Nitrurazione
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La nitrurazione è un processo industriale di indurimento superficiale dell'acciaio.
Il procedimento consiste nel portare il metallo a 550°C circa (il tempo di trattamento è quindi lungo) per introdurvi azoto atomico, il quale viene assorbito dalla ferrite superficiale del metallo e forma nitruri, prevalentemente Fe4N, molto duri e che distorcono il reticolo cristallino. Il meccanismo di rafforzamento che quindi interviene è quello di Orowan.
Lo spessore dello strato indurito è minore di quello ottenuto per carbocementazione, ma in compenso la sua durezza è molto maggiore e rimane stabile fino a temperature di 600-700°C.
Non è possibile utilizzare l'azoto molecolare, eccessivamente ingombrante, per cui si ricava l'azoto atomico dalla dissociazione termica dell'ammoniaca o dalla diffusione da bagni di sale.
Vantaggi:
- durezza superficiale e resistenza all'usura;
- stabilità al rinvenimento e quindi durezza a caldo;
- resistenza alla fatica e agli intagli;
- resistenza alla corrosione;
- stabilità dimensionale
- i pezzi possono essere sottoposti al trattamento completamente finiti perché il processo, avvenendo a bassa temperatura,non provoca tensioni e deformazioni.
Considerato il costo elevato, si nitrurano solo acciai dove il risultato sia tale da compensare la spesa: quindi quelli contenenti cromo, molibdeno e alluminio (< 1%), che formano nitruri più efficaci di quelli di ferro. Si preferiscono inoltre acciai bonificati perché è necessaria tenacità al cuore del pezzo e perché la struttura fine creata con la bonifica facilita la diffusione dell'azoto. Ne sono esempi il 41CrAlMo7 e il 42CrMo4.
Utilizzi più frequenti: calibri, riscontri, ingranaggeria di precisione, fasce elastiche, alberi a camme e a gomiti per la nitrurazione in fase gassosa; utensili di acciaio rapido a profilo costante (creatori, maschi, pettini, punte), acciai inossidabili o per valvole austenitici, alcuni acciai per stampi per la nitrurazione in bagno di sale.
Si sconsiglia di nitrurare pezzi sottoposti a elevata compressione.
[modifica] Nitrurazione in fase gassosa
La dissociazione termica dell'ammoniaca, catalizzata dall'acciaio, produce:
2NH3 <-> 2N + 3H2
quindi azoto atomico che diffonde nel ferro. Superati i limiti di solubilità dell'azoto nel ferro si formano i nitruri di ferro. Il primo nitruro che si forma quello a minor contenuto di azoto Fe4N, all'aumentare del tenore di azoto assorbito si forma il nitruro Fe2N. La durezza e la profondità dello strato sono legate alle variabili che regolano tale processo, quindi:
- composizione dell'acciaio;
- Potenziale nitrurante (legato al grado di dissociazione dell'ammoniaca);
- temperatura di trattamento (influenza il grado di dissociazione);
- tempo di permanenza.
Il Potenziale Nitrurante Np (grado di dissociazione dell'ammoniaca) influenza lo spessore e la morfologia della coltre bianca (strato di Fe2N e Fe4N) presente sulla superficie del pezzo; tale strato cede l'azoto all'acciaio sottostante per generare la diffusione dell'azoto nella matrice metallica. Lo strato di coltre bianca può essere eliminato con la rettifica; altrimenti, con l'introduzione di una fase a potenziale nitrurante ridotto (si aumenta il grado di dissociazione) prima della fine del processo si può ridurre o eliminare totalmente la coltre bianca.
