La nitrurazione (UNI 5478) e' un trattamento di indurimento superficiale condotto a temperature relativamente contenute (480°C-570°C) in condizioni tali da consentire una diffusione di azoto nella superfice del particolare. Gli strati superficiali generati sono caratterizzati da un'ottima resistenza all'usura adesiva, al grippaggio e all'abrasione meccanica.
L'azoto attivo in forma atomica (azoto nascente)si diffonde nel reticolo cristallino dell'acciaio grazie alla dissociazione dell'ammoniaca per effetto catalitico del ferro:
2NH3 ==>2N + 3H2
Considerando che in funzione della temperatura alla quale viene condotto il processo si ottiene una dissociazione dell'ammoniaca parziale, se l'azoto nascente (forma attiva), non diffonde nell'acciaio, si trasforma in azoto molecolare (forma inattiva) per cui è necessario un continuo flusso di ammoniaca affinché la reazione continui. L'azoto forma con 'acciaio nitruri durissimi di natura diversa a seconda della composizione dell'acciaio e soprattutto in funzione della temperatura di trattamento e della % di azoto diffusa. Attraverso il diagramma di stato Fe – N è dunque possibile individuare i costituenti che l’azoto forma con il ferro alle varie temperature.
La struttura superficiale dei particolari nitrurati è condizionata dalle modalità seguite nel processo di nitrurazione oltre che dalla composizione chimica e dal trattamento precedente alla nitrurazione. Il processo è influenzato da molteplici variabili:
- Grado di dissociazione. (È il rapporto tra ammoniaca dissociata e ammoniaca aggiunta. Esso varia tra il 15% e il 35% ed è molto importante, ai fini della velocità di diffusione e soprattutto al contenimento dello spessore della coltre bianca).
- Temperatura di trattamento. (Temperature basse favoriscono la formazione della coltre bianca e l'ottenimento di durezze superficiali elevate, mentre le temperature più elevate aumentano la velocità di diffusione, riducono la durezza superficiale, ma riducono anche la formazione di coltre bianca).
- Tempo di permanenza.
- Composizione chimica degli acciai (gli elementi presenti nell'acciaio influenzano nettamente la durezza superficiale e la velocità di diffusione dell'azoto).
- Trattamenti preliminari (si ricorre a trattamenti preliminari tali da conferire caratteristiche meccaniche a cuore le massime possibili compatibilmente con la temperatura da raggiungere in nitrurazione, in modo che lo strato duro che si ottiene abbia un supporto adeguatamente resistente).
Importantissimo è che questi trattamenti siano effettuati lasciando un adeguato sovrametallo (da asportare prima della nitrurazione) o utilizzando atmosfere protettive (o forni sotto vuoto), in modo da nitrurare pezzi esenti da decarburazione superficiale. Tale anomalia favorisce (insieme ad una bassa % di C, ad un basso grado di dissociazione e ad una bassa temperatura) la formazione della coltre bianca.
DEFORMAZIONI: Per effetto della nitrurazione i pezzi aumentano leggermente di dimensione (circa 10 micron per 100 mm) a causa dell'aumento di volume che si verifica nello strato superficiale. Dopo raffreddamento a temperatura ambiente deriva uno stato di tensione a cuore e di compressione in superficie, responsabile della deformazione dei pezzi, che dipende anche dalla composizione dell'acciaio, dalla temperatura di rinvenimento, da quella di nitrurazione, dal tempo di trattamento e dalle dimensioni e forma dei pezzi.
Vantaggi: Bassa temperatura di esercizio e contenute deformazioni. Non e' necessaria tempra per conferire durezza. Le durezze ottenute rimangono invariate se sottoposte a riscaldi fino a 500°C.
Svantaggi: Elevati tempi di conduzione del processo. Basse profondita' ottenibili (inferiori a 0.7 mm)