Carbonitrurazione, cos’è e come funziona il processo per rendere resistente l’acciaio

Affinché l’acciaio possa presentare una maggiore resistenza all'usura a secco, si fa ricorso a varie tecniche che permettono di raggiungere una durezza continuativa nel tempo. Una di queste tecniche è la carbonitrurazione: si tratta di un processo metallurgico che consiste nell'investire pezzi di acciaio - riscaldati a temperature comprese fra 721 °C e 910 °C - con una miscela gassosa o liquida capace di cedere carbonio e azoto. La carbonitrurazione è effettuata ad una temperatura di circa 775 °C, e la permanenza in tale procedura deve protrarsi per tre o quattro ore.

Cos’è la carbonitrurazione e come si ottiene

In tale maniera si ottiene uno strato cementato profondo 0,10/0,15 mm, e lo spessore carbonitrurato può variare da 0,05mm a 0,55mm. La carbonitrurazione viene è eseguita su pezzi di acciaio a basso tenore di carbonio, e devono essere sottoposti prima ad un trattamento di distensione: si riscalda il materiale a temperature inferiori ad Ac1 (che varia tra 700 e 750C°) e poi si sottopone ad un raffreddamento lento.

I vantaggi della carbonitrurazione sono – oltre alla resistenza all'usura – l’evitare deformazioni nell’acciaio, e quindi può essere eseguita su pezzi di piccolo spessore. Le superfici carbonitrurate posseggono una minore tendenza all'ingranamento: si tratta dell’eccesso d’attrito che si crea tra due superfici metalliche in moto relativo quando viene a mancare – o è insufficiente - la lubrificazione, tanto da causare la deformazione e talvolta la fusione degli organi interessati, con conseguente blocco del motore. Perciò la carbonitrurazione è particolarmente indicata per le superfici di contatto dei pezzi dotati di moto relativo. Inoltre l'indurimento dei pezzi carbonitrurati permane anche a temperature di circa 360 °C,  e per tale motivo la carbonitrurazione è  spesso preferita alla carbocementazione.

Per ottenere pezzi in acciaio con un indurimento superficiale ottimale, lo strato cementato deve avere una profondità uniforme e deve essere riproducibile nel tempo. Il  gas usato e i sistemi di iniezione per ottenere un'atmosfera gassosa controllata devono essere di composizione stabile, essenziale per garantire la qualità dei pezzi. Un altro aspetto fondamentale è scegliere soluzioni che riducano il consumo di energia e di gas, per controllare meglio i cicli di produzione e per ottenere una produttività ottimale, e una migliore qualità dei pezzi finali.

La sicurezza indispensabile nei processi di carbonitrurazione

Un aspetto fondamentale lo occupa  la sicurezza. La carbonitrurazione è effettuata a una temperatura leggermente inferiore a quella della cementazione, e in atmosfere arricchite di atomi di carbonio e azoto. Queste atmosfere sono infiammabili e tossiche: il processo richiede quindi un'attenzione speciale, con impianti dedicati e una stretta vigilanza sul protocollo di sicurezza.

I settori in cui utilizzare la carbonitrurazione

Il trattamento di carbonitrurazione è utilizzata in vari processi e settori, dall’automotive  all’aeronautica, al metal fabrication. Gli utenti finali infatti richiedendo sempre di più nuovi materiali, in materia di proprietà meccaniche: così si stanno diffondendo  nuove applicazioni di trattamento termico, come ad esempio carburazione a bassa pressione e tempra a gas - o nitrurazione.

Tra le altre applicazioni del processo, ci sono  camme, alberi, cuscinetti, elementi di fissaggio, perni, bielle dei pistoni idraulici, dischi frizione automobilistici, utensili, stampi e strumenti per la lavorazione del terreno.