Trattamenti superficiali: Codeposizione

Rubrica: Trattamenti superficiali

Titolo o argomento: Migliorare le proprietà meccaniche delle superfici dei metalli

Codeposizione

La tecnica di Codeposizione è simile al processo di Nichelatura galvanica ed è particolarmente adatta per fusioni in lega leggera. Durante la fase di deposito del riporto in Nichel, viene inglobato un materiale inerte a granulometria finissima come ad esempio il carburo di silicio. Questa operazione conferisce una notevole durezza ed ottime proprietà antiusura. Qualora il riporto metallico sia a base di Nichel, Rame o Bronzo galvanico, il materiale da inglobare può avere una struttura lamellare. In tal modo si ottiene una superficie a basso coefficiente di attrito. Possono essere impiegate per tale compito particelle di grafite, solfuro di Molibdeno o nitruro di Boro.

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Introduzione ai trattamenti termici degli acciai
Introduzione ai trattamenti superficiali
Introduzione ai trattamenti di finitura superficiale

Trattamenti superficiali: Nichelatura galvanica

Rubrica: Trattamenti superficiali

Titolo o argomento: Migliorare le proprietà meccaniche delle superfici dei metalli

Nichelatura galvanica

I trattamenti superficiali galvanici si eseguono trattando i metalli elettroliticamente (es. zincatura, nichelatura, cromatura, ossidazione, ecc…). I processi galvanici possono comportare sia addizione sia rimozione di parti in un determinato metallo grazie al trasferimento elettrolitico del metallo stesso. La nichelatura galvanica, che ricopre di uno strato di nichel diversi metalli, contribuisce ad aumentarne la resistenza meccanica e la resistenza alla corrosione di un pezzo. Esistono diversi altri trattamenti galvanici tuttavia, in campo motoristico, l’unico adottato è proprio quello della nichelatura. Il trattamento superficiale di nichelatura galvanica trova impiego ad esempio sulle canne integrali (allogiate nei monoblocchi) realizzate in ghisa al nichel.

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Introduzione ai trattamenti termici degli acciai
Introduzione ai trattamenti superficiali
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Introduzione ai trattamenti superficiali

Rubrica: Trattamenti superficiali

Titolo o argomento: Migliorare le proprietà meccaniche delle superfici dei metalli

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Come abbiamo visto all’inizio di questa rubrica, i Trattamenti Termici consistono in cicli di riscaldamento e raffreddamento controllati, sotto determinate condizioni, che hanno lo scopo di modificare le strutture cristalline dei metalli. Questa modifica interessa l’intera struttura del pezzo e ne cambia globalmente le sue proprietà a seconda delle prestazioni desiderate. Nel suo complesso, , nella sua interezza, un pezzo può divenire così idoneo a sopportare determinati sforzi previsti dal progettista. Quando invece si richiede un cambiamento di prestazioni meccaniche localizzato sulla sola superficie del pezzo (vedi ad esempio lo stelo di una forcella o la canna di un cilindro che richiedono una particolare durezza e finitura superficiale estremamente precisa), si ricorre ai Trattamenti Superficiali i quali sfruttano processi chimici, elettrolitici, laser, sintetici, meccanici, termici, per permettere alla zona superficiale del pezzo, sovente posta a contatto con altri pezzi e sollecitata ad usura in modo continuativo, di migliorare incisivamente le sue proprietà per il tale dato compito.

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Introduzione ai trattamenti termici degli acciai
Diagramma Ferro Carbonio
Curve di Bain
Punti critici
Ricottura e Ricottura di Normalizzazione
Tempra
Rinvenimento
Bonifica
Cementazione e Carbocementazione
Nitrurazione e Carbonitrurazione
Sinterizzazione

Introduzione ai trattamenti termici delle leghe d’alluminio
Invecchiamento artificiale (Indurimento strutturale)
Bonifica
Ricottura

Introduzione ai trattamenti superficiali
Nichelatura galvanica
Codeposizione
Riporto ceramico
Trattamento laser
Rivestimenti sintetici
Sinterforgiatura
Compattazione isostatica HIP
Superfinitura isotropica ISF

Introduzione ai trattamenti di finitura superficiale
Ultrasuoni
Vibrofinitura
Micropallinatura

Trattamenti termici degli acciai: Nitrurazione e Carbonitrurazione

Rubrica: Trattamenti termici

Titolo o argomento: Nitrurazione e Carbonitrurazione

Per i punti critici (Ac1, Ac3…) fare riferimento al diagramma Ferro Carbonio e le spiegazioni riportate nell’articolo introduttivo (vedi i Link Correlati in basso).

Nitrurazione

La nitrurazione è un T.T. durante il quale la zona periferica del pezzo viene arricchita d’azoto. Essa conferisce al pezzo d’acciaio trattato uno strato superficiale fine molto duro, resistente all’usura ed alla corrosione. Tale trattamento non è seguito da nessun altro trattamento e può essere eseguito solo su acciai con una determinata composizione. Il trattamento termico di Nitrurazione viene eseguito ad esempio sugli alberi a gomito (realizzati per l’appunto in acciaio da nitrurazione) solo dopo che il pezzo è stato rettificato e rispetta le dovute tolleranze. Si evitano indesiderate deformazioni disponendo gli alberi a gomito nei forni in modo ordinato evitando accatastamenti di più pezzi e posizioni sfavorevoli.

Fasi

Riscaldamento a 560-590°C dei pezzi di acciaio da trattare in forni contenenti azoto allo stato atomico.

L’assorbimento superficiale di questo elemento provoca la formazione di azoturi o nitruri di ferro che conferiscono grande durezza.

Carbonitrurazione

La carbonitrurazione ha lo scopo di aumentare notevolmente la durezza superficiale del pezzo trattato, nonché la resistenza all’usura e la resistenza alla fatica.

Fasi

Riscaldamento dei pezzi di acciaio (a bassa percentuale di carbonio) alla temperatura di 700-800°C in forni contenenti carbonio e azoto allo stato atomico.

Permanenza in tali forni per un tempo proporzionale (alcune ore) allo spessore cementato che si desidera ottenere.

Raffreddamento veloce che produce la tempra dello strato carbonitrurato.

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Introduzione ai trattamenti termici degli acciai
Introduzione ai trattamenti superficiali
Introduzione ai trattamenti di finitura superficiale

Diagramma Ferro Carbonio

Trattamenti termici degli acciai: Cementazione e Carbocementazione

Rubrica: Trattamenti termici

Titolo o argomento: Cementazione e Carbocementazione

Per i punti critici (Ac1, Ac3…) fare riferimento al diagramma Ferro Carbonio e le spiegazioni riportate nell’articolo introduttivo (vedi i Link Correlati in basso).

Cementazione

Le cementazioni sono quei T.T. che modificano più o meno profondamente la composizione di una lega ferrosa, costituente un pezzo, per diffusione di un elemento a partire dalla superficie. Esistono diverse tipologie di cementazione: carbocementazione, carbocementazione con cementi solidi, carbocementazione con cementi gassosi, carbocementazione con cementi liquidi.

Fasi carbocementazione

Riscaldamento dei pezzi di acciaio dolce ad una temperatura di 900-930°C in un mezzo contenente carbonio allo stato atomico.

Permanenza a tale temperatura e ambiente per un tempo proporzionale allo spessore dello strato superficiale che si desidera carbocementare.

Successivo T.T. di tempra per indurire solo lo strato superficiale.

Rinvenimento a 130-150°C per attenuare le tensione sorte nello strato superficiale martensitico dei pezzi.

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Introduzione ai trattamenti termici degli acciai
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Diagramma Ferro Carbonio

Trattamenti termici degli acciai: Bonifica

Rubrica: Trattamenti termici

Titolo o argomento: Bonifica

Per i punti critici (Ac1, Ac3…) fare riferimento al diagramma Ferro Carbonio e le spiegazioni riportate nell’articolo introduttivo (vedi i Link Correlati in basso).

Bonifica

Una Bonifica può essere definita una tempra seguita da rinvenimento a temperatura relativamente alta. Quando si esegue il T.T. di tempra si rischia che l’acciaio divenuto martensitico rimanga troppo a lungo sotto tensione e si posano quindi formare delle cricche o distorsioni. A tale scopo si esegue il rinvenimento. Il processo di tempra seguito da rinvenimento prende il nome di T.T. bonifica.

Fasi

Riscaldamento alla temperatura di tempra e permanenza fino alla completa formazione della struttura austenitica.

Raffreddamento sino alla temperatura ambiente con velocità superiore a quella critica.

Successivo e immediato riscaldamento sino ad una temperatura inferiore ad Ac1 (450-700°C).

Permanenza a tale temperatura fino alla trasformazione della martensite in sorbite.

Raffreddamento rapido nel caso l’acciaio sia suscettibile alla “fragilità al rinvenimento”, in alternativa non è necessario un rapido raffreddamento.

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Introduzione ai trattamenti di finitura superficiale

Diagramma Ferro Carbonio

Trattamenti termici degli acciai: Rinvenimento

Rubrica: Trattamenti termici

Titolo o argomento: Rinvenimento

Per i punti critici (Ac1, Ac3…) fare riferimento al diagramma Ferro Carbonio e le spiegazioni riportate nell’articolo introduttivo (vedi i Link Correlati in basso).

Rinvenimento

Si tratta di un trattamento termico che permette al pezzo trattato di acquisire un’elevata resistenza a trazione e, al tempo stesso, buone capacità di allungamento e tenacità. Si riscontra inoltre una diminuzione di fragilità.

Fasi

Riscaldamento fino ad una temperatura inferiore ad Ac1 e pari a circa 100-200°C. A queste temperature la struttura martensitica ottenuta con la tempra non cambia tuttavia si riduce la durezza di tale struttura. Tale calo di durezza offre una notevole riduzione delle tensioni interne aumentando la resilienza.

In alternativa riscaldamento fino ad una temperatura inferiore ad Ac1 e pari a circa 450-650°C. A queste temperature la struttura martensitica ottenuta con la tempra diventa sorbite e ciò cambia notevolmente tutte le proprietà dell’acciaio nel quale diminuisce notevolmente la resistenza in cambio di allungamento e tenacità ancora maggiori rispetto al primo tipo di riscaldamento.

Permanenza alla suddetta temperatura dalle 2 alle 10 ore.

Raffreddamento veloce (in acqua oppure olio) per gli acciai soggetti alla fragilità al rinvenimento.

Raffraddamento (in aria) a qualsiasi velocità per gli acciai non soggetti alla fragilità al rinvenimento.

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Diagramma Ferro Carbonio

Trattamenti termici degli acciai: Tempra

Rubrica: Trattamenti termici

Titolo o argomento: Tempra

Per i punti critici (Ac1, Ac3…) fare riferimento al diagramma Ferro Carbonio e le spiegazioni riportate nell’articolo introduttivo (vedi i Link Correlati in basso).

Tempra

In realtà non vi è un unico trattamento termico di tempra. Ne esistono diverse tipologie: tempra diretta; tempra scalare martensitica; tempra scalare bainitica; tempra con isteresi; tempra incompleta; tempra superficiale; tempra superficiale a induzione; tempra superficiale alla fiamma. Quello che sostanzialmente accomuna tutti i trattamenti termici di tempra è quanto segue. Lo scopo è quello di ottenere una struttura martensitica che conferisce maggior durezza, maggior carico di rottura e carico al limite di elasticità; maggior resistenza all’usura; un’elevata resistenza alle sollecitazioni di fatica. Tuttavia esistono anche degli svantaggi come la diminuzione della resilienza e dell’allungamento percentuale a rottura nonché la presenza di maggiori tensioni interne dei pezzi o addirittura: la distorsione di essi.

Fasi

Riscaldamento a temperatura superiore ad Ac3 (acciai ipoeutettoidi) o superiore ad Ac1 (acciai ipereutettoidi).

Permanenza alla suddetta temperatura per un tempo sufficiente per ottenere l’equilibrio strutturale delle zone interessate: ovvero l’austenizzazione.

Raffreddamento con una velocità superiore alla velocità critica di tempra fino ad una temperatura prossima ad Ms (vedi temperatura spiegate nel paragrafo dei punti critici).

Le successive fasi di raffreddamento sono differenti a seconda del tipo di tempra che si desidera ottenere e quindi degli scopi per i quali i trattamenti vengono effettuati.

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Diagramma Ferro Carbonio

Bielle in mogano

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Bielle in legno

Circa una decina di anni fa, sul numero di Marzo della rivista “Elaborare” usciva un articolo riguardo le bielle in fibre naturali. Si trattava di una burla (un pesce d’Aprile), un articolo poi smentito nel numero successivo. L’articolo, anche se non veritiero, era molto ben curato e l’autore inventava dettagli che potevano risultare convincenti ad una prima rapida lettura. L’articolo viene riassunto di seguito:

Si è scoperto che le fibre naturali presentano alcuni vantaggi insospettabili per realizzare organi come le bielle. Bielle allo stato prototipale realizzate in legno di mogano hanno dimostrato di possedere un’elevata resistenza a trazione e compressione, una buona elasticità, un’elevata leggerezza che contribuisce alla riduzione delle inerzie e permette di raggiungere buoni regimi di rotazione. Logicamente il dimensionamento di tali organi dovrà essere più generoso rispetto a quello delle stesse in acciaio. Infine si sono potuti osservare interessanti caratteristiche quali l’assenza di conduzione del calore e delle vibrazioni. Le bielle di legno non trasmettendo né calore, né vibrazioni (come invece accade per i metalli) ed offrono un importantissimo incremento della resistenza a fatica. E’ importante notare però che questi componenti fantascientifici devono subire trattamenti speciali quali ad esempio: rivestimenti con sostanze impregnanti, verniciature con vernici di derivazione aerospaziale.

Ora, a distanza di anni, mi chiedo: “Oggi sarebbe possibile avvicinarsi anche minimamente a quanto affermato in questo pesce d’Aprile?” Così… giusto per effettuare qualche curiosa prova di laboratorio su una biella in un sol pezzo, come quelle adottate sui 2 tempi, e stare ad osservare cosa accade su un piccolo motore che lavora ad un ridotto numero di giri e con minimi carichi.