COS’È LA TEMPRA?
La tempra è un processo di trattamento termico utilizzato per modificare le proprietà meccaniche di pezzi forgiati, fusi o saldati. Consiste in una fase di riscaldo seguita da un raffreddamento rapido in un mezzo che può essere acqua, olio, polimeri o aria, a seconda del materiale e delle proprietà previste. Questo trattamento consente di modificare la microstruttura e le proprietà del pezzo, quali durezza, resistenza e tenacità.
La tempra è comunemente utilizzata per indurire e rafforzare i componenti dell'industria automobilistica e aeronautica, come anelli, ingranaggi, alberi e altre parti di trasmissione. Viene utilizzata anche nel campo dell’edilizia per evitare la distorsione di barre e tondini e nel settore energetico (ad esempio, corone laminate senza saldatura).
Evoluzione della temperatura durante la fase di tempra in olio di un albero a gomiti monocilindrico. Per gentile concessione di AMW.
SIMULAZIONE DELLA TEMPRA CON SIMHEAT®
Le temperature di trattamento termico e le velocità di raffreddamento sono fattori molto importanti nella produzione di parti metalliche forgiate e fuse, poiché conferiscono al materiale la maggior parte delle sue caratteristiche finali. La simulazione digitale è uno strumento eccellente per comprendere e ottimizzare tali risultati.
Per avvicinarsi il più possibile alla realtà, il software SIMHEAT® integra un modello che associa fenomeni termici, meccanici e metallurgici. Per ulteriori informazioni
Considera pertanto i comportamenti allo stato solido e integra le leggi dei coefficienti di scambio termico in funzione della temperatura superficiale o del tempo.
Nella tempra, il coefficiente di scambio termico dipende dalla temperatura superficiale del pezzo, dal mezzo di raffreddamento, dall'agitazione del bagno e da molti altri parametri. Durante il processo di tempra, si verificano diverse fasi di ebollizione. In SIMHEAT®, il fenomeno dell'ebollizione viene preso in considerazione utilizzando un coefficiente di scambio termico in funzione della temperatura del pezzo..
Distribuzione della temperatura durante la tempra di un ingranaggio conico con SIMHEAT®.
VANTAGGI DELLA SIMULAZIONE PREDITTIVA
La simulazione digitale aiuta a ottimizzare i processi e a determinare i parametri giusti per ottenere le caratteristiche finali desiderate. Allo scopo di rafforzare la stabilità e l'efficienza del processo, la simulazione consente di testare diverse condizioni di tempra, tra cui la durata del ciclo di riscaldamento, i coefficienti di scambio termico, le curve di raffreddamento, il tempo di tempra, la natura del bagno, ecc.
SIMHEAT® consente di:
- Generare il diagramma TTT basato sul modello Kirkaldy per gli acciai basso legati
- Accedere a modelli di distorsione applicabili a tutti i tipi di metalli, comprese le leghe aeronautiche
- Tracciare le caratteristiche del materiale durante il trattamento termico grazie ai sensori
- Prevedere la temperatura, la trasformazione di fase, la durezza HV o HRC, la distorsione, le sollecitazioni residue e il limite di elasticità
- Modellare la tempra e l'invecchiamento artificiale delle leghe di alluminio
Previsione di diversi fenomeni durante la tempra di un ingranaggio.
Angolo in alto a sinistra: Martensite / Angolo in alto a destra: Durezza /
In basso a sinistra: Sollecitazione di Von Mises / Angolo in basso a destra: Deformazione equivalente
CARATTERISTICHE DI SIMHEAT® PER LA TEMPRA
- Il software SIMHEAT® è basato su un modello di simulazione che combina dati termici, meccanici e metallurgici.
- È inoltre integrato un modulo di ottimizzazione che permette di adattare i coefficienti di scambio termico in base alle curve di raffreddamento sperimentali mediante un metodo di analisi inversa.
- È inoltre disponibile un generatore di diagrammi TTT e CCT.
Generatore di diagrammi TTT e CCT
- La simulazione della tempra dell’acciaio di SIMHEAT® si basa su un diagramma TTT. È possibile utilizzare l'ottimizzazione manuale o automatica per creare un diagramma TTT corrispondente alle curve CCT sperimentali.
- Nel nostro software è disponibile un’ampia banca dati di fluidi di tempra che comprende bagni d'aria, d'acqua e d'olio, nonché 63 fluidi di tempra Quaker Houghton, tra cui una selezione di soluzioni di polialchilenglicole con diverse concentrazioni, temperature e condizioni di agitazione. Per ogni fluido di tempra è stata aggiunta una descrizione che mostra i valori di HTC in funzione della temperatura e la corrispondenza tra i dati sperimentali e la curva di simulazione ottenuta durante l'ottimizzazione.
Distribuzione della temperatura durante la tempra di un lingotto metallico in un bagno d'acqua
- Possono essere utilizzati sensori per registrare la temperatura, la trasformazione di fase e l'evoluzione della durezza del metallo.
- Piena compatibilità con il software per materiali JMatPro® per analizzare con precisione le proprietà meccaniche legate ai cambiamenti di fase e alle variazioni geometriche.
Il modello termo-meccanico-metallurgico di SIMHEAT®
Il software SIMHEAT® è basato su un modello di simulazione che combina dati termici, meccanici e metallurgici. Il modello meccanico è rappresentato da una legge di comportamento elasto-viscoplastico. I parametri termici e quelli elastici e plastici variano in funzione delle fasi e delle temperature. Il modello metallurgico riguarda il calcolo della cinetica di trasformazione delle fasi durante il raffreddamento di un pezzo e si basa su un modello isotermico. L'incubazione di ferrite, perlite e bainite è rappresentata dall’equazione di Scheil.
t(T) è il tempo necessario per la trasformazione a partire dalla temperatura T.
Per calcolare la frazione di ferrite, perlite o bainite trasformata si utilizza la legge di Johnson-Mehl-Avrami:
Dove:
- y è la frazione trasformata per ciascuna fase
- ymax è la frazione massima di fase che può essere trasformata in funzione della temperatura
- t è il tempo trascorso dall'inizio della crescita
- b e n sono i coefficienti della legge di Avrami
Il modello isotermico è accoppiato per gestire gli aspetti non isotermici del raffreddamento. Le trasformazioni martensitiche sono previste con la legge di Koistinen-Marburger. La frazione di volume della martensite dipende dalla temperatura. La trasformazione martensitica inizia quando l'austenite instabile scende sotto il livello di temperatura MS (Martensite Start). La trasformazione metallurgica è accoppiata al calcolo termico attraverso l'entalpia di trasformazione di ciascuna fase.
Simulazione dell'evoluzione della frazione volumetrica di martensite con SIMHEAT® durante la tempra di un albero a gomiti
PERFETTAMENTE ADATTO ANCHE ALLE LEGHE DI ALLUMINIO
Poiché l'alluminio presenta una bassa densità, spesso deve essere trattato termicamente per ottenere le proprietà meccaniche necessarie. La tempra e l'invecchiamento artificiale sono adatti a questo materiale e SIMHEAT® integra due modelli per offrire una simulazione predittiva: un modello fenomenologico e un modello termomeccanico.
IN PARTNERSHIP CON UN LEADER DEL SETTORE DEI FLUIDI DI TEMPRA
Transvalor e Quaker Houghton, leader nella produzione di fluidi per processi industriali destinati ai mercati dei metalli primari e della lavorazione dei metalli, collaborano a progetti congiunti per migliorare le prestazioni dei fluidi di tempra e dei lubrificanti.
Grazie a questa partnership, Transvalor è in grado di migliorare continuamente lo stato predittivo delle simulazioni di trattamento termico effettuate con SIMHEAT®..
PER SAPERNE DI PIÙ SU QUESTA PARTNERSHIP
