Tempra bainitica o austempering

Tempra bainitica = processo utilizzato per aumentare la tenacità e la duttilità di alcuni acciai

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1) Austenitizzazione dell’acciaio
2) Tempra in un bagno di sali fusi ad una temperatura appena sopra la temperatura Ms
3) Permanenza dell’acciaio alla temperatura Ms per consentire la trasformazione dell’austenite in bainite
4) Raffreddamento in aria fino a temperatura ambiente

Considerando l'esempio del C67 in un range di durezza compreso tra i 52 e i 56 hrc la resistenza all'impatto della struttura bainitica è doppia rispetto a quella della struttura martensitica temprata.

La trasformazione bainitica avviene sotto la perlitica e sopra la trasformazione martensitica. Quindi, questo intervallo di temperatura intermedia di trasformazione della microstruttura era conosciuto in passato come stadio intermedio. Al giorno d'oggi, questo termine non è più utilizzato nel campo della scienza e dell'ingegneria, è stato sostituito da "bainite" o "austempering".
La trasformazione in fase di bainite è sicuramente uno dei più difficile da spiegare in quanto molto diverse sono le possibili formazioni strutturali della bainite. Dopo un austenitizzazione corrispondente e raffreddamento fino alla temperatura di trasformazione desiderata la trasformazione inizia con una diffusione di carbonio nell'austenite con formazione di carburi.
Questo processo è intesa come trasformazione isotermica, se inizia dopo che è stata raggiunta la rispettiva temperatura di trasformazione, senza il verificarsi di trasformazioni precedenti a temperature più elevate.

La figura iniziale mostra una corrispondente sequenza di temperatura-tempo in un diagramma ZTU isotermica. A questo proposito, la trasformazione bainitica che avviene ad una temperatura appena sopra la temperatura martensitica è di particolare interesse per applicazioni tecniche.

Una trasformazione bainitica corretta non solo richiede che non ci siano precedenti trasformazioni a temperature più elevate, ma anche una completa trasformazione nella fase bainitica.
Una interruzione della trasformazione isotermica prima della fine della trasformazione provoca una microstruttura mista di bainite e martensite che causa perdite particolarmente accentuate nelle proprietà di resistenza.

Il contenuto di carbonio ha una notevole influenza sulla massima durezza di bainite, più è elevato maggiore è la durezza.
Il punto di partenza della formazione martensitica (Ms) scende a causa di un aumento del contenuto di carbonio, che consente anche temperature di trasformazione inferiori.
La seguente tabella 1 elenca i punti ms per alcuni acciai non legati con differenti contenuti di carbonio.

Steel            Ms Point Max.       Bainite Hardness
C30                  420°C                       31 HRC
C45                  360°C                       44 HRC
C75                  210°C                       60 HRC
C100                180°C                       62 HRC

I valori massimi di durezza ottenibile difficilmente cambiano quando vengono utilizzati acciai con elementi di lega che aumentano la temprabilità.
Elementi che aumentano la temprabilità come il cromo hanno l'effetto primario di evitare altre trasformazioni durante il raffreddamento alla temperatura di trasformazione isotermica.

Un contenuto eccessivo però di elementi che aumentano la temprabilità porta ad un tempo prolungato di trasformazione isotermica.
 In caso di acciaio per cuscinetti a sfera 100Cr6, la fine della trasformazione isotermica a 280 ° C viene raggiunta dopo un tempo di circa. 0,5 h. mentre con l'acciaio 90MnCrV8 (acciaio al manganese, vanadio, cromo) alla stessa temperatura la fine della trasformazione viene raggiunta solo dopo 7,5 h.

Questo è quello che ho estrapolato/tradotto da alcuni documenti trovati su internet......spero possan essere utili 

L ho voluta rileggere un paio di volte... molto interessante ma molto complessa per me! Eheheheh

si e complessa, ma e l' ABC della tempra, bisogna rileggere fino a capire che ogni acciaio ha un Datasheet che va seguito il più fedelmente possibile se si vogliono ottenere buoni risultati
questa e una delle ragioni per cui io continuo ad usare esclusivamente il K720 per le mie lame, non sono attrezzato per trattare altri acciai e non saprei come fare
quando sarò riuscito a costruirmi il forno elettrico allora comincerò a sperimentare con altre leghe, nel frattempo penso che avrò raggiunto una buona capacità di gestione con il K720 che serve sempre

Concordo con Doriano, un coltello può essere bello o brutto, più o meno rifinito ma il trattamento termico deve essere sempre accurato e ciò si ottiene solo studiando il materiale che si usa......i tempi e le temperature sono fondamentali. Prima si studia poi si applica. Metterò 2 schemi per capire meglio 

Intanto, giusto per capirci, queste sono le curve TTT del k720.....poi il resto lo metto giù bene appena ho un attimo di tempo 

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Nel diagramma che ho postato relativo al K720/O2/90MnCrV8/1.2842 si vede il tempo nell'asse delle x e la temperatura nell'asse delle y.

Le 2 curve indicano rispettivamente le zone di trasformazione della PERLITE e della BAINITE.

Per fare una buona tempra "classica" (martensitica) la caduta di temperatura e il tempo devono essere tali da disegnare una funzione che stia completamente a sinistra delle 2 curve. Ossia bisogna fare in modo che più austenite possibile si trasformi in martensite.

Ecco così:
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Ogni acciaio ha il suo diagramma con le curve che rappresentano le varie trasformazioni.....questo ci permette di capire quanto "drastico" deve essere lo spegnimento per fare in modo che si crei il più possibile una struttura martensitica.

Ovviamente non troppo drastico in alcuni acciai (ad alto contenuto di carbonio nei quali di conseguenza si forma molta austenite) poichè nel passaggio da austenite a martensite si ha un aumento di volume, che se avviene in modo troppo violento, può provocare cricche o rotture di pezzi con geometrie particolari (vedi lame che hanno il filo molto sottile ed il dorso molto spesso).

Difatti ci sono alcuni acciai che hanno bisogno di tempre molto drastiche in acqua (poco carbonio, poca austenite) e sale mentre per altri meglio l'olio oppure l'aria.

Ecco perchè queste tabelle sono importanti, non è solo una questione di scaldare e poi buttare in un bidone di olio........come si può vedere, basta un secondo per far andare in malora una tempra

Ma cosa accade nella tempra bainitica? In pratica si deve fare uno spegnimento ad una velocità tale per cui si formi non la martensite ma la bainite!

Vedete quella linea denominata Ms?.....indica la temperatura alla quale in un raffreddamento drastico inizia a formarsi la struttura martensitica.

Ecco con la tempra bainitica si deve "stoppare" il raffreddamento della lama ad una temperatura superiore a quella di inizio trasformazione martensitica e mantenere questa temperatura per il tempo necessario alla formazione della bainite.

In poche parole bisogna "attraversare" tutto lo spazio tra le due curve.....ecco un disegno:

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Come vedete il K720 ha la Ms poco sotto ai 200 gradi centigradi, quindi bisogna spegnere la lama in una sostanza che sia ad una temperatura superiore (poniamo 250°C) e mantenerla per il tempo necessario. Poi segue raffreddamento a temperatura ambiente.

Nel caso del k720 serve una permanenza a temperatura di ben 7 ore.....ecco quindi che a questo punto ognuno tira le proprie conclusioni e valuta se effettivamente conviene o meno fare certe procedure.

Nel caso invece del 52100/100Cr6.....acciaio di cuscinetto, basta una permanenza molto inferiore a temperatura di circa 280 gradi centigradi , nell'ordine di una manciata di minuti (circa mezz'ora).

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p.s.: spero di aver limitato le castronerie e di aver semplificato il più possibile

bravo Andrea, tutto giusto a parte il calcolo del tempo di permanenza per la tempra bainitica, attento che i grafici riportano i tempi in secondi elevati a potenza
per il k720 il tempo sosta a temperatura di spegnimento e di 10 minuti ed ottieni una durezza superiore ai 63 ed inferiore ai 65 hrc, questo lavorando agli spessori da coltelleria
il grafico che hai tu non e molto chiaro, metto il link di quello che adopero io, e semplice ed spiegato bene
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stai facendo un ottimo lavoro, secondo me ci conviene aprire una discussione per ogni tipo di acciaio che cominciamo ad usare così trattiamo i dati in modo separato senza rischi di confusione

Grazie Doriano! Ma non capisco quel grafico, da quel che ho letto è troppo poco  10 minuti come sosta per uniformare la struttura......il grafico che avevo messo riporta dapprima i secondi poi le ore e per superare l'area tra le due curve sono necessarie varie ore......nei vari studi per il K720 parlano sempre di alcune ore di sosta isotermica per la tempra bainitica. E 62/65hrc dopo tempra bainitica mi sembrano decisamente troppi.

Ecco i grafici

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Questo poi l'ho preso proprio dal pdf ufficiale della bohler riguardo il k720

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Comunque sono d'accordissimo sul creare vari topic per ogni acciaio nei quali raccogliere grafici sui trattamenti termici

quei grafici li ha ritoccati qualcuno spiritoso
oppure sono datasheet da fonderia dove si lavora su blocchi da quintali
i grafici originali sono questi per spessori bassi

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e sopra nella risposta ho messo il collegamento
comunque nessun problema, lo scopo del gruppo e sperimentare
io le mie lame in k720 le realizzo seguendo le indicazioni del datasheet qui sopra, i 63 - 65 hrc sono reali e testati in lab
per il resto chi e in grado con i dati sopra potrà fare le sue considerazioni e prove, le varie tecniche vanno adattate volta per volta in base a quello che un artigiano vuole ottenere e non e sempre necessario seguire i datasheet alla lettera, ti spiegano come reagisce un materiale poi decidi in autonomia come trattarlo
i vecchi artigiani lavoravano a pelle e le lame le han sempre fatte, e sono valide tuttora, e non avevano forni taimer termometri e cacchiate varie

No aspetta, forse non ci stiamo capendo e stiamo parlando di cose diverse......tu nei tuoi lavori fai una tempra martensitica classica giusto? Ossia arrivi a temperatura di austenizzazione, mantieni qualche minuto, poi spegni in olio e rinvieni giusto?

Allora si che ci stanno tempi e durezze

Io mi sto riferendo però alla tempra bainitica, per quello non tornano i riferimenti

si mo ci sono arrivato, ma volevo precisare una cosa, qui cerchiamo di far lame, il procedimento sopra viene usato negli stampi ad alto spessore
vabbe lo abbiamo esposto ma ora torniamo ai coltelli, riordiniamo un pò per la tempra di lame in k720
poi volendo possiamo trattare anche altri acciai in post separati
questo post lo lasciamo solo per la Tempra bainitica ed tolgo tutto il non coerente
se riesco a mettere giù il pdf della Bohler per la tempra delle lame lo metto a disposizione per il post

Ottimo!!! facciamo un topic generale e poi un topic per acciaio allora? credo possa essere utilissimo! Anche per capire di più dai grafici, non è stato proprio immediato per me.....cmq la tempra bainitica è interessante se si vogliono fare lame lunghe da colpo tipo roncole, machete, coltellacci vari

si ma guarda che a filo non rendono, a sto punto meglio un san mai, e anche più facile da realizzare
voglio vederti a tenere l'olio a 250 gradi per 7 ore

Difatti per quello è bene aver chiaro cosa fare prima di iniziare, l'austempering ha un senso su lame lunghe, su coltelloni dove conta la resilienza e 55/57hrc al filo bastano

E poi sempre dai dati dell'acciaio si capisce se val la pena procedere o no.....nel caso del k720 non avrebbe senso visti i tempi, invece secondo me per un bel coltellone in 100Cr6 non ci starebbe male

appena trovo un cuscinetto da locomotiva ci proviamo e vediamo i risultati, forse so anche a chi chiederlo

Doriano vanno benone anche le carcasse di cuscinetti di fuoristrada, trattori, camion o altri mezzi pesanti.....se vai in qualche officina ne trovi

Io ho ricavato anche delle lamette da 8/9cm dai rulli di un cuscinetto di una corriera.

Mi prenoto per la spesa della locomotiva! 

Si ma io ho sottomano un amico ispettore in ferrovia, mi ha già procurato due metri di rotaia, mo gli chiedo i cuscinetti
Della misura da camion ne ho gia

Benone allora!!! Mi sa che quelli delle locomotive sono belli grossi

Per favore.....non "sbargnaccateli tutti tipo Hamburger" farli tornare rotondi è abbastanza difficile....

Ne prenoterei uno per fare altra morsa girevole.....
Nobile utilizzo anche questo, senza stravolgere la funzione originaria.
" Mamma "cuscinetto" vi sarà grata!

qualcosa ho in giro, poi ci guardiamo