Introduzione
Nelle operazioni di trattamento termico industriale, le prestazioni degli apparecchi dipendono fortemente dalla selezione del materiale.

L'attrezzatura del forno deve resistere ripetutamente:

• Esposizione ad alta temperatura
  
• Caricamento meccanico
  
• Dilatazione e contrazione termica
  
• Ossidazione o atmosfere controllate
  
• Cicli produttivi lunghi
  

La scelta di un materiale non idoneo può causare:

• Deformazione del dispositivo
  
• Capacità di carico ridotta
  
• Rottura prematura
  
• Vita utile più breve
  
• Aumento dei tempi di fermo produzione
  

Tuttavia, selezionare un materiale per l'attrezzatura per il trattamento termico non significa semplicemente scegliere la lega con la temperatura nominale più elevata.
Il materiale corretto dipende dall'ambiente operativo completo, tra cui:

• Tipo di forno
  
• Temperatura operativa
  
• Atmosfera
  
• Peso del pezzo
  
• Frequenza del ciclo termico
  
• Struttura dell'apparecchio
  

Questo articolo spiega come gli ingegneri valutano i materiali per gli impianti di trattamento termico ad alta temperatura e come le diverse famiglie di leghe vengono utilizzate nelle applicazioni dei forni industriali.
La lega FH® fornisce apparecchi per trattamenti termici personalizzati prodotto in base ai requisiti di processo del cliente, alle condizioni del forno e alle esigenze applicative.

Perché i materiali degli apparecchi per il trattamento termico sono fondamentali
Gli apparecchi per il trattamento termico lavorano in condizioni molto diverse dai normali componenti meccanici.
Un apparecchio può subire centinaia o migliaia di cicli di riscaldamento durante la sua vita utile.

Durante il funzionamento il materiale deve mantenere:
Resistenza alle alte temperature
A temperature elevate, molti metalli perdono gradualmente resistenza meccanica.
Un materiale di fissaggio adeguato dovrebbe continuare a supportare:

• Peso del pezzo
  
• Struttura dell'apparecchio
  
• Cicli di caricamento ripetuti
  

Resistenza al creep
Il creep è uno dei fattori più importanti per gli apparecchi ad alta temperatura.
Si riferisce alla lenta deformazione permanente causata da:

• Carico costante
  
• Alta temperatura
  
• Tempo di esposizione lungo
  

Una scarsa resistenza al creep può portare a:

• Vassoi piegati
  
• Rack cadenti
  
• Cestini distorti
  
• Posizionamento errato del pezzo
  

Resistenza all'ossidazione
Negli ambienti con forni ad aria, le superfici dei dispositivi sono esposte all'ossigeno.
Una buona resistenza all'ossidazione aiuta a ridurre:

• Perdita materiale
  
• Deterioramento della superficie
  
• Indebolimento strutturale
  

Resistenza alla fatica termica
Il riscaldamento e il raffreddamento ripetuti creano stress termico.
I materiali con una migliore resistenza alla fatica termica possono sopportare più cicli di produzione.

Principali categorie di materiali per impianti di trattamento termico
Gli apparecchi per il trattamento termico sono comunemente prodotti da diversi gruppi di materiali:

• Acciai inossidabili resistenti al calore
  
• Leghe per fusione resistenti al calore
  
• Leghe ad alta temperatura
  
• Leghe a base di nichel
  

Ogni categoria presenta diversi vantaggi.

Dispositivi in acciaio inossidabile resistenti al calore
Gli acciai inossidabili resistenti al calore sono ampiamente utilizzati perché forniscono un equilibrio tra:

• Prestazioni
  
• Capacità di fabbricazione
  
• Disponibilità
  
• Costo
  

Sono comunemente usati per:

• Cesti da forno
  
• Vassoi del forno
  
• Telai di supporto
  
• Scaffalature di carico
  

Apparecchi per trattamento termico 310S
310S è un acciaio inossidabile resistente al calore comunemente selezionato.
È adatto a molte applicazioni generiche di forni industriali.

I vantaggi tipici includono:

• Buona resistenza all'ossidazione
  
• Prestazioni stabili alle alte temperature
  
• Buone caratteristiche di fabbricazione
  
• Resistenza meccanica adeguata

Applicazioni tipiche
Gli apparecchi 310S sono spesso utilizzati in:

• Forni di ricottura
  
• Cestelli per trattamenti termici
  
• Strutture di sostegno
  
• Componenti generali del forno

1.4848 Apparecchi per trattamenti termici
1.4848 è ampiamente utilizzato per componenti di forni industriali che richiedono prestazioni affidabili ad alta temperatura.

Viene comunemente selezionato quando le applicazioni richiedono:

• Migliore ritenzione della forza a temperature elevate
  
• Buona resistenza all'ossidazione
  
• Prestazione dimensionale stabile
  
• Applicazioni tipiche
  

Compreso:

• Vassoi per trattamenti termici
  
• Rastrelliere del forno
  
• Componenti di supporto del getto
  
• Apparecchi ad alta temperatura
  

1.4849 Apparecchi per trattamenti termici
1.4849 viene utilizzato per applicazioni in cui sono richieste prestazioni a temperature più elevate.
Rispetto agli acciai inossidabili standard resistenti al calore, può fornire una migliore resistenza all'esposizione termica a lungo termine.

Le applicazioni comuni includono:

• Cesti pesanti
  
• Supporti per forni industriali
  
• Componenti fusi ad alta temperatura
  

1.4852 Apparecchi per trattamenti termici
1.4852 è spesso selezionato per ambienti di forni esigenti.

È adatto per applicazioni che richiedono:

• Migliore resistenza allo scorrimento
  
• Cicli operativi lunghi
  
• Maggiore stabilità meccanica a temperature elevate
  

Le applicazioni tipiche includono:

• Impianti per forni di grandi dimensioni
  
• Sistemi di carico pesante
  
• Ambienti di produzione continua
  

Dispositivi in lega resistente al calore
Alcuni apparecchi per il trattamento termico sono prodotti utilizzando la tecnologia di fusione.

Gli infissi in lega fusa sono particolarmente indicati quando la struttura richiede:

• Geometria complessa
  
• Rinforzo integrato
  
• Sezioni portanti spesse
  
• Lunga durata ad alta temperatura
  
  

Vantaggi dei materiali per impianti fusi
Progettazione strutturale complessa
La fusione consente ai produttori di produrre forme che potrebbero essere difficili da ottenere attraverso la fabbricazione.

Aree saldate ridotte
Le strutture fuse integrate possono ridurre i potenziali punti deboli causati da più giunti di saldatura.

Durata alle alte temperature
Le leghe colate resistenti al calore sono comunemente utilizzate nelle applicazioni impegnative dei forni.

Dispositivi in lega a base di nichel
Per applicazioni estremamente impegnative si possono prendere in considerazione le leghe a base di nichel.

Vengono generalmente utilizzati laddove i clienti richiedono:

• Capacità di temperatura più elevata
  
• Eccellente resistenza alla corrosione
  
• Stabilità termica a lungo termine
  

Le applicazioni possono includere:

• Trattamento termico sotto vuoto
  
• Lavorazione leghe speciali
  
• Applicazioni industriali avanzate
  

In che modo le condizioni del forno influiscono sulla selezione del materiale
Lo stesso materiale dell'attrezzatura può funzionare in modo diverso a seconda dell'ambiente del forno.

1. Temperatura operativa
La temperatura è il primo fattore che gli ingegneri solitamente valutano.
Temperatura più elevate richiedono materiali con:

• Migliore ritenzione della forza
  
• Resistenza allo scorrimento migliorata
  
• Maggiore stabilità termica
  

2. Atmosfera della fornace
L'atmosfera influisce direttamente sulle prestazioni del materiale.
Gli ambienti comuni includono:
Atmosfera dell'aria
Preoccupazione principale:

• Resistenza all'ossidazione
  

Ambiente sottovuoto
Fattori importanti:

• Bassa contaminazione
  
• Stabilità dimensionale
  
• Pulizia dei materiali
  

Atmosfera di carburazione
Fattori importanti:

• Resistenza all'assorbimento del carbonio
  
• Stabilità alle alte temperature
  

3. Condizioni di caricamento
I materiali dell'attrezzatura devono corrispondere al carico effettivo.
Considera:

• Peso del pezzo
  
• Dimensioni dell'apparecchio
  
• Numero di componenti
  
• Frequenza di caricamento
  

Un materiale adatto per parti leggere potrebbe non essere adatto a componenti industriali pesanti.

4. Frequenza del ciclo termico
La frequenza di produzione influisce sulla durata dell'attrezzatura.
Un apparecchio utilizzato:

• Occasionalmente
  

e un apparecchio utilizzato:

• Ininterrottamente ogni giorno
  

potrebbe richiedere una selezione di materiali completamente diversa.

Confronto nella selezione dei materiali

Errori comuni nella scelta dei materiali di fissaggio
Scelta solo in base alla temperatura massima
I soli dati sulla temperatura massima non determinano le prestazioni reali.
Un dispositivo potrebbe comunque non funzionare a causa di:

• Caricare
  
• Atmosfera
  
• Cicli termici
  
• Progettazione strutturale
  

Selezione della lega più costosa
Un contenuto di lega più elevato non significa sempre la soluzione migliore.
Il materiale ideale dovrebbe fornire:

• Prestazione richiesta
  
• Durata di servizio ragionevole
  
• Costo adeguato
  

Ignorare la progettazione dell'attrezzatura
Materiale e design non possono essere separati.
Una lega ad alte prestazioni con una progettazione strutturale scadente potrebbe comunque presentare:

• Deformazione
  
• Cracking
  
• Fallimento prematuro
  

La selezione dei materiali dovrebbe funzionare insieme alla progettazione degli apparecchi
Un impianto di trattamento termico di successo richiede la cooperazione tra:
Selezione dei materiali
Scelta della lega corretta in base alle condizioni operative.
Progettazione strutturale
Ottimizzazione:

• Caricare distribution
  
• Dilatazione termica
  
• Peso
  
• Circolazione del calore
  

Processo di produzione
Selezione adatta:

• Colata
  
• Saldatura
  
• Lavorazione
  
• Metodi di assemblaggio
  

Solo quando questi fattori lavorano insieme è possibile massimizzare le prestazioni degli apparecchi.

Soluzioni di materiali per fissaggi ad alta temperatura in lega FH®
FH® Alloy fornisce dispositivi di trattamento termico personalizzati per applicazioni in forni industriali.
Le soluzioni disponibili includono:

• Cestelli per trattamenti termici
  
• Vassoi del forno
  
• Rastrelliere del forno
  
• Attrezzature per forni a vuoto
  
• Strutture di supporto personalizzate
  

I materiali includono:

• 310S
  
• 1.4848
  
• 1.4849
  
• 1.4852
  
• Leghe a base di nichel
  
• Leghe resistenti al calore su specifica del cliente
  

La selezione del materiale può essere ottimizzata in base a:

• Temperatura del forno
  
• Atmosfera
  
• Peso del pezzo
  
• Requisiti di produzione
  
• Vita utile prevista
  

Domande frequenti
Q1: Qual è il materiale migliore per gli apparecchi per il trattamento termico?
Non esiste un materiale migliore universale. La scelta corretta dipende dalle condizioni del forno, dalla temperatura, dal carico e dai requisiti di servizio.

Q2: L'acciaio inossidabile è adatto per gli accessori dei forni?
Alcuni acciai inossidabili resistenti al calore, come 310S e 1.4848, sono ampiamente utilizzati per i dispositivi dei forni industriali.

Q3: Perché gli apparecchi per il trattamento termico si deformano?
Le cause più comuni includono un'insufficiente resistenza allo scorrimento, un carico eccessivo, materiali inadatti e una progettazione strutturale inadeguata.

Q4: Le leghe fuse sono migliori degli impianti in acciaio inossidabile?
Non sempre. La scelta migliore dipende dal design dell'apparecchio, dalle condizioni operative e dalla durata di servizio richiesta.

Conclusione
La selezione dei materiali è uno dei passaggi più importanti quando si sviluppano dispositivi affidabili per il trattamento termico.
La lega corretta deve essere selezionata in base a:

• Temperature
  
• Atmosfera della fornace
  
• Caricareing condition
  
• Cicli termici
  
• Vita utile richiesta
  

Invece di scegliere i materiali solo in base alle specifiche o al costo, gli ingegneri dovrebbero valutare l’ambiente operativo completo.
La lega FH® fornisce customized high-temperature heat treatment fixtures using suitable heat-resistant steels and alloys for industrial furnace applications.