In qualità di fornitore di getti in lega per involucri di turbine, mi viene spesso chiesto informazioni sui metodi di trattamento termico per questi componenti cruciali. I getti in lega degli involucri delle turbine svolgono un ruolo fondamentale nei settori della produzione di energia, nell'aerospaziale e in altri settori ad alte prestazioni. Il giusto trattamento termico può migliorare significativamente le loro proprietà meccaniche, come resistenza, durezza e tenacità, garantendo un funzionamento affidabile e a lungo termine. In questo blog approfondirò i vari metodi di trattamento termico dei getti in lega delle carcasse delle turbine.
Ricottura
La ricottura è un processo di trattamento termico fondamentale per i getti in lega delle carcasse delle turbine. Lo scopo principale della ricottura è alleviare le tensioni interne generate durante il processo di fusione, affinare la struttura del grano e migliorare la lavorabilità della lega. Esistono diversi tipi di ricottura, inclusa la ricottura completa, la ricottura di processo e la ricottura di distensione.
La ricottura completa prevede il riscaldamento del getto a una temperatura superiore alla temperatura critica superiore, il mantenimento per un tempo sufficiente a consentire la completa austenitizzazione e il successivo raffreddamento lento nel forno. Questo processo si traduce in una struttura morbida a grana grossa con eccellente duttilità. Per i getti in lega di carcasse di turbine, è possibile utilizzare la ricottura completa quando il getto iniziale ha una struttura molto dura e fragile, che può causare fessurazioni durante la successiva lavorazione o servizio.
La ricottura di processo, invece, viene eseguita a una temperatura inferiore alla temperatura critica inferiore. Viene utilizzato principalmente per alleviare l'effetto di incrudimento causato dai processi di lavorazione a freddo come la forgiatura o la lavorazione meccanica. Ciò aiuta a ripristinare la duttilità della lega, consentendo ulteriori deformazioni senza fessurazioni.
La ricottura di distensione viene eseguita per ridurre le tensioni interne nel getto senza alterarne significativamente la microstruttura. La fusione viene riscaldata a una temperatura relativamente bassa, tipicamente compresa tra 550 e 650°C per la maggior parte degli acciai legati, mantenuta per un certo periodo e quindi raffreddata lentamente. Questo processo è fondamentale per le fusioni in lega delle carcasse delle turbine poiché le sollecitazioni interne possono portare a distorsioni e guasti prematuri durante il servizio.
Normalizzazione
La normalizzazione è simile alla ricottura completa, ma con una velocità di raffreddamento più rapida. Il getto viene riscaldato al di sopra della temperatura critica superiore e quindi raffreddato in aria calma. Ciò si traduce in una struttura a grana più fine rispetto alla ricottura completa, che generalmente porta a maggiore resistenza e durezza.
Per le fusioni in lega di carcasse di turbine, la normalizzazione può essere utilizzata per migliorare le proprietà meccaniche dopo la fusione. La struttura a grana più fine migliora la resistenza alla fatica e la tenacità agli urti della lega. In alcuni casi è anche un'alternativa economica alla ricottura completa, poiché il processo di raffreddamento ad aria è più semplice e richiede meno tempo rispetto al raffreddamento in forno.
Tempra e rinvenimento
La tempra e il rinvenimento sono un processo di trattamento termico in due fasi ampiamente utilizzato per ottenere elevata resistenza e tenacità nei getti in lega delle carcasse delle turbine.
L'estinzione comporta il riscaldamento del getto ad alta temperatura (solitamente al di sopra della temperatura critica superiore) e quindi il rapido raffreddamento in un mezzo di raffreddamento come olio, acqua o una soluzione polimerica. La rapida velocità di raffreddamento provoca la formazione di una struttura martensitica dura e fragile. Tuttavia, questa struttura martensitica è spesso troppo fragile per le applicazioni pratiche, quindi è necessario il rinvenimento.
Il rinvenimento è la seconda fase, in cui il pezzo fuso raffreddato viene riscaldato a una temperatura inferiore alla temperatura critica inferiore e mantenuto per un tempo specifico. Durante il rinvenimento, la martensite si decompone in una struttura più duttile e tenace, come la martensite o la bainite rinvenuta. La temperatura e il tempo di rinvenimento possono essere regolati per ottenere la combinazione desiderata di resistenza e tenacità.
Per i getti in lega delle carcasse delle turbine, la tempra e il rinvenimento possono fornire eccellenti proprietà meccaniche, rendendoli adatti per applicazioni ad alte sollecitazioni. Tuttavia, il processo di tempra deve essere attentamente controllato per evitare fessurazioni e distorsioni. È necessario considerare fattori quali il mezzo di tempra, la velocità di raffreddamento e la geometria della fusione.
Indurimento delle precipitazioni
L'indurimento per precipitazione, noto anche come indurimento per invecchiamento, è un metodo di trattamento termico utilizzato per alcuni getti di leghe di involucri di turbine costituiti da determinate leghe, come le leghe a base di nichel e quelle a base di alluminio.
Il processo prevede tre fasi principali: trattamento in soluzione, tempra e invecchiamento. Nella fase di trattamento della soluzione, la fusione viene riscaldata ad alta temperatura per sciogliere tutti gli elementi di lega in una soluzione solida monofase. Quindi, viene rapidamente raffreddato a temperatura ambiente per trattenere la soluzione solida sovrasatura.
Durante la fase di invecchiamento, la fusione viene riscaldata a lungo a una temperatura relativamente bassa. Ciò provoca la precipitazione di particelle fini di una seconda fase all'interno della matrice, che rinforza la lega impedendo il movimento delle dislocazioni.
L'indurimento per precipitazione può migliorare significativamente la resistenza e la durezza dei getti in lega dell'involucro della turbina senza sacrificare molta duttilità. È particolarmente utile per le applicazioni in cui sono richiesti componenti leggeri e ad alta resistenza, come nelle turbine aerospaziali.
Indurimento superficiale
L'indurimento superficiale è un metodo di trattamento termico che si concentra sul miglioramento della durezza e della resistenza all'usura della superficie dei getti in lega dell'involucro della turbina, mantenendo al contempo la tenacità del nucleo. Esistono diverse tecniche di indurimento superficiale, tra cui la cementazione, la nitrurazione e la tempra ad induzione.
La carburazione prevede il riscaldamento della fusione in un ambiente ricco di carbonio, come un mezzo di carburazione gassoso o liquido. Gli atomi di carbonio si diffondono nella superficie della fusione, formando uno strato ad alto contenuto di carbonio. Dopo la cementazione, il getto viene raffreddato e rinvenuto per ottenere un'elevata durezza superficiale.
La nitrurazione è un processo in cui gli atomi di azoto vengono introdotti nella superficie del pezzo fuso. Questo può essere fatto mediante nitrurazione gassosa, nitrurazione ionica o nitrurazione in bagno di sale. La nitrurazione forma uno strato di nitruro duro e resistente all'usura sulla superficie, che fornisce anche una buona resistenza alla corrosione.
La tempra ad induzione è un processo elettrico in cui la superficie della fusione viene riscaldata rapidamente da una corrente elettrica indotta e quindi spenta. Questo metodo consente un controllo preciso della profondità dello strato indurito ed è adatto per l'indurimento superficiale locale di getti in lega di carcasse di turbine.
In conclusione, la scelta del metodo di trattamento termico per i getti in lega delle carcasse di turbine dipende da vari fattori, tra cui la composizione della lega, le proprietà meccaniche richieste e i requisiti applicativi. In qualità di fornitore diPezzi fusi in lega per involucri di turbine, abbiamo una vasta esperienza nella selezione e implementazione dei processi di trattamento termico più appropriati per garantire la massima qualità dei nostri prodotti.
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Riferimenti
- Manuale ASM Volume 4: Trattamento termico. ASM Internazionale.
- Manuale dei metalli: proprietà e selezione: ferri, acciai e leghe ad alte prestazioni. ASM Internazionale.
- Principi e tecniche di trattamento termico. LC Zhang.
