Condizioni di trattamento termico e rinvenimento per leghe CNC

Condizioni di rinvenimento per leghe CNC: durezza degli acciai bonificati in funzione della temperatura, dal 6061-O al T651, 7075-T73 e 17-4PH da H900 a H1150 con i limiti NACE.

Acciaio al carbonio e legato: processi di trattamento termico e durezza tipica

Processo	Cosa fa	Durezza tipica	Impiego tipico	Norma di riferimento
Annealing	Riscaldare sopra o in prossimità della temperatura critica, poi raffreddare molto lentamente in forno per addolcire e ridurre le tensioni	160–217 HB (grade-dependent)	Materiale da lavorare, formatura a freddo, distensione prima di una nuova tempra	GB/T 16923; ASTM A29; SAE J412
Normalizing	Riscaldare a 30–50 °C sopra Ac3/Acm, poi raffreddare in aria calma per affinare il grano e omogeneizzare la struttura	187–300 HB (grade-dependent)	Grandi forgiati, parti strutturali dove la tempra rischia deformazioni	GB/T 16923; ASTM A29
Quenching + tempering	Austenitizzare, temprare in acqua o olio fino a martensite, poi riscaldare sotto Ac1 per ridurre le tensioni e regolare la durezza	24–57 HRC (depends on tempering temperature)	Particolari finiti: alberi, ingranaggi, elementi di fissaggio	GB/T 16924; ASTM A29
Quench and high temper (Q&T)	Tempra seguita da rinvenimento ad alta temperatura a 500–650 °C, che produce sorbite bonificata con il miglior compromesso resistenza-tenacità	28–34 HRC (common supply band)	Bielle, bulloni, ingranaggi, alberi sottoposti a carichi alternati	GB/T 16924; GB/T 7232

如何阅读此表。 I valori tipici variano con la qualità, lo spessore della sezione e la pratica del forno; progettare secondo la specifica applicabile e il certificato di colata. Bonifica (Q&T) nei disegni significa tempra seguita da rinvenimento ad alta temperatura a circa 500–650 °C: una designazione combinata, non un processo separato. La martensite non rinvenuta subito dopo la tempra è fragile e non si impiega in esercizio.

Che durezza aspettarsi dall'acciaio 1045 ricotto rispetto a quello normalizzato?

Il 1045 ricotto si colloca intorno a 160–200 HB (163 HB tipici da laminato a caldo), mentre il 1045 normalizzato raggiunge circa 187 HB con 640 MPa di resistenza a trazione: la normalizzazione scambia un po' di lavorabilità con una struttura più resistente e più uniforme.

Stato	Trazione (MPa)	Snervamento (MPa)	Allungamento (%)	Durezza	Fonte
Hot-rolled / annealed	565 (typical hot-rolled)	310	16	163 HB; annealed band 160–200 HB	S21 / S22 / S5
Normalized	640	410	22	187 HB	S6 / S5
Quenched and tempered	—	—	—	220–290 HB	S5
As-quenched (water, surface)	—	—	—	55–60 HRC	S5
Flame / induction hardened (surface)	—	—	—	55–58 HRC, case depth 1.5–5 mm	S5

Con quale durezza viene fornito il 4140 nello stato pre-bonificato?

Il 4140 pre-bonificato arriva a 28–34 HRC; il trattamento termico standard con rinvenimento a 540 °C porta a 28–32 HRC e 1,000–1,100 MPa di resistenza a trazione. Cromo e molibdeno conferiscono al 4140 una temprabilità molto superiore a quella del 1045, perciò conserva la durezza di rinvenimento anche in sezioni maggiori: verificare le barre grandi sul certificato di colata, perché la durezza cala con lo spessore della sezione.

Stato / temperatura di rinvenimento	Trazione (MPa)	Snervamento (MPa)	Allungamento (%)	Durezza	Fonte
Annealed	~655	~415	25	197–217 HB	S4
Normalized	~1,020	~650	17	250–300 HB	S4
As-quenched (oil)	—	—	—	55–60 HRC	S4
Q&T at 205 °C	~2,000	~1,600	8	52–57 HRC	S4
Q&T at 315 °C	~1,700	~1,450	10	45–50 HRC	S4
Q&T at 425 °C	~1,400	~1,250	12	38–42 HRC	S4
Q&T at 540 °C (standard HT)	1,000–1,100	850–950	18	28–32 HRC	S4
Q&T at 650 °C (high ductility)	~850	~700	22	24–28 HRC	S4
Pre-hardened as-supplied	—	—	—	28–34 HRC	S4

Quanto è duro l'acciaio subito dopo la tempra, prima del rinvenimento?

Sia il 1045 (tempra in acqua) sia il 4140 (tempra in olio) raggiungono circa 55–60 HRC appena temprati, ma quella martensite non rinvenuta è troppo fragile per l'esercizio: ogni pezzo temprato viene quindi rinvenuto alla durezza di lavoro prima dell'uso.

Acciaio	Mezzo di tempra	Appena temprato (HRC)	Durezza di esercizio dopo rinvenimento	Nota
1045	Water	55–60	220–290 HB (Q&T)	Acciaio al carbonio a bassa temprabilità: il cuore si ammorbidisce nelle sezioni grandi
4140	Oil	55–60	28–32 HRC (tempered at 540 °C)	Legato Cr-Mo a temprabilità elevata: preferirlo per sezioni maggiori

Che cosa significa bonifica e perché viene prescritta?

La bonifica consiste nel temprare fino a martensite e poi riscaldare sotto la temperatura critica; tempra e rinvenimento alto (500–650 °C) producono sorbite bonificata, tipicamente 28–32 HRC, il miglior compromesso resistenza-tenacità per alberi e ingranaggi. Il rinvenimento scambia sempre durezza con tenacità: lo stesso 4140 che esce dalla tempra a 55–60 HRC passa da 52–57 HRC fino a 24–28 HRC man mano che la temperatura di rinvenimento sale da 205 °C a 650 °C.

Acciaio	Fascia di fornitura Q&T (bonificata)	Solo dopo tempra	Perché rinvenire
1045	220–290 HB	55–60 HRC (water)	La martensite non rinvenuta si fessura in esercizio; il rinvenimento restituisce tenacità a un costo di durezza controllato
4140	28–34 HRC pre-hard	55–60 HRC (oil)	Il rinvenimento alto a 500–650 °C forma sorbite bonificata: lo stato in cui si prescrivono alberi e ingranaggi

Quanto è più resistente il 6061-T6 rispetto al 6061-O?

Il 6061-T6 raggiunge 310 MPa (45 ksi) di resistenza a trazione contro 125 MPa (18 ksi) del 6061-O, circa 2.5×, con snervamento 276 contro 55 MPa e durezza 95 contro 30 HB; l'intera differenza è prodotta dal trattamento termico, non dalla composizione. Accanto ai valori tipici stanno i minimi di norma: lamiere e piastre in 6061-T6 devono raggiungere 290 MPa (42 ksi) di trazione e 240 MPa (35 ksi) di snervamento, mentre 310/276 MPa sono valori tipici.

Lega e stato	Trazione, MPa (ksi)	Snervamento, MPa (ksi)	Allungamento (%)	Durezza (HB)	Fonte
6061-O	125 (18)	55 (8)	25–27	30	S7 / S8
6061-T4 / T451	240 (35)	145 (21)	22	65	S7 / S8
6061-T6 / T651	310 (45)	276 (40)	12–15	95	S7 / S8

Il 6061-T651 è più resistente del 6061-T6?

No: entrambi hanno 310 MPa (45 ksi) di trazione e 276 MPa di snervamento. Il T651 aggiunge una stiratura permanente dell'1–3% dopo la tempra per ridurre le tensioni di tempra, perciò mantiene dimensioni più stabili durante la lavorazione: è per questo che la lavorazione di piastre e pannelli parte da materiale T651.

Stato	Processo	Differenza meccanica	Norma di riferimento	Fonte
O	Pienamente ricotto: riscaldato e raffreddato lentamente fino allo stato più tenero	Resistenza minima, massima formabilità	ISO 2107; ASTM B209/B221	S14 / S19 / S7
T4	Solubilizzazione, poi invecchiamento naturale a temperatura ambiente	Resistenza moderata, ancora formabile	ISO 2107; ASTM B209/B221	S14 / S15 / S7
T6	Solubilizzazione, poi invecchiamento artificiale fino alla massima resistenza	Massima resistenza della lega	ISO 2107; ASTM B209/B221	S14 / S15 / S7
T651	T6 più stiratura dell'1–3% per distensione prima dell'invecchiamento	Resistenza pari al T6; migliore stabilità dimensionale in lavorazione	ISO 2107; ASTM B209/B221	S14 / S7 / S24
T73	Solubilizzazione, poi sovrainvecchiamento in due fasi	Resistenza inferiore al T6; resistenza alla corrosione sotto tensione molto migliore; soprattutto serie 7xxx	AMS 4078; ASTM B209; GB/T 3880	S9 / S2

Che cos'è lo stato T73 e quando conviene sceglierlo?

Il T73 è uno stato sovrainvecchiato in due fasi, scelto per la resistenza alla corrosione sotto tensione nei particolari aerospaziali. La resistenza del 7075-T73 è pubblicata su due basi distinte, mantenute come righe separate (505 MPa tipici dell'ASM Handbook e 460–475 MPa della specifica per piastre ASTM B209), e le due non vengono mai mediate. Il 6061 non è fornito in T73: per questo i valori si riferiscono al 7075.

Base applicabile	Trazione (MPa)	Snervamento (MPa)	Allungamento (%)	Durezza	Fonte
7075-T73 — ASM Handbook typical (bar / forging reference)	505	435	13	—	S1 / S2
7075-T73 — ASTM B209 / AMS 4078 plate, by thickness (spec)	460–475	385–390	5–8	126–140 HB	S9
7075-T6 — typical, for comparison	572 (83 ksi)	503 (73 ksi)	—	—	S7

Qual è la condizione di invecchiamento standard più resistente per il 17-4PH?

L'H900, invecchiato a 482 °C (900 °F) per 1 ora, dà un minimo di 1,310 MPa (190 ksi) di trazione, 1,170 MPa (170 ksi) di snervamento e almeno 40 HRC: l'estremo a massima resistenza e minima tenacità delle tre condizioni standard. Tutti i valori sono minimi di specifica per barre secondo ASTM A564 / AMS 5643.

Stato	Temperatura / tempo di invecchiamento	Trazione min, MPa (ksi)	Snervamento min, MPa (ksi)	Allungamento min (%)	Durezza	Charpy V (ft-lb)	Fonte
H900	482 °C (900 °F) / 1 h	1,310 (190)	1,170 (170)	10	≥40 HRC (typical 44)	10–15 (low)	S3 / S23
H1025	552 °C (1,025 °F) / 4 h	1,070 (155)	1,000 (145)	12	≥35 HRC (typical 38)	35–45 (moderate)	S3 / S23
H1150	621 °C (1,150 °F) / 4 h	930 (135)	725 (105)	16	28–33 HRC (typical 33)	60–80 (high)	S3 / S23

Quale stato del 17-4PH offre la tenacità più alta?

L'H1150, invecchiato a 621 °C, mantiene 930 MPa (135 ksi) minimi di trazione con il 16% di allungamento e 28–33 HRC: la tenacità Charpy più alta delle tre. Dall'H900 all'H1150 la trazione cala di circa il 30% e lo snervamento di circa il 38%, mentre l'allungamento passa dal 10% al 16%: la temperatura di invecchiamento più alta ingrossa i precipitati ricchi di rame e scambia resistenza con tenacità. I valori Charpy sono fasce rappresentative longitudinali e variano con forma e orientamento del prodotto.

Stato	Charpy V (ft-lb)	Allungamento (%)	Durezza	Ideale per
H900	10–15 (low)	10	≥40 HRC	Particolari ad altissima resistenza senza sollecitazioni d'urto o criogeniche
H1025	35–45 (moderate)	12	≥35 HRC	La condizione di compromesso per uso generale
H1150	60–80 (high)	16	28–33 HRC	Particolari soggetti a urti e criogenia; anche la scelta conforme NACE

Il 17-4PH può essere impiegato in servizio con gas acido secondo NACE?

Solo l'H1150, oppure l'H1025 con verifica su ogni colata che la durezza effettiva resti pari o inferiore a 33 HRC, è ammesso secondo NACE MR0175 / ISO 15156-3; l'H900 con minimo 40 HRC non è ammesso. La regola dipende dalla durezza: il servizio acido impone un tetto di 33 HRC.

Stato	Durezza di specifica	Stato secondo NACE MR0175	Nota
H900	≥40 HRC (typical 44)	Not qualified	Supera ampiamente il tetto di 33 HRC per il servizio acido
H1025	≥35 HRC (typical 38)	Conditional	Solo con verifica su ogni colata che la durezza effettiva resti pari o inferiore a 33 HRC
H1150	28–33 HRC (typical 33)	Compliant	La scelta standard per il servizio acido

如何使用这些数值

I valori contrassegnati min sono minimi di specifica della norma applicabile (ASTM / AMS); i valori non contrassegnati sono tipici e variano con forma del prodotto, spessore della sezione e pratica del forno: progettare secondo la specifica applicabile e il certificato di colata.
La durezza dell'acciaio cala con lo spessore della sezione (effetto massa): il 4140 pre-bonificato a 28–34 HRC vale per il diametro di barra fornito, quindi verificare le sezioni grandi sul certificato di colata anziché dare per scontato il valore di catalogo.
Parametri di trattamento termico rappresentativi: 6061 solubilizzazione a 530 °C con tempra in acqua, invecchiamento artificiale T6 a 160 °C per circa 18 h oppure 177 °C per circa 8 h, ricottura a O a 413 °C; 7075-T73 invecchiamento in due fasi 110 °C per 8 h più 175 °C per 8 h, dopo solubilizzazione a 475 °C per 90 min e 3 giorni di invecchiamento naturale.
Gli stati del 17-4PH derivano da un'unica base solubilizzata (Condition A dopo raffreddamento da circa 1040 °C) invecchiata a temperature diverse: il numero H è la temperatura di invecchiamento in °F. Per le barre si usa ASTM A564/A564M, per piastre e lamiere ASTM A693, per i particolari aerospaziali AMS 5643/5604; la designazione cinese equivalente 05Cr17Ni4Cu4Nb è in GB/T 1220.
La martensite temprata ma non rinvenuta (55–60 HRC in entrambi gli acciai di riferimento) è un rischio per lavorazione e rettifica, non uno stato di fornitura: ordinare l'acciaio ricotto, normalizzato o bonificato e lasciare il resto al trattamento termico.

常见问题

Che durezza aspettarsi dall'acciaio 1045 ricotto rispetto a quello normalizzato?
Il 1045 ricotto è circa 160–200 HB (163 HB tipici), mentre il 1045 normalizzato raggiunge circa 187 HB con 640 MPa di trazione.

Con quale durezza viene fornito il 4140 nello stato pre-bonificato?
Il 4140 pre-bonificato è tipicamente 28–34 HRC; il trattamento termico standard con rinvenimento a 540 °C porta a 28–32 HRC e 1,000–1,100 MPa di trazione.

Quanto è duro l'acciaio subito dopo la tempra, prima del rinvenimento?
Sia il 1045 (tempra in acqua) sia il 4140 (tempra in olio) raggiungono circa 55–60 HRC appena temprati, ma la martensite non rinvenuta è troppo fragile per l'esercizio.

Che cosa significa bonifica e perché viene prescritta?
Tempra più rinvenimento ad alta temperatura a 500–650 °C per formare sorbite bonificata, tipicamente 28–32 HRC: il miglior compromesso resistenza-tenacità per alberi e ingranaggi.

Quanto è più resistente il 6061-T6 rispetto al 6061-O?
Il 6061-T6 raggiunge 310 MPa (45 ksi) di trazione contro 125 MPa (18 ksi) del 6061-O: circa 2.5× la resistenza.

Il 6061-T651 è più resistente del 6061-T6?
No: entrambi hanno 310 MPa (45 ksi) di trazione e 276 MPa di snervamento; il T651 aggiunge l'1–3% di stiratura per la distensione, quindi mantiene dimensioni più strette in lavorazione.

Che cos'è lo stato T73 e quando conviene sceglierlo?
Uno stato sovrainvecchiato in due fasi: il 7075-T73 dà 505 MPa di trazione secondo l'ASM Handbook (460–475 MPa per piastra secondo ASTM B209), scelto per la resistenza alla corrosione sotto tensione.

Qual è la condizione di invecchiamento standard più resistente per il 17-4PH?
H900, invecchiato a 482 °C per 1 ora: minimo 1,310 MPa (190 ksi) di trazione e almeno 40 HRC, con la tenacità più bassa delle tre.

Quale stato del 17-4PH offre la tenacità più alta per particolari soggetti a urti o criogenia?
H1150, invecchiato a 621 °C: 930 MPa (135 ksi) di trazione con 16% di allungamento e 28–33 HRC, la tenacità Charpy più alta delle tre.

Il 17-4PH può essere impiegato in servizio con gas acido secondo NACE?
Solo l'H1150, oppure l'H1025 verificato per colata a un massimo di 33 HRC, è ammesso secondo NACE MR0175; l'H900 con minimo 40 HRC non è ammesso.

标准与来源

S1 — ASM Metals Handbook, Vol. 2 (Properties and Selection: Nonferrous Alloys), 10ª edizione: valori tipici del 7075-T73
S2 — studio peer-reviewed sui forgiati AA7075 (PMC): sequenza di invecchiamento T73 e valori di riferimento ASM
S3 — JN Alloys, trattamento termico del 17-4PH: dati degli stati H900 / H1025 / H1150 (verificati rispetto ai minimi ASTM A564)
S4 — Nifty Alloys, trattamento termico dell'acciaio 4140: diagramma di rinvenimento per temperatura
S5 — dati di qualità steelstandart per il 1045: durezza ricotta, Q&T e appena temprata
S6 — scheda di acciaieria pubblicata, barra in acciaio al carbonio 1045 a media resistenza, proprietà normalizzate
S7 — Tech Steel, proprietà del 6061 (UNS A96061): valori tipici stato per stato e confronto con il 7075-T6
S8 — Weltstahl, scheda tecnica dell'alluminio 6061: valori tipici delle proprietà meccaniche
S9 — dati per lamiera e piastra 7075-T73 / T7351: proprietà meccaniche per spessore (base ASTM B209)
S14 — ISO 2107, designazioni degli stati dell'alluminio (GB/T 16475 è l'equivalente cinese); S15 — classificazioni dell'alluminio AZoM; S19 — GB/T 16475; S24 — guida agli stati dell'alluminio (pratica di stiratura T651)
S21 / S22 — dati del 1045 allo stato ricotto (The World Material; dati di acciaieria SAE 1045); S23 — scheda rapida della lega 17-4PH: fasce di durezza e Charpy
Le norme applicabili contengono i minimi vincolanti: ASTM A564/A564M, ASTM A693, ASTM B209/B221, AMS 4078/5643/5604, ISO 2107, SAE J412, GB/T 16923, GB/T 16924, GB/T 7232, GB/T 1220, NACE MR0175 / ISO 15156-3
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