Cos’è la carbonitrurazione?
La carbonitrurazione è un trattamento termochimico impiegato per aumentare la durezza superficiale e la resistenza all’usura degli acciai. Prima di leggere questo articolo ti consigliamo di leggere l’articolo sulla carbocementazione premendo qui poiché molti degli aspetti che affronteremo si basano sui principi di questo trattamento.
In cosa consiste la carbonitrurazione?
Come sappiamo, grazie ai trattamenti termici possiamo modificare la microstruttura di un materiale per controllarne le caratteristiche meccaniche. In questo modo è possibile rendere un acciaio più duro o più tenero a seconda del campo di applicazione dei nostri particolari (argomento affrontato nell’articolo sulle microstrutture dell’acciaio). Nel caso dei trattamenti termochimici invece, grazie all’ausilio di gas cementati possiamo oltre a modificare la microstruttura del materiale, arricchire lo strato superficiale con elementi che ne influenzano ulteriormente le caratteristiche di durezza e resistenza ad usura.
La prima fase della carbonitrurazione consiste nel riscaldare un materiale dalla temperatura ambiente fino alla temperatura di austenitizzazione (compresa tra 800 e 950°C), in questo modo trasformiamo la struttura dell’acciaio da ferritico-perlitica ad austenitica. Raggiunta la temperatura ideale avviene un mantenimento a temperatura la cui funzione è quella di rendere il materiale uniforme e fare in modo che tutta la struttura si trasformi.
La seconda fase consiste nella diffusione dell’atmosfera cementante. Come affrontato nell’articolo dedicato alla carbocementazione all’interno della camera del forno viene diffuso un gas ricco di carbonio, in questo modo l’acciaio tenderà ad assorbire il carbonio in superficie. Maggiore è la richiesta di profondità di cementazione maggiore sarà la durata della fase di diffusione.
La terza fase consiste nell’aggiungere all’atmosfera cementante l’ammoniaca. L’ammoniaca (NH3) infatti alle alte temperature si scinde, arricchendo l’atmosfera di azoto. Le molecole di azoto presenti nell’atmosfera vengono quindi assorbite dal materiale dando origine a nitruri di ferro nello strato superficiale.
Terminato il processo di diffusione dell’ammoniaca i particolari vengono quindi temprati in olio e la struttura austenitica si trasforma in martensite con uno strato superficiale indurito dalla presenza di carburi e nitruri di ferro. In seguito il materiale viene rinvenuto per distendere le tensioni in eccesso e portarlo alle durezze desiderate.
Quali sono i materiali adatti?
Come per la carbocementazione l’acciaio deve avere un basso tenore di carbonio (0,1-0,3%) in modo da poter assorbire correttamente il carbonio presente nell’atmosfera. Gli acciai più utilizzati sono quelli basso legati con cromo, molibdeno o nichel. Allo stesso tempo la carbonitrurazione è utilizzata spesso anche su particolari di piccole dimensioni in acciai meno cementabili come gli acciai al carbonio, perché grazie al sottile strato ricco di azoto in superficie si possono raggiungere quelle durezze altrimenti irraggiungibili con la sola cementazione.
Su quali particolari si effettua?
La carbonitrurazione rende i particolari di piccole dimensioni molto duri in superficie e resistenti ad usura mantenendo però un cuore tenace, per questo motivo è utilizzata in settori come l’automotive, l’aerospaziale e la meccanica di precisione per migliorare la durata di componenti critici. Grazie a questo trattamento, i pezzi lavorati possono garantire prestazioni elevate anche in condizioni di lavoro gravose, con una maggiore durata nel tempo.
Ricordiamo sempre che “te lo spiego con un disegno” è un format ideato per spiegare trattamenti termici e nozioni di metallurgia in modo semplice e superficiale, sorvolando gli aspetti più tecnici.
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