ITMI961382A1

ITMI961382A1 - Procedimento per il trattamento termico o termochimico di elementi costruttivi di precisione in acciaio

Info

Publication number: ITMI961382A1
Application number: IT96MI001382A
Authority: IT
Inventors: Georg Schaeffler
Original assignee: Na Walzlager Schaeffler Kg
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 1998-01-05
Also published as: GB2303149B; US5800641A; GB9614546D0; DE19525218A1; GB2303149A; IT1284113B1; JPH0925511A; ITMI961382A0

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Procedimento per il trattamento termico o termochimico di elementi costruttivi di precisione in acciaio"

Riassunto del trovato

L'invenzione riguarda un procedimento per il trattamento termico o termochimico di elementi costruttivi di precisione in acciaio, di differenti spessori parietali. Il procedimento è caratterizzato dal fatto che gli elementi costruttivi di precisione dopo la tempra vengono sottoposti ad un parziale sottoraffreddamento, cosicché la riduzione dell'austenite residua primaria avviene preferibilmente in corrispondenza dei punti sollecitati.

Con questo parziale sottoraffreddamento si evita un indesiderato influenzamento delle proprietà meccaniche degli elementi di precisione nelle zone a parete sottile. (Figura 2)

Descrizione del trovato

L'invenzione riguarda un procedimento per il trattamento termico o termochimico di elementi costruttivi di precisione in acciaio di differenti spessori parietali, specialmente punterie a tazza, parti di cuscinetti a rotolamento, elementi di trasmissione e di accoppiamento, costituito da almeno gli stadi di tempra, sottoraffreddamento e rinvenimento.

Procedimenti di tale tipo sono noti già da molto tempo e mediante produzione di differenti fasi e parti di fasi, mediante trasformazione di fase, completa o parziale solubilizzazione di carburi, hanno lo scopo di produrre desiderate proprietà della lega di acciaio, ad esempio un'elevata durezza mediante formazione di martensite. Così nel presente contesto è noto il fatto di trattare termicamente elementi costruttivi di precisione, in modo tale che essi in un primo momento vengono temprati, successivamente sottoraffreddati e successivamente sottoposti a rinvenimento (Technologie der Wàrmebehandlung von Stahl, VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, Leipzig 1987, pagg. 238 e seg.). Il trattamento termico di sottoraffreddamento viene impiegato per ridurre il tenore di austenite residua, poiché l'austenite residua come componente strutturale relativamente tenero riduce la durezza della struttura di spegnimento.

Al riguardo è svantaggioso che questo procedimento non può essere adottato, rispettivamente può essere adottato solo limitatamente, per elementi costruttivi o componenti di precisione di differenti spessori parietali. Il trattamento di sottoraffreddamente infatti interessa l'intero elemento costruttivo, ossia tanto le zone di accentuato spessore parietale, quanto anche le zone di spessore parietale sostanzialmente ridotto.

Così ad esempio può verificarsi che in elementi costruttivi di precisione di differente spessore parietale le parti di grande spessore presentino un tenore di austenite residua, che ha un effetto tribologicamente sfavorevole, mentre le parti a parete sottile presentano un tenore di austenite residua tribologicamente non critico. Nel caso di un completo trattamento termico di sottoraffreddamento di un tale elemento costruttivo si verificherebbe che anche per le parti a parete sottile, a seconda della profondità presente dell'austenite residua eventualmente fino nella zona centrale si verifica una trasformazione martensitica con le note conseguenze negative, ad esempio di un infragilimento della sezione trasversale complessiva oppure della formazione di uno sfavorevole andamento delle tensioni interne in funzione della sezione trasversale. Le parti a parete sottile dell'elemento costruttivo in tal caso risulterebbero relativamente sensibili alla rottura, rispettivamente suscettibili alle incrinature.

L'invenzione si pone pertanto il compito di sviluppare ulteriormente un procedimento per il trattamento termico, rispettivamente termochimico di elementi costruttivi di precisione in acciaio, di differenti spessori parietali, in modo che le relative zone a parete sottile non vengano influenzate nelle loro proprietà meccaniche in seguito a un'indesiderata trasformazione dell'austenite residua.

Secondo l'invenzione questo problema viene risolto conformemente alla parte caratterizzante della rivendicazione principale, per il fatto che gli elementi costruttivi di precisione sono sottoposti a un parziale sottoraffreddamento, cosicché la riduzione dell'austenite residua primaria avviene preferibilmente in corrispondenza dei punti sollecitati. Con questo procedimento è assicurato che in corrispondenza dei punti non sollecitati non può verificarsi una trasformazione di esistente austenite residua, ossia queste zone non vengono limitate nella loro duttilità e pertanto risultano meno sensibili alla rottura. Ulteriori esecuzioni secondo l'invenzione formano oggetto delle sottorivendicazioni e vengono descritte dettagliatamente nel seguito. Così conformemente alla rivendicazione 2 è previsto che le superfici funzionali sono sollecitate con la desiderata temperatura di sottoraffreddamento. Al riguardo con superfici funzionali vanno intese le superfici, che in seguito ad un eccessivo tenore di austenite residua presentano sfavorevoli proprietà meccaniche, rispettivamente tribologiche.

Dalla rivendicazione 3 risulta che il trattamento termico di sottoraffreddamento dovrà avvenire nell'intervallo fra -35°C e -120°C. Questi valori orientativi sono noti da indicazioni della letteratura tecnica.

Conformemente ad un'ulteriore caratteristica dell'invenzione secondo la rivendicazione 4 gli elementi costruttivi di precisione immediatamente dopo il trattamento di sottoraffreddamento dovranno essere riscaldati a temperatura ambiente. Questo riscaldamento a temperatura ambiente ha lo scopo di impedire che si verifichi una conduzione termica dalla parte più calda (zona di sottile spessore parietale) verso la parte più fredda (zona di grande spessore parietale). Se infatti si verificasse questa compensazione di temperatura allora l'elemento costruttivo di precisione nella zona del minore spessore parietale verrebbe raffreddato per effetto della conduzione termica subendo un indesiderata trasformazione dell'austenite residua.

Conformemente ad una forma di realizzazione preferita dell'invenzione secondo la rivendicazione 5 il trattamento termico di sottoraffreddamento dovrà seguire direttamente alla tempra, rispettivamente allo spegnimento. Infatti altrimenti esiste il pericolo che per effetto di un tempo di conservazione fra spegnimento e iniziale trattamento termico di sottoraffreddamento si verifica una stabilizzazione dell'austenite residua.

Dalla rivendicazione 6 risulta che il fondo di una punteria a tazza è sottoposto al trattamento termico di sottoraffreddamento. Con la conseguente trasformazione di una parte dell'austenite residua relativamente tenera in martensite viene ridotta decisamente l'usura abrasiva fra camma e fondo della punteria a tazza, ossia viene aumentata la durata utile dell'accoppiamento a frizione camma/fondo, mentre la parete cilindrica della tazza, in seguito alla mancante trasformazione di austenite residua, non viene influenzata negativamente nella sua sensibilità alla rottura.

L'invenzione viene illustrata dettagliatamente nel seguente esempio di realizzazione.

In particolare:

la figura 1 mostra una sezione longitudinale attraverso una costruzione di punteria,

la figura 2 mostra un regime temperatura-tempo per una variante di trattamento termico della punteria summenzionata, e

la figura 3 mostra la distribuzione di temperatura della costruzione della punteria secondo la figura 1 sul fondo della custodia e sulla parete cilindrica.

La figura 1 mostra una costruzione, in cui una prima parte 1 a forma a tazza è formata con una parete cilindrica 2 e un fondo chiuso 3. In questa prima parte 1 a forma di tazza è inserita una seconda parte 4 nella forma di un imbuto a M, che presenta un mantello esterno cilindrico 5 inserentesi nel foro della parete cilindrica 2. In corrispondenza della sua estremità, contigua al fondo 3 della prima parte 1, il mantello esterno cilindrico 5 si raccorda con una zona 6 di forma troncoconica, che è opposta al fondo 3 e alla quale segue, da parte sua una zona cilindrica 7, opposta al fondo 3. Questa zona cilindrica 7 serve ad alloggiare la parte interna della punteria. Come è riconoscibile ulteriormente dalla figura 1, la punteria a tazza rappresentata 1 è dotata di differenti spessori parietali. Specialmente il fondo 3 rispetto alle altre parti presenta un rinforzo, poiché sul lato esterno di questo fondo 3 si impatta la camma e per questo motivo si dovrà avere una particolare resistenza all'usura della parte di fondo 3. A differenza di ciò, la parete cilindrica 2 in corrispondenza della propria parte opposta alla parte di fondo 3 è ridotta nella sua superficie di sezione trasversale. Ciò avviene parimenti per il mantello esterno cilindrico 5 dell'imbuto 4. È facile immaginare che nel caso di un trattamento termico in base all'attuale stato della tecnica il trattamento di sottoraffreddamento interessa tutte le zone della tazza 1 e pertanto verrebbe trasformata austenite residua anche dove ciò non è desiderato, ossia nell'ambito della parete cilindrica 2.

Nella figura 2 schematicamente è rappresentato un trattamento termico possibile. Esso è formato dagli stadi parziali di tempra 8, trattamento di sottoraffreddamento 9 e rinvenimento 10.

Il fondo esterno 3 della punteria a tazza 1 rappresentata in figura 1 è stato collocato su una lastra di rame raffreddata a -196°C. In seguito all'alta differenza di temperatura di 210°C fra punteria a tazza 1 e lastra di rame, nonché in seguito all'elevata capacità termica specifica del rame, si è verificato un rapidissimo raffreddamento del fondo 3. Come è riconoscibile specialmente dalla figura 3, si è ottenuta una differenza di temperatura di circa 50-70°C fra fondo 3 e la parte superiore della parete cilindrica 2. Il fondo della custodia è stato lasciato per circa 30 secondi sulla lastra di rame e successivamente la punteria a tazza 1 è stata collocata su una lastra di rame a 20°C. Come è desumibile dalla figura 3, si ottengono differenti andamenti di temperatura fra fondo 3 e parete cilindrica 2, cosicché nella parete cilindrica 2 rispetto al fondo 3 la trasformazione dell'austenite residua risulta sostanzialmente ridotta. Il sottoraffreddamento è risultato sufficiente per ridurre l'austenite residua nel fondo 3 da circa il 50% a circa il 20%. In occasione del successivo rinvenimento l'austenite residua si è ridotta ancora una volta a valori inferiori al 20%.

Con questo procedimento secondo l'invenzione di un parziale trattamento di sottoraffreddamento della punteria a tazza si ottiene complessivamente la situazione favorevole desiderata, secondo cui la riduzione del tenore di austenite residua partendo dalla massima riduzione sul fondo 3 diminuisce sempre più in direzione verso il lato aperto della tazza, cosicché in primo luogo fra camma e fondo 3 vengono migliorate le condizioni tribologiche, ma d'altro canto la camicia 2 della tazza a parete sottile in seguito ad un influenzamento il più possibile modesto non è soggetta ad alcun pericolo di rottura, rispettivamente ad una particolare suscettibilità nei confronti di incrinature.

Legenda

1 Elemento a forma di tazza

2 Parete cilindrica

3 Fondo

4 Imbuto a forma di M

5 Mantello esterno cilindrico

6 Zona di forma troncoconica

7 Zona

8 Tempra

9 Sottoraffreddamento 10 Rinvenimento

Claims

Rivendicazioni 1. Procedimento per il trattamento termico o termochimico di elementi costruttivi di precisione di acciaio di differenti spessori parietali, specialmente punteria a tazza (1) , parti di cuscinetti a rotolamento, elementi di trasmissione e di accoppiamento, formato da almeno gli stadi di tempra (8), sottoraffreddamento (9) e rinvenimento (10), caratterizzato dal fatto che gli elementi costruttivi di precisione sono sottoposti ad un sottoraffreddamento parziale (9), cosicché la riduzione dell'austenite residua primaria avviene preferibilmente in corrispondenza dei punti sollecitati.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le superfici funzionali sono sollecitate con la desiderata temperatura di sottoraffreddamento.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il trattamento termico di sottoraffreddamento (9) avviene nell'intervallo fra -35°C e -120°C.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che gli elementi costruttivi di precisione immediatamente dopo il trattamento termico di sottoraffreddamento (9) vengono riscaldati a temperatura ambiente .
5. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il trattamento termico di sottoraffreddamento (9) segue direttamente la tempra (8), rispettivamente lo spegnimento.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 1 e 2, caratterizzato dal fatto che il fondo (3) di una punteria a tazza (1) è sottoposto al trattamento termico di sottoraffreddamento (9).