Spegnimento della lama in tempra in olio o in acqua?

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Spegnimento della lama in tempra in olio o in acqua?

Spegnimento della lama in tempra in olio o in acqua?

La fase di spegnimento dopo la tempra è un momento fondamentale per una buona riuscita della tempra!

Di trattamenti di tempra ne esistono diverse tipologie:

  • quella di durezza o ordinaria,
  • quella sottovuoto e
  • la tempra a induzione

sono tra le più utilizzate.

Oggi va anche molto di moda tra i knife maker la tempra criogenica ma faremo un post specifico per questa tipologia di trattamento termico.

In comune hanno il brusco raffreddamento che segue alla fase di riscaldo e mantenimento che avviene all’interno dei forni che può avvenire in:

  • acqua
  • olio
  • aria

il mezzo di spegnimento ha il compito di assorbire il più velocemente possibile l’energia del pezzo da temprare per far si che stiamo all’interno della velocità critica superiore (la linea rossa con indicazione fast cool).

PS. Personalmente non ho mai eseguito uno spegnimento in aria ma la procedura consiste nell’abbassare la temperatura con aria compressa il pezzo da temprare che si trova all’interno di due piastre spesse di alluminio.

Considerate che oggi ci sono molte aziende specializzate nella tempra e che hanno negli anni ottimizzato il processo sia come ciclo termico, che come raffreddamento che come rinvenimento oltre naturalmente a certificare la durezza raggiunta.

Quindi anche se usiamo dei forni da tempra adatti per i coltelli e sempre più performanti per quanto riguarda la possibilità di scegliere il ciclo termico corretto in base al tipo di acciaio, tutte le fasi sono comunque home made!

Ma come fare la tempra in casa riuscendo ad avere dei risultati professionali?

Perchè oltre a raggiungere la durezza corretta in base all’acciaio utilizzato ci sono molte altre caratteristiche da rispettare.

Oggi molti maker si fanno la tempra in casa ma negli ultimi anni è anche facile vedere immagini di coltelli usati in ambito survival ma non solo dove per esempio dove si usano tecniche che stressano il coltello come il batoning e ritrovarsi con una lama spezzata.

Bisognerebbe fare dei coltelli da usare per fare dei test come fanno le grandi aziende!

 

Ora oltre a scegliere un acciaio adatto per i giusti impieghi bisogna anche considerare che le lame sono comunque temprate home made!

Per questo è importante fare tutto al massimo di quello che si può fare con attrezzature home made, compreso il rinvenimento.

Oggi molti maker non usano più i forni da cucina per il rinvenimento perchè anche il rinvenimento ha temperature diverse in base al tipo di acciaio.

Quindi usano due forni da tempra per poter fare il rinvenimento subito dopo il raffreddamento oppure aspettano che il forno usato per il ciclo termico arrivi alla temperatura per il rinvenimento.

Ecco già qui come puoi notare anche per il rinvenimento ci sono due filosofie:

  • Chi fa il rinvenimento subito dopo il raffreddamento
  • e Chi crede che anche farlo dopo ore o il giorno dopo non cambia nulla.

Chi ha ragione?

Non è facile rispondere a questa domanda!

Ma tornando al tema del post di oggi è meglio pegnere la lama in tempra in olio o in acqua?

Si preferisce l’olio per un discorso di viscosità.

Lo spegnimento in olio è meno drastico perché essendo più denso dissipa il calore della lama più dolcemente dell’acqua ed avendo un punto di ebollizione maggiore dell’acqua e non evaporando è anche più “omogeneo”.

E’ importante riscaldare l’olio prima a 70°C perché diventando più fluido dissipa il calore più velocemente ma con meno shock termico.

Questo è importante perchè così si riduce di molto il rischio di cricche, storture della lama, ecc.

La discesa della temperatura è più dolce rispetto a quella in acqua.

Se il spegnimento avviene in olio conviene impostare o puntare ad una temperatura al limite massimo del range dettato dal produttore dell’acciaio, mentre se si vuole spegnere in acqua conviene stare al limite inferiore della temperatura di austenizzazione.

Come esempio se abbiamo un acciaio la cui temperatura di austenizzazione consigliata dal produttore di 790°C fino a 820°C, sceglieremo una temperatura di poco superiore ai 790°C se lo spegnimento lo viene fatto in acqua e a limite superiore di 820°C se lo spegnimento viene fatto in olio.

Ma come puoi intuire non è semplice verificare queste temperature!

Per evitare ulteriormente le storture della lama e  le cricche, conviene dopo aver completato le lavorazioni di sgrossatura e sagomatura della lama eseguire un trattamento di ricottura.

Il procedimento di ricottura consiste nello portare il pezzo oltre alla temperatura di austenizzazione, una permanenza adeguata allo spessore e dimensione e successivo raffreddamento molto lento, nel grafico della CCT in alto corrisponde alla Slow Cool (linea rossa destra).

L’austenitizzazione è una trasformazione di struttura cristallina degli acciai

, consistente nell’ottenimento nell’acciaio stesso di una struttura austenitica.

Poiché l’austenite è una forma cristallina metastabile, non può sussistere a temperatura ambiente; l’austenitizzazione costituisce quindi la prima fase dei trattamenti di:

  • tempra, nel qual caso viene seguita da un rapido raffreddamento, volto a congelare la struttura austenitica e far precipitare la lega ferro-carbonio in forma di martensite.
  • ricottura, quando è seguita da un raffreddamento più o meno lento, teso a risolubilizzare l’austenite in ferrite e cementite.

Non è semplice perché ha bisogno di determinate discese di temperatura molto blande, se non si ha disposizione un forno con controller delle rampe questo risulta essere un procedimento difficile.

In alternativa, chi lavora con la forgia lascia il pezzo in mezzo alle braci per farlo raffreddare lentamente, oppure fa un procedimento di normalizzazione che è una sorta di tempra ma senza spegnimento dove il pezzo va raffreddato in aria calma.

L’utilizzo dell’acqua come mezzo di spegnimento va evitato perché è un mezzo di raffreddamento troppo drastico ed è facile ritrovarsi la lama storta (storcere il coltello) o criccarlo.

Il mezzo di spegnimento ad acqua a temperatura ambiente se come indicato nel grafico in precedenza deve stare all’interno della curva della velocità critica superiore, in questo caso è troppo drastica la pendenza della velocità di raffreddamento.

Il problema viene generato dall’acqua per le sue caratteristiche:

  • Capacità termica dell’acqua. L’acqua ha una grande capacità termica (grandezza fisica legata al calore specifico) che proprio per questa sua caratteristica riesce a “rubare” alla nostra lama parecchia energia in tempo breve.
  • Temperatura evaporazione acqua, che come noto essere di 100°C. Il problema sussiste quando le particelle di acqua a contatto con la lama evaporano. In questo turbinio di stato liquido e gassoso fa si che abbiamo discontinuità della di discesa della temperatura e a zone eterogenee. Per questo abbiamo una serie di zone dove l’energia viene dispersa in maniera differente rispetto ad altre.

Questo può provocare delle cricca soprattutto nelle parti “deboli della lama“, come la bisellatura e la zona del ricasso. Il cambio di geometria, velocità di spegnimento e la non omogeneità di discesa della temperatura nei vari punti della lama può generare storture e crettature se non addirittura rotture.

Come dicevo la scelta dell’olio come mezzo di spegnimento ha una capacità termica dell’olio che è metà di quella dell’acqua e la sua temperatura di ebollizione è oltre due volte superiore.

Questo permette una diminuzione di temperatura meno drastica e una maggiore omogeneità di distribuzione della temperatura sulla lama che evita teoricamente le storture e le crettature.

Un secondo fattore che potrebbe portare a problemi in fase di spegnimento è la temperatura troppo alta di austenizzazione.

In questo caso oltre al problema di ritrovarci un grano cristallino grosso abbiamo anche maggiore energia da disperdere.

Per avere una prova oggettiva servirebbe una strumentazione per poter misurare la loro dimensione ma si può fare una prova visiva dove solitamente quando trovi omogeneità e un aspetto “setoso” questo garantisce una certa qualità del risultato.

tempra ad olio

Che olio usare?

Va bene anche olio di semi o olio di oliva scartato ma ti consiglio di comprarlo nuovo se vuoi evitare la puzza di fritto.

Un olio da tempra abbastanza conosciuto in ambito industriale è il Catrol Iloquench 77 ed è un olio usato industrialmente per la tempra industriale ma il problema è che questi oli vengono venduti in grosse quantità (fusto da 200 litri di olio da tempra).

Ha la caratteristica di:

  • Essere a bassa viscosità… quindi molto liquidi e tendono a scivolare via dal pezzo temprato molto in fretta.
  • Ogni tipo di olio da tempra ha poi particolari utilizzi, alcuni hanno bassa presenza di zolfo per non rovinare determinati acciai ecc…
  • Si esauriscono (perdono le loro caratteristiche) dopo centinaia di tempre.
  • Hanno punti di innesco di incendio molto alti.

Anche se si tratta di uso hobbistico sono comunque caratteristiche che sono importanti ma essendo venduti a barili devi cercare qualcuno che ti vende qualche litro.

Se si va in un’azienda specializzata non credo abbiano grossi problemi a venderti qualche litro.

Non l’ho mai usato quindi non do dirti se cambia sostanzialmente la tempra rispetto a un olio più comune ma le loro caratteristiche sono più idonee alle industrie con grandi numeri e sono pensati per questo.

Ps. Il mio consiglio è di cercare le caratteristiche tecniche (data sheet) dell’olio da tempra top e poi di cercare caratteristiche simili in qualche olio che trovi più facilmente in commercio.

Alcuni usano olio di ambra 68 venduto in fusti da 5 lt che lascia poca patina di sporco, anche se non e’ proprio ad uso tempra ma olio per impianti idraulico in pressione.

Partiamo dai basilari.

La tempra si ottiene per shock termico tra l’acciaio rovente ed un “refrigerante” che può essere acqua olio o aria.

Più è freddo il refrigerante e maggiore sarà lo sbalzo termico.

Si predilige l’olio riscaldato perché lo sbalzo termico è inferiore e diminuisce il rischio di fratture dell’acciaio e storture della lama.

L’olio ha il rischio di incendiarsi quindi un olio specifico ha una temperatura di combustione più alta rispetto ad uno da cucina (è comunque sempre opportuno tenere una coperta antincendio a portata di mano)
i liquidi a contatto della lama si surriscaldano a loro volta dissipando meno rapidamente il calore.

Un olio più fluido (o “mescolando” con la lama) permette alla lama di essere in contatto con liquido non surriscaldato.

Ci sono acciai che si temprano bene anche con aria forzata e alcuni che potresti temprarli in acqua gelata (come nel film The Hunted!) ma sono tecniche che solitamente i maker non praticano.

Gli esperimenti con le barrette di acciaio

Se vuoi divertirti e comprendere davvero le differenze fai un piccolo esperimento.

Prendi 4 barrette di acciaio uguale della stessa dimensione, le porti alla stessa temperatura e provi a spegnerle rispettivamente in:

  • acqua ghiacciata,
  • acqua normale,
  • olio e
  • aria compressa.

Ps. Puoi anche usare olio diversi per vedere le differenze anche perchè usando le plachette di piccole dimensioni non devi usare grandi quantità di olio, ecc.

Dopodiché fai un rinvenimento nello stesso forno e della stessa durata e poi misuri con il durometro la durezza ottenuta o fai il test della lima.

Il momento del rinvenimento del coltello è anche questa una operazione importante che va a eliminare le tensioni interne all’acciaio causate dallo shock termico dello spegnimento.

Il procedimento va a modificare la struttura martensitica annullando, per quanto possibile, le tensioni e la fragilità.

Per capirci, nel processo di bonifica allo stato temprato l’acciaio ha la massima durezza ottenibile però ha una bassa tenacità.

Per contro all’aumento della tenacità va a diminuire la durezza, quindi in base alla destinazione di uso del coltello devi decidere le caratteristiche che deve avere una lama.

Il rinvenimento lo puoi fare in un normale forno da cucina: lo porti  a 200 C° e ci lascio il coltello per 90 minuti, poi, spento il forno, attendo che si raffreddi in modo naturale.

Ma in realtà ogni acciaio ha una sua temperatura ottimale di rinvenimento e quindi andrebbe fatta con un forno da tempra portato alla temperatura indicata sui data sheet per il tempo indicato.

L’unico modo concreto per comprendere le differenze è fare i test con dei campioncini della stessa dimensione in condizioni diverse e misurare le durezze ottenute.

Alcune indicazioni generali

In generale per tutti gli inossidabili è valido il raffreddamento in aria:

L’obbiettivo è scendere repentinamente sotto i 200°C entro i 120 secondi dall’estrazione.

Più veloce sei e migliori risultati hai, ma generalmente si sfrutta il raffreddamento in aria perchè, con l’uso di piastre in alluminio, riesci a contenere le deformazioni e a recuperarle parzialmente mentre il pezzo è ancora caldo, le restanti le recuperi forzando il pezzo durante il rinvenimento.

L’aria forzata senza piastre può comunque introdurre deformazioni che potevano comunque essere ridotte con una distensione prima di lavorare la lama.

Anche per l’inserimento del coltello nel forno

Le teorie sull’infornata sono le più varie:

  • chi inforna a freddo,
  • chi a caldo.

Il tempo di rampa è critico, quindi se il forno non alza la temperatura ad una velocità sufficiente la cosa non fa bene al materiale, se è troppo veloce può essere critica per via delle geometrie dei pezzi che inforni ed introdurre cricche e/o tensioni…

Il tempo di permanenza a temperatura di austenizzazione per gli acciai legati “parla” di 0,8 s/mm di spessore, di solito si tiene conto di 60 s/mm, quindi devi calcolare il tuo caso specifico e paradossalmente in 60″ la temperatura al cuore è già raggiunta, ma è anche vero anche che al filo hai 0,5 mm quindi a te l la scelta!

Lasci del tempo per essere sicuro che le trasformazioni siano complete e spegni!

5 minuti di solito sono più che sufficienti per spessori da 5 mm.

Nella tempra domestica si usano prodotti come antiscale oppure condursal per evitare la decarburazione, ed in quest’ultimo caso per esempio la lama deve essere inserita a Temperature (T) non inferiore ai 600°C quindi l’infornata è condizionata.

L’immersione nel liquido del coltello

Anche nel fare l’operazione di immersione della lama nel liquido ci sono diversi metodi!
Dopo aver immerso il coltello in acqua o olio è necessario muoverlo energicamente dal basso verso l’alto per scongiurare la tensione di vapore che aderendo alle pareti del coltello impedirebbe il raffreddamento.
Oppure immergi con calma il coltello nell’acqua o nell’olio (ovviamente ricordati sempre di lavorare in sicurezza usando guanti, una pinza adatta, occhiali protettivi, ecc. ma non immergendo subito tutto il coltello ma solo la parte inferiore lato del filo della lama e lo lascio immerso parzialmente per un paio di secondi (conta 1001, 1002), poi estrai il coltello e subito lo immergi di nuovo ma questa volta completamente, muovendolo continuamente in direzione orizzontale.
Questa procedura di movimento orizzontale allontana di molto il rischio che il coltello si deformi durante lo spegnimento, e ho notato che molti maker utilizzano questo movimento rispetto a immergerlo in profondità verticalmente.
Personalmente la trovo assolutamente da provare e sembra che dia buoni risultati.
Una volta spento il coltello lo lasci immerso che riposi nell’olio o nell’acqua in attesa di fare il rinvenimento.
Come vedi c’è chi fa l’immersione totale del coltello, c’è chi fa l’immersione parziale della lama prima del filo e poi totale, chi lo immerge e lo muove verticalmente e chi lo immerge e lo muove orizzontalmente.

Alla fine di questa operazione il coltello è piuttosto sporco!

Questo sporco si elimina con la pulizia tramite carta abrasiva se non ci sono segni profondi di decarburazione (serie di piccoli avvallamenti irregolari sulla superficie del metallo) partendo con la grana 240 fino a ad arrivare alla  800 o più (questo in base a quanto lo si voglia lucido).
In casi di decarburazione evidente, parto da carta più grossa (60 o 90) per eliminarla più facilmente ma significa che c’è stato qualche problema e forse è tutto da rifare.
Anche per quanto riguarda la “caramella” con l’inconel, dove alcuni maker immergono la lama incandescente estraendola dalla caramella o chi lo immerge direttamente con la caramella!
Se non vuoi usare l’olio, per tutti i motivi che hai letto e che ti ho riportato, puoi provare a spegnerlo fra le piastre di alluminio opportunamente raffreddate da aria compressa ma il coltello deve essere di spessore modesto.
Questo metodo è usato con alcuni acciai particolari (alcuni inox e alcuni acciai realizzati con metallurgia delle polveri) che appunto vengono raffreddati proprio con aria compressa e la lama stretta fra due grosse piastre di alluminio per aumentare lo scambio di calore.
Fai dei test!

Conclusioni

Il mio consiglio è quello di fare dei test e di parlare con persone che sono espresse di trattamenti termici perchè bisogna trovare la soluzione migliore per la tipologia di oggetto.

Ci sono tanti metodi ma la metallurgia è una scienza empirica basata su tabelle e pratica.

Fare dei test può aiutare sia a comprendere le differenze ma anche per ottenere il miglior risultato per le tue lame perchè la tempra del coltello è una fase fondamentale che incide pesantemente sulla qualità del coltello e le sue performance.

Are you experience?

Andrea


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