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.
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®.
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:
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
Generatore di diagrammi TTT e CCT
Distribuzione della temperatura durante la tempra di un lingotto metallico in un bagno d'acqua
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:
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.
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.
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