Una semplice guida alla finitura di nitrurazione

La finitura di nitrurazione è un modo speciale di trattare le parti metalliche. Contribuisce a renderli molto duri, resistenti e in grado di durare a lungo. Si può pensare che sia come dare alle parti metalliche un forte strato di armatura. Questa armatura impedisce che si graffino, si usurino o si arrugginiscano. Se lavorate con parti metalliche che devono essere resistenti, questo articolo fa per voi. Vi illustreremo il processo di nitrurazione in modo semplice. Imparerete come funziona, perché è una buona cosa e come può aiutarvi a realizzare prodotti migliori.

Che cos'è il processo di nitrurazione e come funziona?

Il processo di nitrurazione è un tipo di trattamento termico. È un processo di trattamento superficiale utilizzato per indurire l'acciaio e altri metalli ferrosi. L'idea principale è quella di applicare l'azoto all'esterno di un pezzo metallico. Per farlo, si riscalda il pezzo in un luogo speciale in cui c'è molto azoto. L'azoto penetra nel metallo. Questo processo si chiama diffusione. Questo processo crea uno strato esterno molto duro.

Questo strato esterno è pieno di piccoli pezzi duri chiamati precipitati di nitruro. Questo rende la superficie molto, molto dura. È diverso da altri metodi di tempra del metallo, come la carburazione. Il processo di nitrurazione avviene a una temperatura inferiore. Questo è un aspetto molto positivo perché significa che i pezzi non si piegano e non cambiano molto la loro forma. La distorsione è minima, quindi i pezzi rimangono delle dimensioni corrette. Il processo di nitrurazione è un ottimo modo per rendere i pezzi più resistenti senza i problemi derivanti dall'uso di calore elevato.

Perché la protezione dalla ruggine è così importante con la nitrurazione?

Uno degli aspetti migliori della nitrurazione è la grande resistenza alla corrosione che conferisce ai pezzi. Ciò significa che aiuta a fermare la ruggine. Quando un pezzo viene nitrurato, viene creato uno strato speciale sulla parte superiore. Questo strato è chiamato strato composto. Questo strato è solitamente costituito da nitruro di ferro. Funziona come una parete resistente. Questa parete impedisce all'aria e all'acqua di raggiungere il metallo sottostante. Ciò contribuisce a bloccare la ruggine e altri tipi di usura e corrosione.

Per molti componenti, una buona resistenza alla corrosione è importante quanto la durezza. Si pensi, ad esempio, ai componenti di armi da fuoco o a quelli che vengono utilizzati in ambienti umidi. La resistenza alla corrosione che deriva dalla nitrurazione significa che questi componenti dureranno molto più a lungo. Anche per un metallo come l'acciaio inossidabile, che già resiste bene alla ruggine, la nitrurazione può migliorare ulteriormente la resistenza alla corrosione. Lo strato di nitruro migliora la resistenza all'usura e protegge il pezzo da eventuali danni. Questa maggiore resistenza alla corrosione è un vantaggio molto importante.

Qual è la giusta temperatura di processo per la nitrurazione?

La temperatura di processo della nitrurazione è molto importante. Di solito viene effettuata a un calore compreso tra 400°C e 575°C (750°F e 1065°F). Questa temperatura viene scelta con molta attenzione. Deve essere sufficientemente calda perché la diffusione dell'azoto funzioni. Ma non può essere troppo calda. Se la temperatura di processo diventa troppo alta, può indebolire l'interno del pezzo. Può compromettere la resistenza che il pezzo ha ottenuto da una precedente fase di trattamento termico.

La bassa temperatura di processo è un punto a favore della nitrurazione. Altri metodi per indurire il metallo, come la carburazione, utilizzano temperature molto più elevate. Il calore elevato può far piegare o cambiare la forma dei pezzi. Con la nitrurazione, la distorsione è minima. Ciò significa che è necessario meno lavoro per sistemare il pezzo dopo il trattamento. Il pezzo mantiene le sue dimensioni e la sua forma. Ciò consente di risparmiare molto tempo e denaro.

In che modo la nitrurazione modifica la finitura superficiale di un pezzo?

La finitura superficiale di un pezzo dopo la nitrurazione è solitamente molto gradevole e liscia. Poiché il processo utilizza un basso calore, la finitura superficiale non diventa ruvida. In molti casi, i pezzi sono pronti per essere utilizzati non appena vengono estratti dal forno. Spesso non necessitano di grandi lavori di lucidatura o rettifica. Questo è un aspetto positivo se si considerano altri metodi di trattamento termico che possono lasciare una superficie ruvida.

A volte, sulla superficie può comparire uno strato molto sottile di colore grigio scuro o nero. Si tratta di uno strato di ossido. Si verifica spesso con alcuni tipi di nitrurazione, come il processo di nitrocarburazione. Questo strato di ossido è in realtà positivo. Può migliorare la resistenza alla corrosione. Può anche aiutare i pezzi a scorrere facilmente e a ridurre l'attrito. Se si desidera una finitura superficiale molto brillante e lucida, è possibile eseguire una piccola lucidatura. Ma non si deve eseguire una lucidatura eccessiva. Una lucidatura pesante potrebbe portare via lo strato di nitruro duro.

È necessario temprare i pezzi dopo la nitrurazione?

Questa è un'ottima domanda. La risposta è no, non si temperano le parti dopo nitrurazione. I pezzi devono essere temprati e ottenere la tempra finale. prima inizia il processo di nitrurazione. La fase di rinvenimento conferisce all'interno del pezzo la giusta resistenza e tenacità. È molto importante che la temperatura per il rinvenimento finale sia superiore a quella utilizzata per la nitrurazione. Dovrebbe essere superiore di almeno 30°C (50°F).

Perché è così importante? Se si nitrura un pezzo a una temperatura superiore a quella di tempra finale, l'interno del metallo diventa morbido. Questo renderebbe l'intero pezzo molto più debole. Quindi, la regola da ricordare è la seguente: temprare e rinvenire sempre prima. In questo modo si assicura che l'interno della lega rimanga forte, mentre la superficie esterna diventa molto dura. Un buon rinvenimento prima della nitrurazione è il segreto di un ottimo pezzo.

Come si può controllare la profondità del bossolo nella nitrurazione?

La profondità del bossolo indica la profondità della durezza nella superficie del pezzo. Con la nitrurazione, è possibile modificare la profondità del bossolo in due modi principali. Il primo è la durata della permanenza del pezzo nel forno. Il secondo è la temperatura del forno. Più a lungo il pezzo viene trattato, più l'azoto entra in profondità nel metallo. In questo modo si ottiene una profondità del bossolo maggiore.

Una cassa più profonda può migliorare la resistenza alla fatica di un pezzo. Questo è importante per i pezzi sottoposti a forti sollecitazioni, come un albero a gomito o un ingranaggio. Tuttavia, è bene sapere che questo processo richiede molto tempo. Ottenere una cassa profonda può essere molto lento e talvolta può richiedere più di 80 ore. Le persone che progettano i pezzi decidono la giusta profondità della cassa per il lavoro che il pezzo deve svolgere. Per molti lavori è sufficiente una cassa sottile per ottenere un'ottima resistenza all'usura.

Quali devono essere le condizioni della superficie prima del processo?

Le condizioni superficiali di un pezzo prima di essere inserito nel forno sono importantissime. La superficie deve essere completamente pulita. Non possono essere presenti olio, grasso, sporco o ruggine. Qualsiasi traccia di sporco sulla superficie può impedire all'azoto di penetrare nel metallo. Ciò provocherebbe la formazione di punti morbidi e il processo non funzionerebbe bene.

Inoltre, la superficie non può presentare strati di altre lavorazioni. Ad esempio, una superficie potrebbe essere danneggiata durante Lavorazione CNC. In questo caso, è necessario rimuovere un po' di materiale con un po' di smerigliatura o lucidatura per ottenere un metallo nuovo e pulito. Questo vale ancora di più per l'acciaio inossidabile. L'acciaio inossidabile presenta uno strato naturale che non si vede. Si tratta di uno strato di ossido che protegge il metallo. Questo strato deve essere rimosso prima del processo di nitrurazione. Se non viene rimosso, l'azoto non può penetrare nel metallo. Una superficie pulita è il primo passo per ottenere un buon pezzo nitrurato.

Quali sono i diversi tipi di nitrurazione?

Esistono tre tipi principali di nitrurazione. Ognuno di essi è leggermente diverso. Sono adatti a diversi tipi di lavoro.

1. Nitrurazione gassosa: È il tipo di nitrurazione che si vede più spesso. Per la nitrurazione a gas, i pezzi vengono messi in un forno chiuso ermeticamente. Nel forno viene poi pompato un gas speciale. Di solito si tratta di ammoniaca calda. Il gas ammoniaca si rompe sulla superficie del metallo caldo e lascia uscire l'azoto. L'azoto viene poi immesso nell'acciaio. Il flusso di gas deve essere osservato molto attentamente. La nitrurazione a gas è una buona scelta per la lavorazione di molti pezzi in una sola volta.
2. Nitrurazione a bagno di sale: Con la nitrurazione a bagno di sale, i pezzi vengono messi in una vasca di sale liquido e caldo. Questo sale contiene molto azoto e un po' di carbonio. Questa operazione viene talvolta chiamata nitrurazione liquida. La nitrurazione in bagno di sale è molto rapida. Conferisce ai pezzi una grande resistenza all'usura e alla corrosione. Viene spesso utilizzata per un tipo speciale di nitrurazione chiamato nitrocarburazione.
3. Nitrurazione al plasma: È il metodo più recente. Nella nitrurazione al plasma, i pezzi vengono inseriti in un forno a vuoto. Il forno viene poi riempito con una miscela di gas speciali, come azoto e idrogeno. Successivamente, vengono utilizzati dei campi elettrici per far sì che il gas si illumini, quasi come un'insegna colorata. Questo gas incandescente è chiamato plasma. Il plasma contiene ioni di azoto. Questi ioni vengono sparati sulla superficie del pezzo. La nitrurazione al plasma offre il miglior controllo sull'intero processo. Se necessario, è possibile utilizzare azoto puro. È un'ottima scelta per l'acciaio inossidabile perché il plasma pulisce la superficie e rimuove il duro strato di ossido.

Ecco una semplice tabella che mostra le differenze:

Quali tipi di materiali si possono temprare con la nitrurazione?

La nitrurazione è ideale per alcuni tipi di acciaio. Non funziona per tutti i metalli. I materiali migliori sono gli acciai legati che contengono speciali elementi di lega. Si tratta dei cosiddetti elementi formatori di nitruri. Questi elementi sono molto bravi a catturare l'azoto per creare i nitruri super duri che desideriamo. I migliori elementi per questo lavoro sono l'alluminio, il cromo e il molibdeno.

Ecco alcuni materiali adatti alla nitrurazione:

• Acciai a bassa lega con cromo e molibdeno. Vengono utilizzati molto spesso per i pezzi nitrurati.
• Gli acciai per utensili, come l'H13, sono spesso nitrurati. Vengono utilizzati per produrre oggetti come le matrici per estrusione.
• L'acciaio inossidabile è un'ottima scelta. La nitrurazione degli acciai inossidabili ne migliora notevolmente la durezza superficiale. Inoltre, impedisce che si attacchino o si graffino, un problema chiamato galla. Tutti i tipi di acciaio inossidabile, anche quello austenitico, possono essere trattati con la nitrurazione al plasma.
• Le ghise possono anche essere nitrurate. La superficie nitrurata rende le ghise molto più resistenti e durature.

Non è possibile temprare un semplice acciaio al carbonio con la nitrurazione. Questo perché non contiene i giusti elementi di lega. Senza questi elementi, l'azoto non può produrre i pezzi duri che conferiscono l'elevata durezza superficiale.

Per cosa vengono spesso utilizzati i componenti nitrurati?

I pezzi nitrurati si trovano in molte macchine che vediamo e usiamo tutti i giorni. La nitrurazione viene comunemente applicata alle parti che devono essere resistenti all'usura e alla fatica. Poiché il rivestimento è così resistente, è perfetto per le parti che sfregano l'una contro l'altra. Anche il basso attrito di una superficie nitrurata è di grande aiuto.

Ecco alcuni esempi di utilizzo di un pezzo nitrurato per indurire la superficie:

• Parti del motore: L'albero a gomiti, l'albero a camme e le parti delle valvole sono spesso nitrurati. Ciò consente loro di durare per milioni di giri e movimenti all'interno del motore di un'auto.
• Ingranaggi: Un ingranaggio di un'automobile o di una macchina deve avere una superficie molto dura. In questo modo si evita che i denti dell'ingranaggio si usurino. Un ingranaggio nitrurato è molto resistente e dura a lungo.
• Strumenti per la produzione di oggetti: Parti come le viti degli estrusori e le matrici che modellano la plastica e il metallo sono nitrurate. L'elevata durezza superficiale consente loro di modellare altri oggetti senza usurarsi.
• Componenti di armi da fuoco: Molte parti di un'arma sono nitrurate. Ciò conferisce loro una finitura dura, nera e duratura, che è anche molto efficace nel prevenire la ruggine.
• Cuscinetti e boccole: Per le parti che ruotano o scorrono, una superficie nitrurata significa meno attrito. Aiuta a evitare che si incastrino tra loro.

Qualsiasi pezzo che necessiti di una superficie molto dura e di una grande resistenza all'usura può essere migliorato con il processo di nitrurazione.

Cose fondamentali da ricordare

• La nitrurazione è un tipo di trattamento termico. L'azoto viene immesso nella superficie del metallo per renderlo molto duro.
• Conferisce ai pezzi un'incredibile resistenza all'usura e una grande resistenza alla corrosione.
• Il processo utilizza un calore ridotto. Ciò significa che i pezzi non cambiano molto la loro forma o dimensione.
• I tipi principali sono la nitrurazione a gas, la nitrurazione in bagno di sale e la nitrurazione al plasma. La nitrurazione al plasma offre il massimo controllo.
• La nitrurazione funziona meglio sugli acciai legati e sugli acciai per utensili. Questi acciai contengono elementi come il cromo o l'alluminio.
• I pezzi devono essere completamente temprati e rinvenuti prima si avvia il processo di nitrurazione.
• Viene spesso utilizzato per parti del motore come l'albero motore, oltre che per ingranaggi e utensili che necessitano di una superficie molto resistente.