Nitrurazione e post ossidazione nera su componenti automotive
Premessa
Tra i trattamenti termochimici, utilizzati nelle produzioni di serie, la nitrurazione rappresenta il miglior compromesso tra prestazioni meccaniche e deformazioni, rispetto ai classici processi di cementazione e carbonitrurazione.
La qualità della superficie e dello strato nitrurato garantisco- no ottimi risultati, sia dal punto di vista tribologico che per la resistenza alla fatica meccanica.
L’assenza di una fase di tempra drastica, permette di evitare successive riprese di lavorazione meccanica; in questo caso, la temprabilità Jominy non rientra più nei parametri chiave, da tenere sotto controllo.
Tuttavia, le basse temperature di processo (550-580°C) e di conseguenza l’aumento del tempo ciclo, rappresentano un aspetto che ne limita una maggiore diffusione.
La resistenza all’usura abrasiva, conferita dalla nitrurazione, può essere integrata da una post ossidazione nera (2-3 mi- cron di Fe3O2) in grado di garantire >240 h di resistenza alla corrosione in nebbia salina.
Nella nitrurazione e nitrocarburazione ferritica (soft nitri- ding), la formazione di coltre bianca superficiale, permette l’ottimo ancoraggio dello strato ossidato.
La qualità della superficie e dello strato nitrurato garantisco- no ottimi risultati, sia dal punto di vista tribologico che per la resistenza alla fatica meccanica.
L’assenza di una fase di tempra drastica, permette di evitare successive riprese di lavorazione meccanica; in questo caso, la temprabilità Jominy non rientra più nei parametri chiave, da tenere sotto controllo.
Tuttavia, le basse temperature di processo (550-580°C) e di conseguenza l’aumento del tempo ciclo, rappresentano un aspetto che ne limita una maggiore diffusione.
La resistenza all’usura abrasiva, conferita dalla nitrurazione, può essere integrata da una post ossidazione nera (2-3 mi- cron di Fe3O2) in grado di garantire >240 h di resistenza alla corrosione in nebbia salina.
Nella nitrurazione e nitrocarburazione ferritica (soft nitri- ding), la formazione di coltre bianca superficiale, permette l’ottimo ancoraggio dello strato ossidato.
Processo ed impianto
Il trattamento brevettato Nitruless, utilizzato sia in campo automotive, che in settori terzi, quali piattaforme petrolifere, ferroviario e micro componentistica, rappresenta un’eccel- lenza.
Gli impianti (forni a pozzo) presentano una nuova concezio- ne del pannello di miscelazione dei gas di processo; innova- tiva e ad alto contenuto tecnologico.
La gestione delle varie rampe dei gas di processo, quali l’am- moniaca NH3 e l’azoto N2, oltre ai gas ausiliari quali anidride carbonica CO2 e metano CH4, vengono tutti controllati da sensori analogici di pressione e gestiti da precisi misurato- ri elettronici di gas-massa. Tali dispositivi sono in grado di regolare in modo proporzionale e totalmente automatico, la quantità di gas richiesto dal programma del forno. I mass flow oltre a mantenere la precisione del passaggio dei gas, escludono l’intervento manuale dell’operatore e compen- sano in automatico le variazioni di pressione di rete. Inoltre, l’impianto è predisposto per funzionare con la regolazione del processo totalmente in automatico, ma all’occorrenza il forno può lavorare con portate fisse.
Gli impianti (forni a pozzo) presentano una nuova concezio- ne del pannello di miscelazione dei gas di processo; innova- tiva e ad alto contenuto tecnologico.
La gestione delle varie rampe dei gas di processo, quali l’am- moniaca NH3 e l’azoto N2, oltre ai gas ausiliari quali anidride carbonica CO2 e metano CH4, vengono tutti controllati da sensori analogici di pressione e gestiti da precisi misurato- ri elettronici di gas-massa. Tali dispositivi sono in grado di regolare in modo proporzionale e totalmente automatico, la quantità di gas richiesto dal programma del forno. I mass flow oltre a mantenere la precisione del passaggio dei gas, escludono l’intervento manuale dell’operatore e compen- sano in automatico le variazioni di pressione di rete. Inoltre, l’impianto è predisposto per funzionare con la regolazione del processo totalmente in automatico, ma all’occorrenza il forno può lavorare con portate fisse.
Test
Per la validazione del processo, sono state eseguite prove di tribologia e di resistenza alla corrosione in nebbia salina, oltre ad analisi metallografiche, utilizzando l’acciaio 42CrMo4 allo stato bonificato, largamente impiegato in area powertrain.
Il confronto è stata eseguito con diverse soluzioni, in moda- lità comparativa, quali:
- Nitrurazione
- Superfinitura
- DLC
- Nitruless
Tribologici
IL tribometro disc on disc (foto 1) utilizzato è quello che rappresenta maggiormente la tipologia di applicazione. Si tratta di in un accostamento rigido tra un provino (disco trattato in superficie) e un disco messo in rotazione coassiale con l’al- bero di trascinamento macchina. Lo sforzo di taglio che ne deriva nella zona di contatto, è misurato da un torsiometro. Pertanto lo sforzo di taglio in relazione a quello normale applicato permette di ricavare il comportamento del coef- ficiente di attrito, in funzione della distanza circonferenziale percorsa.
Il trattamento di Nitruless, con uno strato porosità inferiore al 25%, ha garantito il miglior risultato in termini carichi appli- cati (circa 600 N) e comparsa di usura.
Esami micrografici e prove di corrosione in nebbia salina Il trattamento di Nitruless, prevede due tipologie di para- metri, che producono rispettivamente il 25% ed il 50% di strato poroso della coltre bianca (Foto 3-4 ).
Una minor porosità migliora il comportamento ad usura, mentre uno strato poroso più profondo, garantisce un mi- glior ancoraggio del layer di ossidazione e di conseguenza una maggior resistenza alla corrosione.
Una minor porosità migliora il comportamento ad usura, mentre uno strato poroso più profondo, garantisce un mi- glior ancoraggio del layer di ossidazione e di conseguenza una maggior resistenza alla corrosione.
In sintesi, la variazione del processo, permette di progettare a seconda della caratteristiche che si vuole privilegiare, la so- luzione migliore.
La prova di corrosione in nebbia salina ha evidenziato ottimi risultati con assenza di ossidazione, laddove lo strato ossi- dato ha un ancoraggio migliore (50% di porosità); sulla solu- zione con il 25% di porosità, si evidenziano alcuni focolai di corrosione rossa (Foto 5-6)
La prova di corrosione in nebbia salina ha evidenziato ottimi risultati con assenza di ossidazione, laddove lo strato ossi- dato ha un ancoraggio migliore (50% di porosità); sulla solu- zione con il 25% di porosità, si evidenziano alcuni focolai di corrosione rossa (Foto 5-6)
Risultati e conclusioni
In sintesi, il trattamento di Nitruless, certificato in area auto- motive, è in grado di garantire:
▪ Ottima resistenza all’usura, abbinata ad un elevata resi- stenza alla corrosione.
▪ Notevoli standard di qualità, con l’utilizzo di un unico im- pianto/fornitore.
▪ Massima flessibilità nel processo, con gestione comple- tamente automatizzata.
▪ Possibilità di modificare il ciclo a seconda della caratteri- stica richiesta dal progetto.
▪ Impiego su tutte le tipologie di acciai, ad eccezione dei sinterizzati e acciai inossidabili.
▪ Ottima resistenza all’usura, abbinata ad un elevata resi- stenza alla corrosione.
▪ Notevoli standard di qualità, con l’utilizzo di un unico im- pianto/fornitore.
▪ Massima flessibilità nel processo, con gestione comple- tamente automatizzata.
▪ Possibilità di modificare il ciclo a seconda della caratteri- stica richiesta dal progetto.
▪ Impiego su tutte le tipologie di acciai, ad eccezione dei sinterizzati e acciai inossidabili.