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IONICA tel.0331.463721 fax 0331.584049
1.-I PERCHE DELLA NITRURAZIONE IONICA.I settori a cui si rivolge
la nitrurazione, nitrocarburazione o ossidazione ionica sono quelli
percui necessario ottenere dei particolari con superficie indurita
per i primi 0.05 fino a 1 mmsenza dover sacrificare la tenacit
dello strato o rischiare fenomeni di scagliatura, frattura
,criccatura, rottura degli spigoli ecc.
acciaio Profondit mm Temperatura C dinitrurazione ionica
Tempo (ore) dimantenimento
Durezza HV
ST52 C40 0.1-0.8 mm 480-500 10-100 550-600GHISE (GS400) 0.05 0.4
mm 550 10-60 550-60034CrAlNi741CrAlMo7
0.1-0.8 mm 450-490 30-150 1000-1100
38NCD4 39NCD3 0.1-0.8 mm 480-500 40-100 600-65034NiCrMo8 0.1-0.8
mm 450-480 70 650-70018NCD5 0.1-0.8 mm 550 20 500-550Tab. 1 :
sommario dei principali acciai da bonifica e caratteristiche di
processo ionico.
Riportiamo di seguito in Fig.1 le curve di indurimento
comparative ottenute con nitrurazioneionica e gassosa su acciaio
34CrNiMo8 comunemente impiegati. Le curve si riferiscono acicli ad
elevata profondit per applicazioni ove i carichi specifici o quelli
medi di tipoHertziano sono importanti. In ogni caso la durezze di
punta ottenute con nitrurazione ionica sempre maggiore di quella
relativa al ciclogassoso.
Fig. 1:Confronto fra nitrurazione Gassosa e Ionica per varie
profondit su acciaio 34NiCrMo8
200
300
400
500
600
700
800
0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1Profondit mm
Dure
zza
Hv0.
3
10h gas
30h gas
30h gas+Nipre
72h gas.
72h+Nitrocarburazione
72h+Nipre
Ionica 70 ore
La ragione del leggero ma costante e generalizzato per tutti gli
acciai aumento di durezzasuperficiale nel processo ionico dovuta
allenergia che il plasma stesso imprime comecampo elettrico alle
particelle ionizzate di azoto ed idrogeno. Queste, quando impattano
sulla
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superficie dellacciaio, trasformano parte dellenergia in calore
e riscaldo; parte vieneimpiegata per diffondere maggiormente
allinterno della superficie determinando anche unasorta di
incrudimento superficiale.2.1 Morfologia dello strato indurito:Per
il fatto di riuscire a controllare la percentuale di azoto nella
miscela in modoaccuratissimo, si pu regolare fino al decimo di
litro, possiamo affrontare la nitrurazione suqualsiasi tipo di
acciaio compresi per esempio i Duplex, gli indurenti per
precipitazione, gliacciai rapidi che sono per antonomasia
sensibilissimi all infragilimento da diffusione di azoto.Per questi
materiali si effettuano permanenze in forno a temperature elevate
per ottenere unminimo di spessore (>0.05 mm) ed al contempo si
centellina la presenza di azoto nella miscelafino a 0.5 % su
idrogeno.Questa maneggevolezza della composizione della miscela
permette inoltre di nitrurare stampiper termoplastico, per
deformazione a freddo, attrezzature rettificate e lappate a quote
finite etolleranze zero senza rischi di distacchi a placche in
esercizio dello strato nitrurato o dideformazioni ed ingrossamenti
al di sopra del limite accettabile. Inoltre la rugosit
superficialeviene alterate in modo molto contenuto ed sufficiente
passare un panno con pasta diamantataper ottenere la superficie a
specchio.
Fig.2.:Confronto su materiale 34CrAlNi7 tra particolare
nitrurato ionico e particolare trattatocon nitrurazione gassosa a
parit di profondit. La differenza della morfologia della
zonaindurita notevole e permette di trarre immediatamente
considerazioni circa la fragilit e latenuta allo spallamento
reciproche.
2.2. Nitrurazione ionica su Inox Hardinox: come preservare
linossidabilit.
Sullo acciaio inox si esegue in modo pressoch esclusivo il
processo ionico ogni qualvolta sivoglia ottenere dei pezzi che
debbano resistere oltre che alla corrosione, ragione per cui
siimpiegano questi acciai, anche allusura , al grippaggio e
allabrasione. Infatti il processo inplasma grazia alla presenza di
idrogeno attivo riduce completamente lossido di cromopresente in
superficie permettendo immediatamente la diffusione dellazoto
allinterno dellamatrice ed il suo legame con il cromo al fine di
formare nitruri di cromo,Cr2N, estremamenteduri e funzionali contro
usura abrasiva . Qui di seguito ricapitoliamo le principali
caratteristiche ottenute su acciai inox dopotrattamento di
nitrurazione ionica:
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acciaio Profondit mm Temperatura C dinitrurazione ionica
Tempo (ore) dimantenimento
Durezza
AISI 410 430 420 0.05-0.3 550 20-50 900-1200AISI 304 316 -
0.05-0.25 550 20-50 900-1200DUPLEX 0.05-0.1 550 30 900-1200X22CrMoV
12 1 0.05-0.4 530-550 20 h (0.1 mm)
50 h (0.25-0.3 mm)900-1200
X8CrNiMoVNb113 0.1-0.15 mm 580 5-6 ore 900-1200Tab. 2 : sommario
dei principali acciai inossidabili e caratteristiche di processo
ionico.
I settori di impiego vanno dallalimentare , al farmaceutico , a
quello delle pompe perbevande, macchine per stampaggio
termoplastico, delle valvole nel campo petrolifero edellenergia
ecc. La caratteristica di tutti gli acciai in Tab. 2 lelevata
durezza che vieneconferita grazie anche alla disponibilit di grandi
quantit di cromo nellacciaio, bisognaquindi fare molta attenzione
nellimpiegare miscele a ridotto potere nitrurante per
evitarecriccature e spaccature dello strato duro come evidenziato
dalle foto sotto riportate:
Fig. 3.: Micrografie di strutture su acciai nitrurati con
processo ionico dove si vede lo spessoredello strato e la sua
reazione con il reagente chimico che evidenzia la diversa
resistenza allacorrosione dello strato indurito (sopra) rispetto a
quello non trattato (sotto).
Fig. 4a 4b: 4a: Applicazione di Hadinox su AISI 304 per settore
alimentare, cilindri dimacchine per gelati dove allinterno passa il
prodotto che viene poi raschiato da lame inAISI410 ad induzione 51
HRC. E richiesta la nitrurazione ionica in sostituzione
dellacromatura per ragioni di distacco della stessa incompatibile
con prodotti quali tutto
4b
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lalimentare , in quanto la Food&Drug Administration
americana ha imposto leliminazionetotale di riporti in cromo da
ogni componenee di macchine alimentari.In Fig.4b si vede una
applicazione settore energetico in AISI 316 parti per
contenimentogiranti di turbina idroelettrica in Valtellina, in
opera vi del terriccio miscelato con acqua cheincide il pezzo
quindi richiesta la nitrurazione ionica per indurire i primi decimi
di mm e postossidazione di Magnetite per ripristinare al pieno la
resistenza a corrosione.
Fig.5: Nitrurazione ionica su girante in AISI 316 diametro 1500
mm settore energetico perottenimento alta profondit 0.4 mm atta a
resistere allabrasione del terriccio presente nelfluido propulsore
della girante - turbina stessa.
Fig.6: Particolari rotori e statori in AISI 304 destinati al
settore delle pompe nitrurati conprocesso ionico per profondit di
0.15-0.2 mm e durezze di 1050 HV + post rivestimento alnitruro di
titanio.
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Fig.7.: cilindri in AISI 420 per lindustria alimentare delle
sfoglie di farinacei, i cilindri sonostati sottoposti ad Hardinox
per una durezza superficiale di 1050-1150 HV e profondit di0.1 mm.
Le numerose viti proteggono altrettanti filetti.
3.- Nitrurazione ionica su stampi per plastica pressofusione -
deformazionea freddo.Nel settore dei costruttori od utilizzatori di
stampi per le varie applicazioni che vanno dalfreddo alla plastica
passando per la pressofusione gli acciai pi comunemente impiegati
sonoriportati in Tab.3 con le profondit consigliate di nitrurazione
ionica che viene impiegata o dasola oppure in funzione di un
rivestimento P.V.D. successivo al titanio, al cromo odi altrogenere
che ne riduce ulteriormente lattrito.
acciaio Prof. mm TemperaturaCnitrurazione ionica
Tempo dimantenimento H
Durezza HV
2343-2344 0.1-0.15 520C 30 1050-1100X155CrMoV5.1 0.05-0.1 480C
28-30 1000-10502311-2312-prebonif. 0.2 450-480C 35-40 700-750TAB.3:
sommario dei principali acciai per costruzione stampi a caldo -
freddo e plasticaIl vantaggio principale ai fini dello stampo nel
processo ionico stato gi detto consiste nellaestrema delicatezza
del processo che permette di non intaccare la superficie con
indurimentitroppo aggressivi o fragili.
Fig.8: Schermo del sistema computerizzato di
gestionedellimpianto ionico, sulla destra sono visibili gli
ingressi dei vari gasche vengono controllati in quantit fino al
decimo di litro. Cipermette la regolazione la pi fine e delicata
del processo. Sivedono inoltre i valori di temperatura delle pareti
che scaldanovia convettiva la carica fino a una temperatura poco
inferiore aquella di lavoro cos da diminuire al minimo la fragilit
delle punte ospigoli.
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Un ulteriore accorgimento di fondamentale importanza nel
trattamento ionico degli stampi limpiego di forni con la parete
scaldante, ci significa che a differenza di impianti di
1generazione, dove il plasma forniva lenergia sia per il processo
che per il riscaldo, negliimpianti a parete calda il riscaldo
avviene convettivamente cosicch il plasma si impiega soloper la
nitrurazione con potenze di 10 15 volte inferiori a quelle usate
originariamente. Ci sitraduce in una ottima omogeneit di
temperatura e di processo, in una fortissima riduzionedelleffetto
spigolo o punta che si ha normalmente in un campo elettrico che
significainfragilimento e sovra temperatura degli stessi.
Fig. 9: 9a: stampi in pre bonificato con cicli da 0.15 0.2 mm e
durezze di 650 HV durante lafase di nitrurazione, si vedono le
termocoppie direttamente posizionate allinterno di cavit delpezzo,
i bulloni a protezione dei filetti e luniformit del plasma in
impianti a parete calda. 9b:stampo 1 Tonnellata a doppia impronta
in AISI 2343 lucidato a specchio prima del processoionico.
Limportanza del mantenimento della finitura superficiale (Fig. 6b)
legata allapurezza del materiale, in termini di inclusioni e di
omogeneit e morfologia dei carburiprimari, inoltre per anche
funzione del processo ionico che non determina unaprecipitazione
dei carburi secondari prodottisi in rinvenimento grazie alla
ridotta % di azotodiffuso che trova spazio nella matrice, non
superandone il limite di miscibilit,secondariamente la nitrurazione
ionica non provoca la coalescenza ( ingrossamento) deglistessi
carburi poich il processo avviene a temperature di 100-150C
inferiori a quelli classici.
9a 9b
Fig.10: Settori per realizzazione tubi passo pellegrino inAISI
2344 temprati a durezza di 46 HRC, lavoratimeccanicamente e
successivamente sottoposti anitrurazione ionica in impianto con
riscaldo convettivoper 0.25 mm e durezza superficiale di 1050
HV.
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Fig. 12: Grosso stampo (diagonale 850 mm peso 1000 Kg) di
pressofusione alluminio in 2343temprato sottovuoto a 44 HRC e
nitrurato in plasma per max. 0.05 mm anche sulla parte figura
infunzione antiusura abrasiva e supporto al rivestimento eseguito
nei ns. impianti P.V.D. in T-Layer
4.- Nitrurazione ionica su pezzi di grosse dimensioni per
industria meccanicapesante
Anche per la nitrurazione ionica T.T.N.S.p.A. ha voluto
mantenere la stessa logica di offertaimpiegata e vigente su
trattamenti complementari o alternativi quali nitrurazione
gassosa,cementazione, bonifiche in vuoto o atmosfere, tempre ad
induzione e cio le dimensioni deinostri impianti comprendono taglie
grosse. Possiamo infatti nitrurare in plasma pezzi fino a100
quintali di peso (foto in copertina), fino a 9 metri in verticale e
fino a 2.8 metri didiametro. I benefici che se ne traggono sono
fortemente correlati alle deformazioni chevengono implicate di
concerto con la geometria e le dimensioni del pezzo: maggiore la
lorocomplicazione minore deve essere la temperatura di
nitrurazione. Inoltre le durezze dibonifica per tali pezzi su cicli
molto lunghi, quali quelli a cui quasi sempre questi
particolarisono sottoposti (prof.0.6-1 mm), possono cadere dopo una
nitrurazione classica che prevede
Fig.11: Carica di stampi in pre bonificato conprotezione parte
chiusura a mezzo vernice baserame per evitare ogni tipo di rischio
sullescheggiature di spigoli. La carica viene
riscaldataconvettivamente a 450C ed il plasma apporta sololenergia
di differenza flusso laminare di gas alto-basso 4 termocoppie
esterno interno, alto-basso uniformit +/- 5C. Diametro del forno
1200mm
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temperature dellordine dei 520-550C. Se poi vi sono
considerazioni anche di caratterefunzionale e cio di fragilit della
superficie nitrurata dopo rettifica allora i benefici esposti
inmerito a parti finite stampanti si applicano di pari anche a
pezzi per industria meccanicapesante.
Fig.13: T.T.N. S.p.A.: nitrurazione ionica su cilindri fino a 6
metri in verticale con fori dadiam. 50 a 300 mm, materiale da
nitrurazione 1100 HV prof. 0.6 mm. Dalla foto si vede comesi
inseriscano dei provini sopra il pezzo in modo da poter certificare
completamente ildiagramma durezza profondit a fine trattamento.
T.T.N. S.p.A. impiega poi una tecnologiadi trattamento che permette
alla nitrurazione di essere effettuata anche allinterno di fori
senzaproblemi relativi a rapporti diametro lunghezza. Questo ci
permette di indurire cilindri,camere , tubi a cannone e qualsiasi
geometria con cavit particolarmente profonde dove sidesidera che vi
sia una maggior durezza e resistenza ad usura.
Molti casi di grossi pezzi in ghisa sferoidale possono essere
trattati con nitrocarburazioneionica, processo che conferisce
unelevatissima propriet antifrizione alle superfici in ghisacon
durezze nellordine dei 580-600 HV e profondit fino a 0.6 mm.La
nitrocarburazione un processo che diffonde oltre ad azoto , come in
nitrurazione, anchecarbonio al fine di migliorare ulteriormente le
prestazioni allo strisciamento di particolari conelevato tenore di
carbonio iniziale quali le ghise appunto.
provini
Fig.14: grossi lardoni a dimensioni FINITEper conferire
resistenza a scorrimento,realizzati in ghisa GS400 caricati
perprocesso di nitrocarburazione ionica. Pesocomplessivo 2000 Kg.
sostituita l atempraad induzione
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La nitrurazione ionica su tutti i particolari di elevate
dimensioni la miglior alternativa aprocessi quali la tempra ad
induzione o la cementazione. Questo perch la ionica: si eseguesu
pezzi finiti, non ha problemi dimensionali, garantisce la massima
ripetibilit, grazie aisistemi di controllo computerizzati ed il
controllo con termocoppie direttamente sui pezzi, nonrichiede
quindi alcuna lavorazione meccanica n di rettifica n di lucidatura
successiva, non harischi di cricche di tempra, perfettamente
omogenea su tutta la superficie senza rischi divariazioni di
profilo indurito, in una parola integrata al processo di
fabbricazione comeultimo anello e definitivo da eseguirsi al
termine, perfettamente certificabile con micrografiesu provini
trattati insieme ai pezzi (vedi Fig.13).
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LA NITRURAZIONE IONICA DI ALTA QUALITA ALLA MASSIMA POTENZA