Tempra ad induzione

TECNO TEMPRANOVA LECCHESE s.r.l., possiede ben 35 impianti di tempra ad induzione, di cui 23 a bassa e media frequenza e 12 con generatori ad alta frequenza. Tutte le macchine, sono dotate di assi a controllo numerico (CNC) e di monitoraggio del processo in real-time, a garanzia di una completa ripetibilità, riproducibilità ed affidabilità del risultato.

Con un range di frequenze da 0,5 a 450 kHz e potenze di riscaldo da 100 kW a 2500 kW, l'azienda può trattare, sia componenti di grande serie, con un peso di pochi grammi ed una penetrazione di tempra di pochi decimi di millimetro, che singoli pezzi da oltre 100 tonnellate e profondità efficaci nell'ordine delle decine di millimetri.

TTL, fin dall’inizio della sua attività, ha sviluppato i propri processi, affinché la scelta del trattamento di tempra per induzione, potesse garantire dei benefici al Cliente, rispetto ai più tradizionali trattamenti massivi e superficiali in forno. In confronto a questi ultimi, la tempra ad induzione presenta i seguenti vantaggi:

Riduzione dei tempi di trattamento e quindi migliore lead time;
Riduzione delle deformazioni, con conseguente risparmio sulle lavorazioni meccaniche di finitura;
Sensibile riduzione dei costi del t.t., dovuta al riscaldo delle sole zone da indurire;
Riduzione del consumo di energia, con conseguente minore carbon footprint;
Riduzione dell’impatto ambientale, grazie al mancato utilizzo di gas di processo (nitrurazione e cementazione) e di olio per lo spegnimento (cementazione);
Maggiore versatilità sulle dimensioni da trattare (lunghezza fino a 16000 mm, diametro fino a 2200 mm, peso fino a 120 t).

L’azienda, possiede inoltre 8 forni per rinvenimento e distensione. La strumentazione di tali impianti (programmatori/termoregolatori e termocoppie), è verificata periodicamente, tramite controlli TUS e SAT eseguiti secondo norme internazionali (AMS 2750) o specifiche dei clienti.

Il trattamento termico di tempra ad induzione

La tempra superficiale ad induzione è un processo, che permette di riscaldare il materiale ferroso tramite correnti indotte, dette anche correnti parassite, di eddy o di Foucault.

Le macchine per tempra ad induzione, integrano un generatore (o convertitore di frequenza), deputato per l'appunto a convertire la frequenza di rete della corrente elettrica, 50 Hz, al valore desiderato.

La corrente elettrica in uscita dal generatore, fluisce in un'attrezzatura detta induttore, creando un forte campo magnetico alternato. Posizionando un componente costituito da un metallo conduttore, all'interno o in prossimità dell'induttore, il campo magnetico induce nel pezzo delle correnti, che a loro volta, ne generano il riscaldo per effetto Joule.

L'apporto di calore al manufatto da temprare, risulta così molto più rapido ed efficiente, rispetto a quello ottenibile in un forno a camera.

La profondità dello strato riscaldato per induzione, dipende in primo luogo dalla frequenza di lavoro della macchina di tempra, alla quale è legata da una relazione di proporzionalità inversa (maggiore è la frequenza, minore sarà la profondità di tempra).

Il componente da trattare, viene riscaldato solamente nelle zone richieste, fino ad una temperatura, propria per ogni materiale, che permette la completa trasformazione delle sue fasi costituenti in austenite.

Dopo un adeguato tempo di mantenimento, che permette di omogeneizzare la microstruttura, la sezione di materiale austenitizzata, viene quindi raffreddata tramite un mezzo temprante, scelto in base alla drasticità di raffreddamento necessaria (acqua, acqua additivata con speciali polimeri, …). In tal modo, l’austenite si trasforma in martensite (soluzione solida sovrassatura di carbonio in un reticolo di ferrite). Dato che, rispetto alla microstruttura di partenza, la martensite occupa un volume maggiore, nella porzione di materiale temprato, si originano delle tensioni residue di compressione, che determinano anche l’aumento della durezza superficiale del pezzo.

Tale condizione, determina un miglioramento della resistenza all’usura ed alla fatica del componente meccanico.

Il processo di tempra, si dice “a scansione” (“scanning”), quando l’induttore di riscaldo e la doccia di spegnimento, si muovono in continuo sul componente (che può essere a sua volta posto in rotazione), oppure “con induttore affacciato” (“single-shot”), se l’induttore è fermo sulle superfici da temprare ed il pezzo viene posto in rotazione. Per particolari componenti, la tempra ad induzione, consente di indurire tutta la sezione. Si parla in tal caso di tempra “a cuore”.

Dopo la tempra, i pezzi vengono sottoposti al rinvenimento. Tale trattamento, determina una riduzione della durezza superficiale e serve, in primo luogo, a ridurre le tensioni e ad aumentare la tenacità della microstruttura martensitica. Le temperature di processo, dipendono dai materiali e dalle durezze superficiali desiderate, mentre i tempi di mantenimento, sono legati alle dimensioni dei pezzi.

In particolari casi, quando è richiesta la massima resistenza all’usura e le sollecitazioni a fatica dei componenti sono trascurabili, il rinvenimento può essere evitato. In ogni caso, è sempre consigliato eseguire almeno una distensione a temperature relativamente basse, tali da non intaccare la durezza, ma de-tensionare lo strato superficiale indurito.