Che cos'è la carburazione: Vantaggi, processo, tipi e applicazioni
Ogni applicazione ha requisiti diversi per quanto riguarda la durezza del materiale utilizzato nella realizzazione dei suoi componenti. Tuttavia, per ottenere il livello di durezza desiderato, i metalli vengono sottoposti a un processo di carburazione.
Esistono diversi tipi di metalli che possono richiedere un indurimento, che si ottiene attraverso il processo di carburazione. Se volete sapere che cos'è la carburazione, leggete la guida qui sotto.
Che cos'è la carburazione?
La carburazione è un processo di trattamento termico che migliora le proprietà dei materiali, come la durezza, aggiungendo il contenuto di carbonio alla superficie del metallo. La superficie del metallo può essere priva di carbonio e quindi l'aggiunta di carbonio è essenziale per aggiungere un rivestimento duro intorno ad essa.
Vantaggi della carburazione
I vantaggi della carburazione sono molteplici e versatili:
- Il processo di carburazione è molto semplice e può essere eseguito in pochissimo tempo, e non richiede nemmeno eccessive competenze. È inoltre compatibile con diversi tipi di materiali, come la ghisa e l'acciaio al carbonio. È adatto a forme e design complessi.
- La carburazione è un processo non costoso che, con una spesa limitata, può offrire durezza ai componenti.
- La carburazione è adatta per i volumi di massa, in quanto è automatizzata e tempra lotti di prodotti più grandi.
- Offre un migliore controllo delle dimensioni e, anche dopo il processo di tempra, la deformazione è trascurabile.
- Migliora la resistenza all'usura e la duttilità del pezzo.
- La carburazione conferisce ai componenti un'elevata resistenza alla fatica e quindi lo strato duro all'esterno consente al componente di resistere a carichi elevati.
Processi di carburazione
Il processo di carburazione consiste nelle seguenti fasi:
Aggiunta di carbonio
Nella prima fase, il componente viene pulito e poi posto in una scatola ben chiusa che contiene i materiali carboniosi. Per sigillare la scatola si può utilizzare dell'argilla refrattaria. La scatola viene poi mantenuta nel forno a una temperatura di temperatura di 925 gradi Celsius per un periodo di tempo di circa 10 ore.
L'anidride carbonica proviene dal materiale carbonioso, che si scompone in carbonio e monossido di carbonio. Il carbonio si diffonde con il componente, che viene carburato. Il pezzo assorbe il carbonio a strati e poi la scatola viene rimossa dal forno.
Trattamento termico
Il pezzo viene quindi rimesso nel forno per la fase di trattamento termico. Viene tenuto nel forno per circa 15 minuti a una temperatura di 790 gradi Celsius. Ciò contribuisce a trasformare il metallo in austenite e poi, una volta rimosso dal forno, il pezzo viene tenuto in acqua. Questo porta a un rapido raffreddamento e allo sviluppo di strutture dure.
Tempra
Le tensioni interne si formano a causa del raffreddamento rapido e quindi è importante alleviare queste tensioni con il rinvenimento. È possibile riscaldare il pezzo a bassa temperatura e lasciarlo raffreddare all'aria dopo che è stato sottoposto a calore per un'ora.
Tipi di carburazione
Esistono diversi tipi di processi di carburazione, illustrati di seguito.
Carburazione a gas
La carburazione a gas consiste nel riscaldamento acciaio al carbonio alla temperatura di austenitizzazione in un'atmosfera ricca di carbonio. Si utilizza un gas vettore e il componente viene tenuto in un forno con propano e metano. Si tratta di una miscela di CO2, CH4, CO, ecc.
Alla temperatura di carburazione, il propano si decompone sulla superficie del pezzo e il carbonio si diffonde sulla superficie. La temperatura è di circa 925 gradi Celsius e il tempo necessario per la carburazione è di 2 ore.
Carburazione sotto vuoto
Il processo di carburazione sotto vuoto prevede l'utilizzo di un ambiente privo di ossigeno e a bassa pressione. Il processo utilizza idrocarburiche sono gas come il metano. L'ambiente circostante è privo di ossigeno e la temperatura può essere aumentata se necessario. Più alta è la temperatura, maggiore è la velocità di diffusione del carbonio.
Carburazione liquida
La carburazione liquida è un processo utilizzato per carburare componenti in acciaio o ferro. Questi componenti vengono mantenuti a una temperatura superiore a Ac1 nel sale in stato fuso e vengono aggiunti azoto e carbonio. La carburazione liquida utilizza il cianuro, che è composto da azoto e carbonio.
Il componente viene tenuto in un bagno di sale, che ha una temperatura di circa 900 gradi Celsius, e il sale è altamente tossico. Il sale ha incorporato azoto sulla superficie del componente, rendendolo duro.
Carburazione solida (Carburazione a pacchetto)
La carburazione solida è un processo in cui il monossido di carbonio deriva dal composto solido, che si decompone sulla superficie del metallo in anidride carbonica e carbonio nascente. I contenitori per la carburazione sono realizzati con acciaio al carbonio rivestito di alluminio, acciaio al carbonio o leghe di ferro e nichel-cromo che resistono al calore.
I componenti sono tenuti in una scatola sigillata con un mezzo di carburazione, che può essere carbone o coke. Il processo utilizza la carburazione a gas e il monossido di carbonio viene dissociato in anidride carbonica, che poi fonde il carbonio sulla superficie del pezzo. Il processo dura da un minimo di 2 ore a un massimo di 36 ore a una temperatura compresa tra 800 e 845 gradi Celsius.
Carburazione al plasma
Il processo di carburazione al plasma utilizza la distanza di incandescenza a corrente continua, che aggiunge uno strato di carbonio a un componente. La tensione di corrente continua viene applicata tra il componente e l'elettrodo e il pezzo viene mantenuto nella camera di carburazione. Il carbonio viene quindi rilasciato sotto forma di scarica al plasma.
Carburazione a goccia
La carburazione a goccia utilizza agenti organici, come il metanolo, che viene aggiunto al forno di carburazione. Il gas prodotto decompone i componenti e la loro superficie, lasciando uno strato duro di carbonio.
Carbonitrurazione
La carbonitrurazione viene eseguita anche sull'acciaio, con una massa di carbonio compresa tra lo 0,4 e lo 0,5%. Contribuisce a indurire la superficie del pezzo, che può includere alberi e ingranaggi. Il processo modifica il gas in cui sono presenti metano e ammoniaca.
Carburazione vs. nitrurazione
La carburazione e la nitrurazione sono entrambi processi che contribuiscono a indurire l'acciaio e altri metalli. Tuttavia, l'unica differenza tra loro è il materiale utilizzato durante il processo.
La carburazione viene utilizzata per diffondere il carbonio sulla superficie del metallo riscaldandolo in presenza di un materiale associato al carbonio. La nitrurazione, invece, utilizza l'azoto sul componente e lo espone ad alte temperature.
Applicazioni della carburazione
Il processo di carburazione si osserva in molte applicazioni per l'indurimento dei metalli utilizzati nei componenti; alcune di queste applicazioni sono riportate di seguito:
Aerospaziale: I componenti degli aerei, come le parti del motore e i carrelli di atterraggio, hanno bisogno di un'elevata resistenza, che richiede acciaio carburato.
Marittimo: I componenti, come i sistemi di ingranaggi e i motori in officina, sono realizzati con parti carbonizzate che offrono resistenza alla corrosione e all'usura.
Automobile: Nel settore automobilistico, vengono utilizzate parti ad alta resistenza all'usura, come cuscinetti, ingranaggi, alberi e carburazione.
Agricoltura: I macchinari utilizzati per l'agricoltura utilizzano l'acciaio carburato perché hanno bisogno di parti che resistano a condizioni ambientali difficili.
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Conclusione
Il processo di carburazione ha diversi tipi e ogni tipo ha le sue caratteristiche. È molto importante comprendere ogni tipo di processo di carburazione e la sua idoneità, in modo da poterlo scegliere in base ai requisiti dell'applicazione.
