trattamenti termici

CARBOCEMENTAZIONE

Processo di Trattamento Termico


La carbocementazione è un processo metallurgico utilizzato per aumentare la resistenza all'usura degli acciai.


L'arricchimento superficiale in carbonio, e la conseguente formazione di carburi, è utile per conferire resistenza all'usura e rafforzamento grazie al meccanismo di Orowan in superficie, unite a tenacità interna (per esempio per denti di ingranaggi). Conviene eseguirlo su acciaio dolce portato oltre Ac3, in quanto l'austenite solubilizza meglio il carbonio.
Il carbonio migra oltre la superficie per diffusione, quindi la legge che ne regola il meccanismo è la seconda legge di Fick; importanti sono inoltre parametri come la temperatura, il tipo di reticolo metallico, la differenza di concentrazione tra ambiente esterno e interno (quindi si usa acciaio dolce con C < 0,2%, così che la forza motrice dovuta al gradiente di concentrazione sia la massima possibile) e l'estensione dei giunti dei grani (attraverso i quali gli atomi diffondono meglio).
Esistono diversi metodi di carbocementazione, in base alla sostanza cementante, ma si sottolinea che l'ambiente è sempre gassoso, in quanto vi è sempre la necessità del trasporto operato dall'ossido di carbonio.


Prodotti di solito cementati: ingranaggi.


Esempio di acciaio cementabile: 18NiCrMo5.

Nascita del termine tecnico.


La carbocementazione è un trattamento termico che grazie all’arricchimento di carbonio sullo strato superficiale dei particolari in acciaio, attraverso il metodo della diffusione in fase solida di questo strato di materiale in carbonio. Questo trattamento è il più antico e diffuso nella storia e denominato propriamente trattamento di cementazione, e prende questa definizione con nome classico di “Carbocementazione” per antonomasia.


Descrizione del trattamento di Carbocementazione.

Infatti, quando viene indicato il trattamento termico di cementazione, senza specificare quale sia l' elemento che si utilizza per diffondere tale atmosfera, ci si riferisce sempre al trattamento termico di carbocementazione, ovvero alla diffusione del carbonio; essa si esegue generalmente ad una temperatura di atmosfera compresa tra 850 e 950 °C, che attraverso un metodo chimico capace di generare carbonio allo stato nascente, permette la diffusione di tale carbonio nell' acciaio di cui è composto il materiale.

Molteplici sono i mezzi per eseguire tale trattamento, e possono essere gassosi, liquidi o solidi, ma in ogni caso questa diffusione avviene sempre durante la fase gassosa in cui si che libera particelle di carbonio nascente con attività cementante sullo strato esterno del materiale trattato.

Diverse metodologie di Carbocementazione.

La diversità nella metodologia del trattamento di carbocementazione viene diversificata a seconda della profondità degli strati di diffusione arricchiti di carbonio, che sono vengono successivamente induriti con il trattamento di tempra, e che può variare da uno strato minimo di 0,2 a un massimo di 3~4 mm a seconda della necessità stabilite in fase di progettazione.

Esiste la possibilità di eseguire la carbocementazione anche con strati più sottili di carbonio, però essendo esigua la durata e troppo breve del trattamento termico non consente un buon controllo del processo, fatto salvo quello in bagni di sali fusi oramai estinti per problematiche ambientali, che non ha limiti inferiori.

Dopo la carbocementazione, i pezzi devono esser necessariamente temprati, per conferire allo strato superficiale di carbonio apportato la corretta struttura martensitica e l'elevata durezza desiderata.

Diversità tra modalità di tempra dopo la Carbocementazione.

La tempra può essere diretta, cioè eseguita subito la carbocementazione, abbassando la temperatura portandola ad una temperatura d' austenitizzazione, generalmente più bassa di quella di carbocementazione.

Altrimenti viene detta indiretta dove in questo caso, la tempra avviene dopo un successivo riscaldamento riportando il materiale da trattare ad una temperatura d' austenitizzazione, che erano già stati raffreddati dopo la carbocementazione fino alla completa trasformazione dell’austenite dello strato cementato in perlite e di quella del cuore in ferrite e perlite.

La tempra diretta è meno costosa e dà luogo a minori deformazioni dei pezzi, ma quella indiretta, denominata “doppia tempra” permette di avere una maggiore raffinatezza e diffusione del grano austenico, generando una perfetta ed omogenea struttura composta che corrisponde ad realizzare la struttura atomica migliore dell’acciaio cementato e minore presenza di strati differenti all’interno della struttura cementata.