile deve quindi indicare il grado e la condizione, le proprietà richieste in superficie e nel cuore, le posizioni di campionamento, il ciclo termico completo, i controlli della tempra, i requisiti del rinvenimento, i limiti di distorsione e il metodo di convalida. Se tali dettagli sono assenti, l’istruzione è una ricetta di temperatura, non un processo di trattamento termico dimostrato.

## Riferimenti

1. \[1\] ASM International. [Steel Selection for Hardening](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/9/chapter-abstract/114179/Steel-Selection-for-Hardening-1). ASM Handbook Online, 1991. [](/it/wiki/trattamento-termico/selezione-del-processo-di-trattamento-termico-dell-acciaio-una-guida-basata-sugli-standard#wiki-cite-ref-1) https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/9/chapter-abstract/114179/Steel-Selection-for-Hardening-1
2. \[2\] SAE International. [Hardenability Bands for Carbon and Alloy H Steels](https://saemobilus.sae.org/standards/j1268_199505-hardenability-bands-carbon-alloy-h-steels). SAE Standard J1268, 1995. [](/it/wiki/trattamento-termico/selezione-del-processo-di-trattamento-termico-dell-acciaio-una-guida-basata-sugli-standard#wiki-cite-ref-2) https://saemobilus.sae.org/standards/j1268\_199505-hardenability-bands-carbon-alloy-h-steels
3. \[3\] International Organization for Standardization. [Heat Treatment of Ferrous Materials — Vocabulary](https://www.iso.org/standard/87711.html). ISO 4885:2018, 2018. [](/it/wiki/trattamento-termico/selezione-del-processo-di-trattamento-termico-dell-acciaio-una-guida-basata-sugli-standard#wiki-cite-ref-3) https://www.iso.org/standard/87711.html

 **In sintesi**

Criteri principali di selezione

Durezza richiesta e profondità di temprabilità

Norme pertinenti

ISO 683-1:2016; ISO 4885:2018; SAE J1268:1995

Metodi comuni di convalida

Rilievi di durezza, metallografia, controllo dimensionale, analisi Jominy e Grossmann

Principali famiglie di processi

Ricottura, normalizzazione, distensione, tempra e rinvenimento, tempra bainitica isotermica, tempra interrotta prima della formazione della martensite e indurimento superficiale

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