La carbonitrurazione è un processo mediante il quale il carbonio e l’azoto vengono introdotti sulla superficie di una parte in acciaio. L’obiettivo di questo processo è quello di formare un’austenite (sopra A3) che diventa una microstruttura a matrice di martensite dopo la tempra. Se c’è troppo azoto introdotto nell’acciaio, può provocare austenite trattenuta, che è austenite che non diventa una microstruttura martensite dopo la tempra. Ciò può causare problemi come l’aumento della porosità, con cui molti piccoli fori indeboliscono la struttura del materiale. Per questo motivo, è estremamente importante utilizzare la corretta atmosfera di trattamento termico, il mezzo di tempra e il processo di carbonitrurazione generale.

Processo di carbonitrurazione

Atmosfera: Il processo di carbonitrurazione è simile al processo di carburazione del gas, ma con l’aggiunta di ammoniaca accanto al carbonio. Questo processo aggiunge 0,5 – 0,8% di carbonio e 0,2-0.4% di azoto sulla superficie dell’acciaio. L’azoto proviene dall’ammoniaca presente nell’atmosfera.

Trattamento termico: la temperatura utilizzata per la carbonitrurazione dovrebbe essere di circa 850 ° C (1550°F). Questo è inferiore alla temperatura utilizzata per la carburazione, e il tempo per il quale la parte sarà trattato termicamente per è più breve pure. Queste temperature più basse utilizzate per la carbonitrurazione rispetto alla carburazione significano anche una minore distorsione della parte, specialmente durante la tempra. Tuttavia, questa è una temperatura più alta di quella utilizzata per la nitrurazione standard.

Tempra: Una volta che la parte è stata trattata termicamente, deve essere immediatamente spenta in olio o gas con un’atmosfera protettiva. Mentre l’acqua è un altro possibile mezzo di spegnimento, gli acciai dolci possono distorcere di più quando vengono spenti in acqua. Per questo motivo, la tempra in olio o gas con un’atmosfera protettiva è raccomandata sull’acqua.

Profondità di indurimento della cassa (CHD): La profondità di indurimento della cassa è la profondità della superficie dell’acciaio permeata dal processo di indurimento. Questa profondità dipende da una varietà di fattori, tra cui la profondità di carbonitrurazione, la temperatura di indurimento, il tasso di tempra, la temprabilità dell’acciaio e le dimensioni del componente.

Vantaggi della carbonitrurazione

Come accennato in precedenza, l’obiettivo della carbonitrurazione è quello di dare all’acciaio un guscio esterno più duro. Tuttavia, la cassa indurita non è uno strato aggiuntivo sopra l’acciaio. Il processo di carbonitrurazione altera lo strato superiore del componente in modo da mantenere le dimensioni originali. Questo caso indurimento è in genere tra 0.07-0.75 mm di spessore. Una custodia più spessa significa una maggiore protezione dall’usura, ma qualsiasi cosa oltre 0,75 mm di solito non vale il tempo e lo sforzo necessari per raggiungere. Inoltre, la durezza del guscio può aumentare fino a 65-66 HRC sulla scala Rockwell che lo colloca nella categoria “acciaio molto duro”.

La microstruttura a matrice di martensite derivante dalla carbonitrurazione è uno dei principali vantaggi dell’utilizzo di questo processo. Questa microstruttura è ciò che conferisce allo strato esterno dell’acciaio una maggiore durata, resistenza all’usura e duttilità. A causa di questa maggiore durata e resistenza all’usura, le parti carbonitrizzate hanno aumentato la durata della vita in ambienti scarsamente lubrificati e contaminati che normalmente sarebbero troppo estremi per le loro controparti non trattate. Inoltre, le parti trattate in questo modo hanno tensioni residue di compressione di-25ksi (-172MPa).

Altri vantaggi del carbonitrurazione includono il fatto che è perfetto per la produzione di massa di piccoli componenti. Più piccolo è il componente, più facile è ottenere una maggiore profondità del caso. C’è anche la resistenza all’ammorbidimento durante il rinvenimento e un aumento della forza d’impatto che può essere proprietà preziose in determinate situazioni. E, sia carbonitrurazione e carburazione può essere fatto insieme per combinare le loro proprietà.

Carbonitrided Part Applications

Quando si tratta di tipi di acciaio che possono essere carbonitrided, c’è un’ampia varietà che include carbonio normale, lieve (ridotto alluminio), lega bassa (massimo del carbonio di 0.25%), taglio libero ed acciaio sinterizzato. L’acciaio utilizzato sta per dipendere da ciò che il componente alla fine sta per essere utilizzato per. Alcune delle parti più comuni che si basano su carbonitriding sono denti ingranaggi, camme e alberi, cuscinetti, elementi di fissaggio e perni, bielle idrauliche, piastre frizione automotive, strumenti, e muore.

Guardando solo alcune di queste possibili applicazioni per l’acciaio carbonitrurato, possiamo vedere esattamente come i benefici di questo processo funzionano nel mondo reale. Ad esempio, le aste dei pistoni idraulici possono beneficiare della maggiore durata della vita che il carbonitrurazione fornisce in ambienti scarsamente lubrificati e contaminati. Una scarsa lubrificazione all’interno di un cilindro idraulico può causare il taglio di scaglie metalliche e la contaminazione del sistema. Questa contaminazione porta quindi ad un aumento dell’usura, distruggendo infine il cilindro dall’interno. Alcuni cilindri idraulici sono sigillati per tutta la vita, il che significa che il loro lubrificante non può essere cambiato quando viene contaminato. Situazioni come questa sono il motivo per cui la carbonitrurazione è così importante per prevenire l’usura.

Conclusione

La carbonitrurazione è un processo di trattamento termico mediante il quale carbonio e azoto (tramite gas di ammoniaca) permeano lo strato superficiale dei componenti in acciaio. Il processo prevede temperature di circa 850°C seguite da tempra in soluzioni di petrolio o gas. Il completamento con successo di questo processo garantirà ai componenti in acciaio una varietà di proprietà benefiche, in particolare una maggiore resistenza all’usura. E ci sono molte applicazioni differenti per le parti carbonitrided nelle situazioni di alto-usura quali i denti, i cuscinetti e gli strumenti dell’ingranaggio.

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