Carbocementazione e Carbonitrurazione
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16 - Ott - 2019
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CARBOCEMENTAZIONE

La carbocementazione (UNI 5381) o piu comunemente "cementazione" e' attualmente il processo di diffusione maggiormente impiegato a livello industriale. Esso consiste nella carburazione superficiale di particolari in acciaio a basso tenore di carbonio (max. 0.25%) ad una temperatura pari ad Ac3+50°C, comunque generalmente compresa tra 850°C e 950°C.

La carburazione puo' avvenire tramite un mezzo polverulento, pastoso, liquido o gassoso di particolare composizione chimica in grado di garantire un arricchimento superficiale di carbonio che acquisirà poi un'elevata durezza (60-62 HRC) con il successivo trattamento di tempra, conservando al nucleo la resilienza originaria. Il trattamento è pertanto destinato agli organi meccanici che debbono accoppiare alla durezza superficiale e resistenza all'usura, la resistenza a fatica (l'aumento di volume dello strato cementato e temprato legato alla trasformazione martensitica dell'acciaio arricchito di carbonio induce tensioni di compressione dello strato superficiale incrementando notevolmente il limite a fatica).

Dopo il trattamento di cementazione vero e proprio i pezzi devono essere temprati e successivamente rinvenuti, allo scopo di conferire alla superficie le necessarie doti di durezza e resistenza all'usura ed al cuore una soddisfacente tenacità e resistenza a fatica.

Il mezzo di cementazione che attualmente viene maggiormente sfruttato a livello industriale è quello GASSOSO. Grazie a particolari forni in grado di gestire l'intero processo termochimico, oggi è possibile controllare con estrema precisione tutte le movimentazioni dei particolari all'interno dell'impianto ma soprattutto gestire con assoluta precisione l'atmosfera carburante in camera di trattamento. Solamente grazie all'utilizzo di particolari analizzatori e sonde è oggi possibile eseguire un accurato monitoraggio delle molteplici reazioni chimiche che avvengono alla temperatura di cementazione.

Generalmente, attraverso un'unità separata, si produce il "gas portante" utilizzato durante il ciclo di trattamento. Esso viene generato in catalizzatori a temperature di 950°C- 1050°C attraverso una reazione ENDOTERMICA (da qui il nome ENDOGAS) immettendo ARIA e PROPANO o METANO in proporzioni tali da ottenere una combustione incompleta con composizione:

N2=35/40% H2=40/45% CO=15/25% CO2=0.1/1.0% CH4=0.5/1.5%

Aggiungendo all'ENDOGAS il metano o propano in camera di trattamento è possibile incrementare il potenziale di carbonio dell'atmosfera cementante:

CH4+CO2==>2CO+2H2

CH4+H2O==>CO+3H2

Alla temperatura di trattamento hanno luogo molteplici reazioni termochimiche tra le quali la piu' importante e': CO+H2==>C(Fe)+H2O

La cinetica delle reazioni è assicurata dalla reazione del vapore d'acqua

CO+H2O==>CO2+H2

Il potenziale di carbonio presente nell'atmosfera cementante viene controllato attraverso analizzatori di CO/CO2 e sonde ossigeno.

Una valida alternativa all'utilizzo di endogas è il gasaggio cosidetto sintetico, il quale utilizza un amiscela di azoto ed alcool metilico CH3(OH) in grado di assicurare comunque un'atmosfera analoga a quella appena descritta.

VANTAGGI: Applicabile ad un'amplia gamma di acciai con possibilità di ottenere durezze superficiali e resistenze a nucleo mirate in funzione dell'applicazione.

SVANTAGGI: La tempra comporta deformazioni tali da prevedere spesso una successiva fase di rettifica.

 

CARBONITRURAZIONE

Un processo termochimico di indurimento superficiale simile alla carbocementazione ma condotto a temperature leggermente inferiori (850 - 900°C) con l'aggiunta di circa un 5% di ammoniaca al gas cementante.

L'azoto diffuso dalla dissociazione della molecola di ammoniaca 2NH3 ==> 2N+3H2 abbassa il limite di trasformazione Ferrite-Austenite ed aumenta la temprabilita' dell particolare in trattamento. La carbonitrurazione (UNI 5479) viene spesso considerata un trattamento a "contenute deformazioni" ed in grado di ottenere buone durezze anche su acciai scarsamente legati o addirittura sul ferro.

Particolare attenzione bisogna prestare al pericolo di formazione di austenite residua legata ad eccessi di ammoniaca durante il trattamento o velocita' di tempra non adeguate.

Vantaggi: Possibilita' di sottoporre al trattamento tutti gli acciai, con elevate durezze superficiali ache sulle leghe meno nobili.

Svantaggi: Limitata profondita' di indurimento. Su Ferro o AVP (9SMnPb36) MAX 0.5 mm.

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