Tempra del 4140: cicli di tempra e rinvenimento in funzione della dimensione della sezione

Il ciclo standard

Il 4140 è un acciaio al cromo-molibdeno con circa 0.40% di carbonio, progettato per essere utilizzato bonificato:

1. Austenitizzazione a circa 840–870 °C (circa 845 °C è un punto operativo ampiamente utilizzato), per un tempo sufficiente all'equalizzazione della sezione.
2. Tempra in olio per la maggior parte delle sezioni; polimero o, per forme semplici in sezioni piccole, acqua dove è necessaria la maggiore severità e il rischio di cricche è gestito. Agitazione e corretta temperatura dell'olio contano più di piccole differenze di temperatura al forno.
3. Rinvenimento non appena il pezzo raggiunge una temperatura prossima a quella ambiente — il ritardo favorisce le cricche da tempra. La temperatura di rinvenimento viene scelta in base alle proprietà obiettivo, non per abitudine.

Logica della curva di rinvenimento

Allo stato temprato il 4140 si colloca intorno alla metà-50 HRC ed è troppo fragile per l'uso. Il rinvenimento scambia durezza con tenacità lungo una curva regolare, approssimativamente:

• Rinvenimento intorno a 200 °C: ancora molto duro e resistente, tenacità limitata — utilizzato raramente, per componenti dominati dall'usura.
• Intorno a 400 °C: elevata resistenza con tenacità in miglioramento; si noti la regione generale di fragilità della martensite rinvenuta che molti acciai al Cr mostrano a temperature di rinvenimento inferiori — i componenti critici vengono sottoposti a prova di resilienza, non presunti.
• Intorno a 550–650 °C: la classica condizione per macchine — durezza indicativamente nella parte alta-20 fino alla metà-30 HRC, con la migliore combinazione di resistenza allo snervamento, duttilità e tenacità Charpy per alberi, ingranaggi e bulloni ad alta resistenza.

I valori esatti variano con la composizione chimica effettiva della colata e la severità di tempra, motivo per cui le specifiche indicano un intervallo di durezza o di trazione e lasciano al trattamentista la scelta della temperatura di rinvenimento per raggiungerlo.

Durezza a cuore in funzione del diametro

La temprabilità del 4140 è buona ma finita. Come regola pratica ampiamente utilizzata:

• Sezioni fino a circa 25–40 mm temprate in olio raggiungono martensite quasi completa e si rinveniscono uniformemente.
• Nell'intervallo 50–100 mm il cuore si trasforma sempre più parzialmente in bainite: le proprietà di superficie e di cuore divergono, e le proprietà garantite nelle norme diminuiscono di conseguenza.
• Oltre tale limite, considerare con diffidenza l'espressione "4140 temprato a cuore" — chiedere dove è stato prelevato il provino (superficie, metà raggio o cuore sono tutte convenzioni utilizzate), o passare a un grado a maggiore temprabilità come il 4340.

Ecco perché le norme EN e ASTM tabellano le proprietà del 42CrMo4/4140 per sezione di riferimento, e perché una traversa di durezza su un campione prelevato dalla barra effettiva vale più di un valore da catalogo.

Note pratiche

Normalizzare prima della tempra se la struttura in ingresso è a bande o grossolana per effetto della laminazione a caldo. Lavorare in condizione ricotta o pretemprata (bonificata a circa 28–32 HRC) per la migliore economia di officina — lamiere e barre in 4140 pretemprato esistono proprio per consentire ai piccoli lotti di saltare interamente il reparto di tempra.

Due controlli chiudono il cerchio su qualsiasi lavoro di tempra del 4140: verificare la durezza sulle superfici di lavoro dopo il rinvenimento (una singola lettura a un'estremità di un lungo albero prova poco), e quando il componente è critico per fatica, confermare che i requisiti di resilienza della specifica siano stati effettivamente provati sulla sezione di riferimento — la reputazione del 4140 si guadagna nel suo intervallo di tempra a cuore, e si perde silenziosamente al di fuori di esso.