Tempra superficiale: vantaggi, processo, tipologie e applicazioni

I metalli utilizzati per la produzione di componenti vengono induriti attraverso diversi metodi. La necessità di indurire questi metalli deriva dai requisiti delle applicazioni, affinché le parti metalliche rimangano durevoli e resistenti. Se desiderate approfondire la tempra superficiale, leggete la guida che segue.

Panoramica sulla tempra superficiale

Che cos'è la tempra superficiale?

La tempra superficiale è un metodo di trattamento termico in cui l'oggetto metallico viene indurito nello strato esterno, mentre il nucleo interno rimane tenero. Si crea uno strato indurito sulla superficie che la rende resistente alla fatica e all'usura.

I materiali comunemente impiegati per la tempra superficiale sono l'acciaio a basso tenore di carbonio o il ferro. Il materiale utilizzato determina la qualità richiesta dal prodotto finale. Esistono diversi metodi utilizzabili per la tempra superficiale, tra cui la nitrurazione, la carbonitrurazione, la cementazione e la cianurazione.

Scopo della tempra superficiale

La tempra superficiale è un metodo che tratta il materiale rendendo dura la sua superficie esterna, mentre il nucleo interno rimane tenero. Crea un sottile strato di rivestimento sul componente e lo rende resistente.

La tempra superficiale migliora la resistenza a fatica del metallo e lo rende tenace e resistente all'usura. La tempra superficiale rende inoltre il componente efficiente e saldabile.

Vantaggi della tempra superficiale

Il processo di tempra superficiale presenta alcuni vantaggi, che sono i seguenti:

• La resistenza delle parti aumenta grazie all'aggiunta di uno strato di materiale duro, che le rende durevoli.
• Uno strato superiore duro sul componente lo rende lavorabile per applicazioni che prevedono l'uso di parti sottoposte a sollecitazioni elevate.
• La tempra superficiale rende i componenti resistenti alla frattura e alla fessurazione e li rende saldabili.
• Sulla superficie viene applicato un rivestimento prescritto che ne migliora la resistenza alla corrosione.
• La tempra superficiale migliora l'aspetto dell'acciaio, conferendogli una finitura lucida.

Svantaggi della tempra superficiale

La tempra superficiale, che presenta vantaggi, ha anche svantaggi. Alcuni degli aspetti negativi di questo processo sono i seguenti:

• Il processo è costoso e richiede competenze specifiche e strumenti dedicati.
• Nel processo si riscontra una variabilità della durezza, che influisce sulla resistenza del metallo. Il metallo può deformarsi durante il processo.
• Aumenta anche il margine di fessurazione e scheggiatura, con ripercussioni sulla durata del metallo.
• La suscettibilità del metallo alla corrosione aumenta quando il processo viene eseguito in modo errato.

Processo di tempra superficiale

Il processo di tempra superficiale può essere eseguito in quattro fasi, che sono le seguenti:

Attivazione

Si elimina lo strato passivo di ossido, che impedisce la diffusione di carbonio e azoto sulla superficie dell'acciaio, e la superficie viene attivata.

Rivestimento

Sulla superficie attiva viene quindi applicato uno strato di carbonio o azoto, che migliora la diffusione.

Diffusione

Il componente in acciaio viene riscaldato a una temperatura superiore a 900 gradi Celsius per molte ore, in un ambiente ricco di azoto e carbonio. Si ottiene così uno strato di acciaio indurito che fa affiorare gli atomi di carbonio e azoto sulla superficie.

Indurimento

La parte sottoposta a tempra superficiale viene quindi sottoposta a rinvenimento e tempra per migliorare le caratteristiche meccaniche del componente.

Tipologie di metodi di tempra superficiale

Per la tempra superficiale dell'acciaio è possibile scegliere tra diversi metodi, illustrati di seguito.

Riscaldamento e tempra

Per ottenere determinate qualità del materiale, come la durezza, si utilizza il processo di riscaldamento e tempra. È un metodo di trattamento termico in cui il metallo viene prima riscaldato a temperatura elevata e poi raffreddato in un liquido. A seguito di questo riscaldamento e raffreddamento, i metalli si induriscono e le loro caratteristiche strutturali cambiano.

Cementazione

L'acciaio a basso tenore di carbonio è prevalentemente metallo soggetto a cementazione. Il processo prevede il riscaldamento del metallo in un ambiente contenente carbonio, che contribuisce a creare uno strato sulla superficie del metallo. Esistono diversi metodi di cementazione, che conferiscono resistenza alla corrosione, resistenza meccanica e resistenza all'usura.

Nitruratura

La nitruratura è un processo comunemente scelto per gli acciai basso-legati. Questi metalli vengono riscaldati in un ambiente contenente azoto; talvolta l'azoto viene introdotto mediante scarica elettrica. Esistono diversi processi di nitruratura, che migliorano l'attrito, la durezza e la resistenza meccanica.

Cianurazione

Il processo di cianurazione prevede il riscaldamento della lega ferrosa in sali di cianuro, e la superficie della lega assorbe azoto e carbonio. Alla cianurazione seguono poi la tempra e il rinvenimento, in modo da ottenere la tenacità richiesta.

Carbonitrurazione

La carbonitrurazione è un processo in cui il metallo viene riscaldato in presenza di azoto e carbonio, e questi due elementi vengono diffusi nella superficie del metallo. Ne deriva la cementazione superficiale. Il processo di carbonitrurazione rende il componente dotato di resistenza all'usura e durezza.

Nitrocarburazione ferritica

La nitrocarburazione ferritica indurisce diversi tipi di ferro, acciai legati e relativi metalli. I componenti vengono prima puliti e il processo viene eseguito in fase ferritica. La temperatura è di circa 570 gradi centigradi e lo strato di carbonio e azoto viene diffuso sulla superficie.

Quali tipi di metalli possono essere sottoposti a cementazione superficiale?

Esistono vari tipi di metalli che possono essere sottoposti a cementazione superficiale, e alcuni di questi sono i seguenti:

Acciaio a basso tenore di carbonio

L'acciaio a basso tenore di carbonio viene arricchito di carbonio ad alta temperatura, e il tenore di carbonio varia tra lo 0,1 e lo 0,25%. Quando il carbonio si diffonde sulla superficie dell'acciaio, il contenuto di carbonio aumenta rendendolo più duro. Il nucleo interno dell'acciaio a basso tenore di carbonio è duttile, mentre quello esterno è duro, offrendo resistenza all'usura e alla corrosione.

Acciaio inossidabile

L'acciaio inossidabile viene indurito iniettando azoto e carbonio ad alta temperatura. In questo modo la superficie dell'acciaio inossidabile si indurisce mantenendo elevata la resistenza alla corrosione.

Ghisa

La ghisa viene anch'essa indurita mediante il processo di cementazione superficiale, in cui azoto e carbonio vengono iniettati ad alta temperatura in modo che la superficie diventi dura. Il processo di cementazione superficiale migliora anche la resistenza all'usura del metallo.

Acciaio ad alto tenore di carbonio

Quando si esegue la cementazione superficiale dell'acciaio ad alto tenore di carbonio, alcune misure precauzionali sono fondamentali. Il nucleo interno deve essere pre-protetto e queste leghe devono essere riscaldate ad alte temperature. Dopo il riscaldamento va introdotto carbonio in quantità adeguata, in modo da rendere duttile lo strato interno e duro quello esterno.

Acciaio per utensili

L'acciaio per utensili viene indurito diffondendo gli elementi e poi sottoponendolo a tempra. Il carbonio utilizzato nel processo di cementazione superficiale influisce sulla durezza, e si procede poi anche a una tempra accurata.

Applicazioni tipiche della cementazione superficiale

Le applicazioni che prevedono la cementazione superficiale sono le seguenti:

• Alberi a camme
• Macchine utensili
• Utensili da taglio
• Componenti aerospaziali
• Presse per forgiatura
• Barre
• Impianti di laminazione dei metalli
• Componenti automobilistici

Conclusione

La cementazione superficiale migliora in vari modi le proprietà meccaniche dei metalli e li rende adatti a diverse applicazioni. Se desiderate sottoporre i vostri componenti a cementazione superficiale, noi di DEK possiamo offrirvi questo servizio. Offriamo diversi metodi di cementazione superficiale e li scegliamo in base alla natura del vostro materiale e ai requisiti applicativi.

Domande frequenti

Qual è la temperatura di cementazione superficiale?

La temperatura di cementazione superficiale varia tra 871 e 954 gradi Celsius.

Come avviene la cementazione superficiale durante l'essiccazione?

La cementazione superficiale durante l'essiccazione si verifica quando lo strato superficiale esterno del metallo si asciuga più rapidamente di quello interno.

Come si rimuove il rivestimento di ossido dai componenti induriti?

La sabbiatura è un processo comune che aiuta a rimuovere lo strato di ossido dai componenti induriti.

Come si misura la durezza dopo la cementazione superficiale?

La durezza viene misurata con metodi diversi, come le prove Knoop, Vickers, Rockwell e Brinell. La scelta del metodo dipende da fattori quali la precisione richiesta, il tipo di materiale e la profondità di tempra.