Nitrurazione

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La nitrurazione è un processo industriale di indurimento superficiale degli acciai.

Il procedimento consiste nel portare l'acciaio a 500 °C circa[1] (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, che varia a seconda della composizione dell'acciaio, può (con certi tipi di acciaio) raggiungere 1000 HV 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[1] 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.

Nitrurazione in fase gassosa[modifica | modifica sorgente]

La dissociazione termica dell'ammoniaca, catalizzata dall'acciaio, produce:
2NH3 \rightleftarrows 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.

Cenni Storici[modifica | modifica sorgente]

In epoca medievale un antenato della nitrurazione era una tempra seguita da un bagno in urina di cavallo, ricca di ammoniaca.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ a b Arduino, op. cit., p. 321

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Gianni Arduino, Renata Moggi, Educazione tecnica, 1ª ed., Lattes, 1990.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]