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L'influenza del processo di trattamento termico e della temperatura di invecchiamento sulle proprietà dell'acciaio inossidabile indurente per precipitazione

30 ottobre 2025

L'acciaio inossidabile indurente per precipitazione (acciaio inossidabile PH) è un tipo di acciaio inossidabile la cui resistenza e tenacità vengono migliorate facendo precipitare una fase di rafforzamento di seconda fase attraverso il trattamento termico. Combina la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile austenitico con l'elevata resistenza dell'acciaio inossidabile martensitico. Il fulcro del processo di trattamento termico è ottenere il controllo delle prestazioni attraverso due fasi: trattamento della soluzione e trattamento di invecchiamento (indurimento per precipitazione). La scelta della temperatura di invecchiamento influisce direttamente sulla microstruttura finale e sulle proprietà meccaniche.

I. Fasi operative del processo di trattamento termico per l'acciaio inossidabile indurito per precipitazione

Il trattamento termico dell'acciaio inossidabile indurente per precipitazione è generalmente suddiviso in tre fasi: trattamento di solubilizzazione (ricottura di addolcimento), trattamento di condizionamento (opzionale) e trattamento di invecchiamento (indurimento per precipitazione). L'operazione specifica è la seguente:

1. Trattamento della soluzione

Scopo:
Dissolvere completamente carburi e composti intermetallici nella matrice austenitica attraverso riscaldamento ad alta temperatura, seguito da un rapido raffreddamento (tempra) per ottenere una soluzione solida sovrasatura uniforme, fornendo le condizioni per la successiva precipitazione da invecchiamento.

Punti Operativi:

Intervallo di temperatura: generalmente 950 ~ 1150℃ (varia leggermente a seconda del tipo di acciaio, ad esempio, 17-4PH è tipicamente 1020~1060℃).

Metodo di riscaldamento:

Utilizzare un forno ad atmosfera controllata o un forno sotto vuoto per evitare l'ossidazione della superficie (se necessario è possibile applicare un rivestimento protettivo).

Tempo di attesa:

A seconda dello spessore del pezzo, in genere 10~60 minuti (più lungo per sezioni più spesse).

Metodo di raffreddamento:

Tempra in acqua o tempra in olio (il raffreddamento rapido è fondamentale per evitare la precipitazione di fasi fragili).

2. Trattamento condizionante (facoltativo)

Per alcuni gradi di acciaio (come la serie H1150 di 17-4PH), viene aggiunto un trattamento di condizionamento intermedio prima dell'invecchiamento (ad esempio, riscaldamento breve a 800~900℃ seguito da raffreddamento ad aria) per ottimizzare la distribuzione delle fasi precipitate e migliorare la tenacità.

Processo tipico:

Riscaldamento a 815~870℃ per 10~30 minuti, seguiti da raffreddamento ad aria o spegnimento in acqua. 3. Invecchiamento/Indurimento dovuto alle precipitazioni

Scopo:

Per far precipitare lentamente gli elementi di lega (come Cu, Nb, Mo, ecc.) da una soluzione solida sovrasatura mediante riscaldamento a una temperatura relativamente bassa, formando fasi di rinforzo fini e disperse (come e -Cu, Ni₃Ti, ecc.), migliorando significativamente resistenza e durezza.

Punti Operativi:

Intervallo di temperatura: 450~650℃ (diverse temperature di invecchiamento vengono selezionate a seconda del tipo di acciaio e dei requisiti prestazionali).

Tempo di attesa:

1~4 ore (a seconda delle dimensioni del pezzo e della temperatura, solitamente 1~2 ore sono sufficienti).

Metodo di raffreddamento:

Raffreddamento ad aria (più comune), il raffreddamento ad acqua può essere utilizzato per requisiti speciali.

Esempi di processi di invecchiamento tipici per i tipi di acciaio comuni:

17-4PH (0Cr17Ni4Cu4Nb): Invecchiamento standard: 480~620℃ (ad esempio, 480 ℃× 1 ora di raffreddamento ad aria, la durezza raggiunge HRC40~45; 620 ℃× 1 ora di raffreddamento ad aria, durezza circa HRC30~35).

Opzione alta tenacità: 550℃ invecchiamento, bilanciando forza e tenacità.

15-5PH: tipicamente invecchiato a 550~600℃.

PH13-8Mo: Invecchiamento a 480~560℃, ottenendo una resistenza maggiore.

II. Influenza delle diverse temperature di invecchiamento sulle prestazioni

La temperatura di invecchiamento è un parametro chiave che controlla le proprietà dell'acciaio inossidabile indurente per precipitazione, influenzando direttamente l'equilibrio tra resistenza, durezza, tenacità e resistenza alla corrosione. Gli effetti sono i seguenti:

1. Invecchiamento a bassa temperatura (450~500℃)

Effetto rinforzante significativo: i precipitati (come ad es e -Cu) sono piccoli e densi, ostacolano fortemente il movimento della dislocazione, risultando così nella massima resistenza e durezza (ad esempio, 17-4PH può raggiungere HRC 45~50 dopo invecchiamento a 480℃).

Tenacità inferiore:

Una densità di precipitazione eccessivamente elevata può portare a una concentrazione di stress localizzata, con conseguente resilienza leggermente inferiore. Adatto per applicazioni ad alta resistenza ma con tenacità medio-bassa (come elementi di fissaggio e cuscinetti).

2. Invecchiamento a temperatura media (500~550℃)

Prestazioni complessive ottimali:

La dimensione del precipitato è moderata, garantendo sia un'elevata resistenza (HRC circa 40~45) che una buona tenacità (elevata energia di impatto), rendendolo la scelta preferita per la maggior parte delle applicazioni (come i componenti strutturali aerospaziali).

Buona resistenza alla corrosione:

Rispetto all’invecchiamento a bassa temperatura, si verifica una minore precipitazione ai bordi del grano, con conseguente maggiore resistenza alla corrosione intergranulare.

3. Invecchiamento ad alta temperatura (550~650℃)

Forza ridotta:

Le fasi precipitate diventano grossolane, il meccanismo di bypass della lussazione diventa dominante, con conseguente diminuzione della forza (p. es., 17-4PH dopo invecchiamento a 620℃ ha un HRC di circa 30~35).

Robustezza migliorata:

I precipitati grossolani riducono la concentrazione delle sollecitazioni, migliorando significativamente la resistenza agli urti, adatti per componenti che richiedono resistenza agli urti (ad es. alberi di pompe, valvole).

Resistenza alla corrosione ottimale:

I precipitati ai bordi del grano si dissolvono ad alte temperature, riducendo la sensibilità alla corrosione intergranulare.

4. Invecchiamento eccessivo (temperatura di invecchiamento eccessivamente elevata o tempo di invecchiamento eccessivamente lungo)

Se la temperatura di invecchiamento supera i 650℃ oppure il tempo di permanenza è troppo lungo, le fasi precipitate diventeranno eccessivamente grossolane o addirittura subiranno una ricristallizzazione secondaria, portando ad una forte diminuzione della resistenza e della durezza. Allo stesso tempo, può verificarsi la crescita dei grani, con un ulteriore deterioramento delle proprietà meccaniche.

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