Nitrurazione dell'acciaio: processo, strato nitrurato, proprietà e applicazioni.

Nitrurazione dell'acciaio Si tratta di un processo di trattamento termochimico che prevede la saturazione dello strato superficiale di un materiale con azoto. L'azoto, fornito in superficie in una forma opportunamente attiva, penetra in profondità nell'acciaio per diffusione e interagisce con il ferro e gli elementi di lega che presentano un'elevata affinità per l'azoto.
Di conseguenza, una caratteristica strato nitrurato, la cui microstruttura e le cui proprietà differiscono da quelle del materiale di base. In acciai opportunamente selezionati, il processo consente di ottenere un'elevatissima durezza superficiale, una maggiore resistenza all'usura e una configurazione ottimale delle proprietà tribologiche e di fatica del componente.
Una delle caratteristiche più importanti della nitrurazione è che il processo elimina la necessità di austenitizzare l'acciaio e di indurirlo rapidamente subito dopo la nitrurazione. Ciò consente variazioni dimensionali e deformazioni inferiori rispetto a molte tecnologie che utilizzano l'indurimento superficiale.

Che cos'è la nitrurazione dell'acciaio?

La nitrurazione è un processo di diffusione. Crea sulla superficie del componente le condizioni che consentono l'apporto di azoto attivo, il suo adsorbimento sulla superficie e la successiva diffusione nel materiale.
Il processo può essere semplificato come segue:

FONTE DI AZOTO → ATTIVAZIONE DELLA SUPERFICIE → PENETRAZIONE DELL'AZOTO → DIFFUSIONE → FORMAZIONE DI NITRURI → STRATO NITRURO

A differenza della tempra classica , la nitrurazione non comporta la formazione di austenite e la sua successiva trasformazione in martensite. Il meccanismo di tempra è principalmente legato alla presenza di azoto in soluzione e alla formazione di precipitati finissimi di nitruri di ferro ed elementi di lega.

Meccanismo di nitrurazione dell'acciaio

Il meccanismo del processo dipende dalla tecnologia utilizzata. Nella nitrurazione in fase gassosa, la fonte di azoto è spesso l'ammoniaca, mentre nella nitrurazione al plasma la superficie interagisce con i componenti attivi del plasma contenente azoto.
Nella nitrurazione gassosa classica, sulla superficie dell'acciaio avvengono processi che coinvolgono la dissociazione dell'ammoniaca, l'adsorbimento dell'azoto e la sua penetrazione nel materiale. Parte dell'azoto può quindi diffondersi all'interno dell'acciaio.
In una notazione tecnologica semplificata, la decomposizione dell'ammoniaca può essere rappresentata come segue:

2NH ₃ ⇌ 2[N] + 3H ₂

Il simbolo [N] in questa notazione indica l'azoto disponibile per i processi superficiali. Il meccanismo effettivo delle reazioni superficiali e del trasporto dell'azoto è più complesso, quindi equazioni semplici come "Fe + N → FeN" non devono essere considerate una descrizione completa del processo di nitrurazione.

Che cosa succede all'azoto una volta che entra nell'acciaio?

Una volta incorporato in un materiale, l'azoto può esistere in soluzione e partecipare alla formazione di fasi e precipitati appropriati. Elementi con un'elevata affinità per l'azoto, come cromo, vanadio e alluminio.
A seconda della composizione chimica dell'acciaio e dei parametri di processo, possono formarsi precipitati di nitruro di lega molto fini. La loro presenza può rafforzare significativamente lo strato di diffusione.
Pertanto, gli acciai appositamente progettati per la nitrurazione contengono elementi che consentono di ottenere uno strato molto duro e stabile.

Struttura dello strato nitrurato

Lo strato che si forma durante la nitrurazione non è uniforme in tutto il suo spessore. In genere, si possono distinguere i seguenti strati:

STRATO DI LEGAME → STRATO DI DIFFUSIONE → NUCLEO

Lo strato di unione – il cosiddetto strato bianco

La parte più esterna dello strato nitrurato è denominata strato sindacalee nella pratica metallografica è anche noto come "strato bianco". Il nome deriva dal suo aspetto su un campione metallografico opportunamente preparato.
Questo livello può includere, tra gli altri:

• fase γ′ – Fe₄N,
• fase ε – Fe_2-3N.

La proporzione delle singole fasi e lo spessore dello strato composto dipendono dal potenziale di nitrurazione, dalla temperatura, dal tempo di processo, dalla composizione atmosferica e dal materiale del substrato.
Uno strato composito può fornire proprietà tribologiche favorevoli e resistenza a certi tipi di usura, ma uno spessore eccessivo o una struttura scadente possono aumentare la suscettibilità a crepe e scheggiature. Pertanto, l'obiettivo della tecnologia non è sempre quello di ottenere lo strato composito più spesso possibile.

Strato di diffusione

Al di sotto dello strato composto si trova uno strato di diffusione . In questa regione, il contenuto di azoto diminuisce gradualmente con l'aumentare della distanza dalla superficie.

Negli acciai legati, l'azoto può formare fini precipitati con elementi che mostrano un'elevata affinità per l'azoto. Questi precipitati sono fondamentali per l'elevata durezza dello strato di diffusione.

Lo strato di diffusione è di particolare importanza per:

• durezza superficiale,
• resistenza all'usura,
• distribuzione della durezza in profondità nel materiale,
• stato di tensioni residue,
• comportamento dell'elemento sotto carichi variabili.

Profilo di azoto e durezza nello strato nitrurato

Il contenuto di azoto non è uniforme lungo l'intero spessore dello strato. La concentrazione più elevata si riscontra vicino alla superficie e diminuisce verso il nucleo.
Il profilo di durezza è simile. A seconda del tipo di acciaio e della struttura a strati, si riscontra una durezza molto elevata nella zona superficiale, che poi diminuisce gradualmente fino a raggiungere un valore corrispondente a quello del materiale del nucleo.
Pertanto, quando si valuta un elemento nitrurato, non è importante solo un singolo valore di durezza superficiale, ma anche Profilo di microdurezza in funzione della distanza dalla superficie.

Temperatura di nitrurazione dell'acciaio

La nitrurazione viene eseguita a temperature inferiori a quelle della classica austenitizzazione dell'acciaio. La temperatura esatta dipende dalla variante del processo utilizzata, dal tipo di materiale e dalla struttura e profondità dello strato desiderate.
Nella pratica industriale, molti processi di nitrurazione dell'acciaio vengono eseguiti nell'intervallo di circa 400-600 ° Cma questo non rappresenta un limite universale per tutte le tecnologie di nitrurazione.
La temperatura ha un impatto significativo sulla diffusione. Il suo aumento accelera il trasporto di azoto all'interno del materiale, ma influenza anche i processi di precipitazione, la microstruttura e le proprietà del substrato.
Pertanto, i parametri devono essere selezionati come segue:

TEMPERATURA + TEMPO + ATTIVITÀ DELL'AZOTO + COMPOSIZIONE DELL'ACCIAIO + STRATO RICHIESTO

Tempo di nitrurazione

La nitrurazione è un processo di diffusione, quindi il tempo è cruciale per la profondità dello strato. A seconda della tecnologia e dei requisiti, il processo può richiedere da cicli relativamente brevi a molte ore, e anche molto più a lungo se sono necessari strati spessi.
Non esiste una singola relazione universale "numero di ore = profondità specifica" perché la velocità di crescita dello strato dipende, tra le altre cose, dalla temperatura, dalla composizione chimica del materiale, dalla microstruttura e dall'attività atmosferica.
A causa della natura diffusiva del processo, l'aumento del tempo non comporta un aumento lineare della profondità dello strato.

nitrurazione in gas

nitrurazione in gas È uno dei metodi classici di nitrurazione industriale. I componenti vengono collocati in un forno dove viene generata un'atmosfera controllata contenente ammoniaca.
Sulla superficie si verificano processi che portano all'apporto di azoto, il quale poi diffonde nel materiale.
Controllando la temperatura, il tempo, la composizione atmosferica e il grado di dissociazione dell'ammoniaca, è possibile influenzare:

• cinetica di saturazione dell'azoto,
• costruzione dello strato sindacale,
• profondità dello strato di diffusione,
• profilo di durezza,
• proprietà superficiali finali.

Potenziale di nitrurazione

Nel moderno controllo della nitrurazione in fase gassosa, un parametro importante è potenziale di nitrurazioneDescrive la capacità dell'atmosfera di fornire azoto alla superficie e consente un controllo più preciso della formazione delle singole fasi nello strato.
Il controllo del potenziale di nitrurazione ci consente di limitare la crescita incontrollata dello strato di composto e di modellarne la struttura in base alle esigenze tecniche.

Vantaggi della nitrurazione in fase gassosa

• tecnologia industriale ben nota,
• la capacità di elaborare più elementi simultaneamente,
• la capacità di controllare la composizione dell'atmosfera,
• buona ripetibilità con un adeguato controllo del processo,
• possibilità di ottenere strati di diffusione relativamente profondi.

Limitazioni della nitrurazione in fase gassosa

• è necessario molto tempo per gli strati più profondi,
• la necessità di controllare l'atmosfera del processo,
• la possibilità di formazione di uno strato di unione eccessivo o indesiderato,
• la necessità di gestire in sicurezza un impianto che utilizza ammoniaca.

Nitrurazione al plasma – nitrurazione ionica

Nitrurazione al plasmaLa nitrurazione ionica, nota anche come nitrurazione a ioni, utilizza una scarica a bagliore in un gas a pressione ridotta. Il pezzo in lavorazione fa parte di un sistema elettrico e il plasma risultante contiene componenti attivi che interagiscono con la superficie.
I processi che avvengono sulla superficie includono, tra gli altri, il bombardamento ionico, l'attivazione e la pulizia della superficie, nonché l'apporto di azoto che consente la formazione di uno strato nitrurato.

Vantaggi della nitrurazione al plasma

• grande capacità di controllare il carattere del livello,
• la capacità di limitare o controllare lo strato sindacale,
• la possibilità di protezione selettiva delle superfici che non devono essere nitrurate,
• attivazione della superficie mediante interazione con il plasma,
• Può essere utilizzato in numerose applicazioni impegnative di utensili e macchinari.

Limitazioni della nitrurazione al plasma

• apparecchiature tecnologiche più complesse,
• la necessità di controllare i parametri di scarico e dell'atmosfera,
• sensibilità del processo alla geometria dei dettagli e alla distribuzione del campo elettrico,
• possibilità di effetti di bordo,
• la necessità di un'adeguata preparazione e disposizione degli elementi.

nitrurazione liquida

La nitrurazione può essere eseguita anche in bagni di sali liquidi. A seconda della tecnologia e della composizione del bagno, il processo può portare alla saturazione della superficie con azoto o a un'interazione simultanea di azoto e carbonio.
Per questo motivo è necessario distinguere il concetto classico di nitrurazione dai processi nitrocarburazione e altri tipi di trattamento termochimico mediante bagni di sale.

Vantaggi dei processi di balneazione

• intenso impatto ambientale sulla superficie,
• creazione di layer relativamente rapida in tecnologie specifiche,
• effetto uniforme del bagno sulle superfici accessibili dell'elemento.

Limitazioni dei processi di balneazione

• requisiti di sicurezza chimica,
• la necessità di controllare la composizione del bagno,
• requisiti di gestione dei rifiuti,
• restrizioni ambientali a seconda della tecnologia utilizzata e della composizione del sale.

Nitrurazione e nitrocarburazione

Nitrurazione i nitrocarburazione Non sono concetti identici. Nella nitrurazione, l'elemento base introdotto nello strato è l'azoto. Nella nitrocarburazione, la superficie viene saturata principalmente con azoto, con una simultanea aggiunta di carbonio.
Le differenze nella composizione dell'atmosfera o del bagno influenzano la struttura dello strato di composto, la cinetica del processo e le proprietà superficiali. Pertanto, queste tecnologie non devono essere considerate intercambiabili.

Parametri che influenzano la nitrurazione

L'influenza della composizione chimica dell'acciaio sulla nitrurazione

Non tutti gli acciai reagiscono alla nitrurazione allo stesso modo. Gli elementi che formano nitruri stabili sono particolarmente importanti.

Cromo – Cr

Il cromo ha affinità per l'azoto e può partecipare alla formazione di precipitati che contribuiscono al rafforzamento dello strato. È un componente importante di molti acciai strutturali e per utensili sottoposti a nitrurazione.

Alluminio – Al

L'alluminio ha un'affinità molto elevata per l'azoto. Questa caratteristica lo rende un elemento caratteristico degli acciai classici specificamente progettati per la nitrurazione. La formazione di fini precipitati associati all'alluminio consente di ottenere un'elevatissima durezza dello strato.

Molibdeno – Mo

Il molibdeno è un componente importante di molti acciai trattabili termicamente e nitrurabili. Influisce sulla temprabilità, sulla resistenza al rinvenimento e sul comportamento del materiale ad alte temperature.

Vanadio – V

Il vanadio forma composti stabili con l'azoto e può contribuire al forte rafforzamento dello strato di diffusione.

Titanio – Ti

Il titanio ha un'affinità molto elevata per l'azoto e forma il nitruro TiN, altamente stabile. Tuttavia, il suo effetto sul processo dipende dalla specifica composizione della lega e dallo stato microstrutturale.

Nitrurazione degli acciai

La nitrurazione viene eseguita su acciai specificamente progettati per questo processo, nonché su acciai strutturali, per utensili e inossidabili selezionati. Tuttavia, la durezza finale e le caratteristiche dello strato dipendono fortemente dalla composizione chimica.
Tra i gruppi particolarmente importanti si annoverano:

• Acciai Cr-Al-Mo destinati alla nitrurazione,
• Acciai Cr-Mo e Cr-Mo-V,
• acciai per il miglioramento termico,
• acciai per utensili per lavorazioni a caldo,
• acciai inossidabili selezionati, utilizzando un'apposita tecnologia di attivazione superficiale.

38HMJ – acciaio nitrurato classico

38HMJ È uno degli acciai strutturali più caratteristici associati alla nitrurazione. La presenza di cromo, molibdeno e alluminio consente la formazione di uno strato nitrurato duro.
Questo materiale viene utilizzato per componenti meccanici critici che richiedono una combinazione di un nucleo resistente e una superficie dura e resistente all'usura.
In pratica, prima della nitrurazione, l'elemento deve avere un nucleo opportunamente preparato, il più delle volte ottenuto mediante un trattamento termico preliminare.

31CrMoV9 e altri acciai Cr-Mo-V

Gli acciai contenenti cromo, molibdeno e vanadio possono rispondere molto bene alla nitrurazione grazie alla presenza di elementi nitruranti e alla buona stabilità delle proprietà del substrato.
Vengono utilizzati, tra l'altro, in elementi di macchine, alberi, parti di trasmissione, utensili e altri componenti esposti a usura e carichi meccanici elevati.

Nitrurazione degli acciai per utensili

La nitrurazione viene utilizzata anche per determinati acciai per utensili, in particolare acciai per utensili legati contenenti cromo, molibdeno e vanadio.
Questo processo può aumentare la resistenza delle superfici degli utensili all'usura e all'abrasione e, nelle applicazioni appropriate, prolungarne la durata.
Le applicazioni tipiche includono:

• matrici,
• forme,
• utensili per lavori a caldo,
• spilli,
• elementi formanti,
• componenti degli impianti di lavorazione delle materie plastiche.

Nitrurazione degli acciai inossidabili

La nitrurazione degli acciai inossidabili richiede un approccio speciale a causa della presenza di uno strato passivo ricco di cromo, il che rende difficile la classica saturazione delle superfici con azoto.
Le tecnologie al plasma consentono l'attivazione superficiale, motivo per cui vengono utilizzate anche per il trattamento di alcuni tipi di acciaio inossidabile.
Per gli acciai inossidabili, la scelta della temperatura è particolarmente importante. In determinate condizioni, la precipitazione del nitruro di cromo può ridurre la quantità di cromo presente in soluzione solida vicino alla superficie, compromettendo così la resistenza alla corrosione.
Pertanto, nelle applicazioni in cui sono richieste contemporaneamente elevata durezza ed elevata resistenza alla corrosione, si utilizzano processi a bassa temperatura appositamente controllati.

Preparazione dell'elemento per la nitrurazione

La nitrurazione è solitamente una delle operazioni finali del ciclo di produzione di un componente. Pertanto, le proprietà fondamentali devono essere determinate prima dell'inizio del processo.
Una tipica linea di processo può includere:

PRETRATTAMENTO → TEMPERATURA → TRATTAMENTO MECCANICO → DISTENSIONE SE NECESSARIO → FINITURA → NITRURAZIONE

La sequenza dettagliata dipende, ovviamente, dal materiale, dalle dimensioni dell'elemento e dalla precisione richiesta.

Perché il nucleo viene spesso sottoposto a trattamento termico preliminare?

La nitrurazione migliora principalmente le proprietà dello strato superficiale. Non sostituisce il trattamento termico, che è fondamentale per raggiungere la resistenza richiesta dell'intera sezione trasversale.
Pertanto, gli acciai strutturali sono spesso sottoposti a nitrurazione prima miglioramento termicoQuesto ti permette di ottenere:

• nucleo resistente,
• plasticità appropriata,
• microstruttura stabile del substrato,
• e poi uno strato superficiale molto duro nel processo di nitrurazione.

temperatura di tempra iniziale

Se l'elemento è stato precedentemente trattato termicamente, la temperatura temperaggio la scelta deve essere effettuata tenendo conto della successiva temperatura di nitrurazione.
L'obiettivo è limitare le modifiche indesiderate delle proprietà del nucleo durante le molte ore in cui l'elemento rimane alla temperatura di nitrurazione.

Durezza dello strato nitrurato

La nitrurazione può raggiungere una durezza superficiale molto elevata. Tuttavia, non esiste un singolo valore applicabile a tutti gli acciai nitrurati.
La durezza dipende da:

• composizione chimica dell'acciaio,
• il tipo e la quantità di elementi che formano i nitruri,
• temperatura e tempo di processo,
• attività dell'azoto,
• costruire lo strato sindacale,
• microstruttura dello strato di diffusione,
• metodi di misurazione e profondità di misurazione.

Negli acciai specificamente destinati alla nitrurazione, la microdurezza superficiale può superare i 1000 HV, ma valori di questo ordine di grandezza non devono essere considerati un risultato universale della nitrurazione di ogni tipo di acciaio.

Profondità dello strato nitrurato

Lo spessore dello strato è il risultato della diffusione e pertanto dipende fortemente dal tempo e dalla temperatura del processo. Anche la composizione dell'acciaio e la definizione richiesta di spessore effettivo dello strato sono importanti.

In pratica, vengono utilizzati sia strati relativamente sottili che strati di diffusione che raggiungono profondità molto maggiori. Tuttavia, un singolo intervallo, ad esempio 0,1–0,6 mm, non dovrebbe essere considerato il limite tecnologico dell'intero processo di nitrurazione.

Proprietà dello strato nitrurato

Una nitrurazione progettata correttamente può portare a una serie di proprietà superficiali favorevoli:

• durezza superficiale molto elevata,
• maggiore resistenza all'usura,
• maggiore resistenza al grippaggio in condizioni tribologiche appropriate,
• distribuzione favorevole delle tensioni residue,
• migliorare il comportamento della fatica in molte applicazioni,
• elevata stabilità dimensionale rispetto ai processi che richiedono un successivo indurimento rapido.

Resistenza alla nitrurazione e alla corrosione

L'effetto della nitrurazione sulla resistenza alla corrosione non è lo stesso per tutti i materiali e le tecnologie.
Uno strato di composto formato correttamente, soprattutto nei processi di nitrocarburazione e nei processi integrati con ossidazione, può migliorare la resistenza alla corrosione superficiale in determinati ambienti.
Tuttavia, non si può generalmente affermare che tutti i processi di nitrurazione aumentino la resistenza alla corrosione di tutti gli acciai. Negli acciai inossidabili, temperature selezionate in modo inappropriato possono portare al rilascio di nitruri di cromo e a una riduzione della resistenza alla corrosione.

Nitrurazione e resistenza all'usura

L'elevata durezza e la natura della microstruttura dello strato fanno sì che la nitrurazione sia ampiamente utilizzata nei componenti esposti ad attrito e usura.
Tuttavia, la durabilità effettiva non dipende solo dalla durezza. Anche i seguenti fattori giocano un ruolo importante:

• costruzione dello strato sindacale,
• profondità dello strato di diffusione,
• durezza e resistenza del substrato,
• rugosità superficiale,
• pressioni di contatto,
• tipo di movimento di superfici interagenti,
• lubrificazione,
• temperatura di esercizio.

Nitrurazione e durata a fatica

Il processo può avere un effetto positivo sulla durata a fatica, rinforzando lo strato superficiale e creando sollecitazioni compressive favorevoli.
Tuttavia, l'effetto dipende dalla geometria del pezzo, dalla qualità della superficie, dallo spessore dello strato, dalle proprietà del nucleo e dalla presenza di intagli e altri concentratori di stress.

Deformazioni durante la nitrurazione

Uno dei vantaggi significativi della nitrurazione è che non richiede un rapido raffreddamento dalla temperatura di austenitizzazione immediatamente dopo il processo. Ciò riduce il rischio di grandi deformazioni rispetto a indurimento, tempra a induzione lub tempra a fiamma.
Tuttavia, ciò non significa che le variazioni dimensionali siano completamente assenti. La diffusione dell'azoto, la formazione di nuove fasi, le tensioni residue e il riscaldamento prolungato possono causare lievi variazioni dimensionali, che devono essere prese in considerazione per i componenti di alta precisione.

Nitrurazione e indurimento superficiale

Nitrurazione e carburazione

La carburazione e la nitrurazione sono processi di trattamento termochimico, ma utilizzano elementi e meccanismi differenti per l'indurimento finale dello strato.

Controllo di qualità dello strato nitrurato

La valutazione della qualità della nitrurazione dovrebbe andare oltre la semplice misurazione della durezza superficiale.
A seconda dell'applicazione, vengono testati, tra gli altri, i seguenti aspetti:

• microdurezza superficiale,
• profilo di microdurezza in profondità nel materiale,
• profondità effettiva dello strato,
• spessore e struttura dello strato composto,
• microstruttura dello strato di diffusione,
• uniformità dello strato,
• condizioni della superficie,
• cambiamenti dimensionali,
• Nelle applicazioni più impegnative, è richiesta anche resistenza all'usura, alla fatica e alla corrosione.

I problemi più comuni durante la nitrurazione

• strato di unione eccessivamente spesso – può aumentare la suscettibilità della superficie alla fragilità e alla scheggiatura.
• Spessore troppo ridotto dello strato di diffusione – tempo insufficiente o parametri di processo inadeguati.
• Nitrurazione non uniforme – può derivare dalle condizioni della superficie, dalla geometria dell'elemento o da condizioni di processo non omogenee.
• Durezza del nucleo errata – La nitrurazione non riparerà una microstruttura del substrato preparata in modo errato.
• Cambiamenti dimensionali – piccoli, ma importanti in componenti con tolleranze molto ristrette.
• Deterioramento della resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile – possibile in caso di selezione errata della temperatura e della tecnologia.

Applicazione della nitrurazione

La nitrurazione viene utilizzata in componenti che richiedono una superficie dura e resistente all'usura, pur mantenendo un nucleo robusto e variazioni dimensionali relativamente ridotte.

Industria dei macchinari

• argini,
• assi,
• spilli,
• boccole,
• ingranaggi,
• componenti della trasmissione,
• guide,
• parti di sistemi idraulici.

Industria automobilistica

• alberi e componenti del sistema di trasmissione,
• ingranaggi,
• spilli,
• elementi dei meccanismi esposti a usura e fatica.

industria degli utensili

• stampi per materie plastiche,
• matrici,
• spilli,
• utensili per lavori a caldo,
• elementi formanti e guida.

Costruzione di macchine speciali

• elementi che richiedono un'elevata resistenza all'usura,
• componenti di precisione per macchine,
• elementi che operano ad alta pressione superficiale,
• componenti che richiedono la combinazione di una superficie dura con un nucleo resistente.

I vantaggi più importanti della nitrurazione

• È possibile ottenere una durezza molto elevata negli acciai opportunamente selezionati,
• elevata resistenza superficiale all'usura,
• possibilità di migliorare il comportamento in caso di affaticamento,
• non è necessario indurire l'elemento immediatamente dopo la nitrurazione,
• cambiamenti dimensionali relativamente piccoli,
• possibilità di lavorazione di pezzi finiti o quasi finiti,
• la capacità di controllare la struttura degli strati selezionando la tecnologia e i parametri.

Limitazioni della nitrurazione

• è necessario molto tempo per gli strati profondi,
• forte dipendenza della durezza finale dalla composizione chimica dell'acciaio,
• la necessità di preparare adeguatamente il nucleo prima del processo,
• la possibilità di formazione di uno strato composto indesiderato,
• la necessità di una preparazione accurata della superficie,
• limitazioni tecnologiche a seconda della geometria del pezzo e del metodo utilizzato.

Nitrurazione dell'acciaio: le informazioni più importanti

Nitrurazione dell'acciaio Si tratta di un processo di trattamento termochimico che crea uno strato superficiale molto duro e resistente all'usura senza la necessità di austenitizzazione e successivo indurimento rapido del componente. Il processo si basa sull'apporto di azoto attivo alla superficie e sulla sua diffusione nel materiale. Lo strato risultante può essere costituito da uno strato esterno composto contenente principalmente fasi γ′-Fe.₄N e ε-Fe_2-3N e lo strato di diffusione sottostante. Risultati particolarmente buoni si ottengono con acciai contenenti elementi con un'elevata affinità per l'azoto, tra cui cromo, alluminio e vanadio. Per questo motivo sono stati sviluppati acciai speciali per la nitrurazione, un esempio classico dei quali è 38HMJ.
Le proprietà dello strato non sono determinate da un singolo intervallo universale di temperatura, durezza o profondità. Il risultato dipende dal tipo di acciaio, dalla microstruttura iniziale, dalla temperatura, dal tempo, dall'attività dell'azoto e dal metodo di nitrurazione utilizzato.
Grazie alla combinazione di elevata durezza superficiale, resistenza all'usura e variazioni dimensionali relativamente ridotte, la nitrurazione è una delle tecnologie di trattamento superficiale più importanti utilizzate nella produzione di elementi meccanici critici, utensili, stampi, alberi, ingranaggi e componenti di precisione.

Metodi di trattamento termico e termochimico dell'acciaio

Il trattamento di solubilizzazione è solo uno dei processi utilizzati per modificare la microstruttura e le proprietà dell'acciaio. A seconda dell'effetto desiderato, si utilizzano anche processi di normalizzazione, distensione, indurimento, rinvenimento, ecc., nonché processi termochimici come la carburazione, la nitrurazione e altri.

Metodi di trattamento termico dell'acciaio

• Acciaio normalizzato – affinamento della grana e unificazione della microstruttura.
• Wyżarzanie odprężające – riduzione delle tensioni residue.
• Rammollimento dell'acciaio – riduzione della durezza e miglioramento della suscettibilità a ulteriori lavorazioni.
• Ricottura completa – austenitizzazione e raffreddamento lento.
• Ricottura isotermica – trasformazione effettuata mantenendo una temperatura opportunamente selezionata.
• Ricottura a sfera – sferoidizzazione – cambiamento nella morfologia della cementite o di altri carburi.
• ricottura di ricristallizzazione – eliminazione degli effetti della compressione e ripristino della plasticità.
• ricottura omogeneizzante – riduzione della segregazione e omogeneizzazione della composizione del materiale.
• Indurimento e trattamento termico – modellare la microstruttura e le proprietà mediante indurimento e rinvenimento.
• Acciaio temprato – modifica controllata delle proprietà dell'acciaio dopo la tempra.
• Tempra a induzione – riscaldamento a induzione superficiale e raffreddamento rapido.
• Indurimento a fiamma – indurimento superficiale dopo riscaldamento localizzato con una fiamma.
• Sovrasaturazione – ottenere una soluzione solida sovrasatura mediante un opportuno ciclo termico.
• Invecchiamento – separazione di fase controllata che porta al rafforzamento del materiale.

Metodi di trattamento termochimico dell'acciaio

• Nitrurazione dell'acciaio – arricchimento per diffusione dello strato superficiale con azoto.
• Acciaio cementato – arricchimento per diffusione della superficie con carbonio.
• Carbonitrurazione – arricchimento simultaneo dello strato superficiale con carbonio e azoto.
• Nitrocarburazione / nitrocarburazione – arricchimento dello strato principalmente con azoto e carbonio.
• Perforazione – saturazione per diffusione della superficie con boro.
• Cromatura a diffusione – arricchimento per diffusione dello strato con cromo.
• Alluminizzazione per diffusione – arricchimento per diffusione dello strato in alluminio.