Cementazione gassosa: una guida

Cos’è la cementazione gassosa?

La cementazione gassosa è un processo termochimico impiegato nell’industria metallurgica per migliorare le proprietà superficiali dei materiali metallici. Questo trattamento termochimico coinvolge l’introduzione di elementi chimici, tipicamente carbonio e azoto, nella superficie del metallo mediante la diffusione in una atmosfera ricca di tali elementi a elevate temperature. In particolare, la cementazione gassosa o carbocementazione gassosa è utilizzata per incrementare la durezza, la resistenza all’usura e la resistenza alla corrosione delle parti metalliche.

Vantaggi e svantaggi rispetto ad altri tipi di cementazione

La cementazione gassosa offre diversi vantaggi rispetto ad altri metodi di trattamento termochimico. Tra i principali vantaggi vi è la capacità di ottenere elevate profondità di trattamento rispetto ad altri processi, consentendo di migliorare significativamente la resistenza all’usura e alla fatica dei componenti. Inoltre, la possibilità di controllare con precisione la composizione chimica dell’atmosfera gassosa consente di ottenere risultati uniformi e ripetibili. Tuttavia, la cementazione gassosa può presentare alcuni svantaggi, come la necessità di elevati consumi energetici e tempi di ciclo più lunghi rispetto ad altri processi di trattamento termochimico.

Il processo di cementazione gassosa

Il processo di cementazione gassosa si basa sui principi della diffusione atomica e della reazione chimica tra l’atmosfera gassosa e il metallo in trattamento. A temperature elevate, gli atomi di carbonio o azoto presenti nell’atmosfera reagiscono con la superficie del metallo, penetrando nella sua struttura cristallina. Questa diffusione atomica avviene attraverso i punti di intersezione tra i grani cristallini, modificando le proprietà superficiali del materiale.

Fasi del trattamento

La carbocementazione gassosa è suddivisa in diverse fasi fondamentali, ognuna delle quali svolge un ruolo cruciale nel raggiungimento delle proprietà desiderate del materiale trattato.

  • Pre-trattamento: In questa fase, le superfici dei componenti metallici vengono preparate mediante operazioni di pulizia, sgrassatura e decalaminazione al fine di rimuovere eventuali impurità superficiali che potrebbero compromettere il processo di cementazione metalli.
  • Riscaldamento: I componenti metallici vengono quindi riscaldati a temperature elevate all’interno di un forno o di una camera a atmosfera controllata. La temperatura di trattamento dipende dal tipo di materiale e dalle specifiche del processo, ma generalmente si situa tra i 850°C e i 1050°C.
  • Esposizione all’atmosfera di carbonio o azoto: Durante questa fase, i componenti riscaldati vengono esposti a un’atmosfera ricca di carbonio o azoto. Gli atomi di carbonio o azoto presenti nell’atmosfera penetrano nella superficie del metallo, diffondendosi attraverso la sua struttura cristallina.
  • Raffreddamento: Una volta completata la fase di esposizione, i componenti vengono raffreddati gradualmente per consentire la formazione di una struttura superficiale cementata. Il raffreddamento può essere effettuato in modo controllato all’interno del forno o tramite immersione in liquidi refrigeranti.

Parametri di processo (temperatura, tempo, atmosfera)

I parametri di processo fondamentali per la cementazione gassosa includono la temperatura, il tempo di trattamento e la composizione dell’atmosfera.

  • Temperatura: La temperatura è uno dei fattori più critici e influisce direttamente sulla velocità di diffusione degli atomi di carbonio o azoto nella superficie del metallo. Temperature più elevate possono accelerare il processo di cementazione gassosa, ma è essenziale evitare il surriscaldamento per prevenire la deformazione o il danneggiamento dei componenti.
  • Tempo: Il tempo di esposizione alla atmosfera di carbonio o azoto dipende dalla profondità di cementazione desiderata e dalla composizione chimica del materiale di base. Un tempo di trattamento più lungo consente una maggiore penetrazione degli elementi nella superficie del metallo, ma è necessario trovare un equilibrio per evitare fenomeni indesiderati come la sovra-cementazione.
  • Atmosfera: La composizione dell’atmosfera utilizzata durante il trattamento è essenziale per garantire la formazione di uno strato superficiale uniforme e omogeneo. Le atmosfere più comuni sono quelle ricche di carbonio (ad esempio, gas metano o gas carbonico) o di azoto (ad esempio, ammoniaca nel caso della carbonitrurazione), ma possono essere impiegate anche atmosfere miste per ottenere effetti specifici.
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Applicazioni della carbocementazione gassosa

La cementazione gassosa rappresenta un processo versatile con numerose applicazioni in diversi settori industriali che richiedono una maggiore resistenza all’usura, alla corrosione e alla fatica delle parti metalliche. Nei settori automobilistico e aerospaziale, ad esempio, è impiegata ampiamente per migliorare le proprietà superficiali di componenti critici come alberi motore, ingranaggi, cuscinetti e valvole che devono essere in grado di resistere a sollecitazioni meccaniche intense e condizioni estreme, quali alte temperature, pressioni elevate e ambienti corrosivi.

Nell’industria petrolifera e del gas, dove le componenti sono soggette a carichi elevati e ambienti corrosivi, la cementazione gassosa viene utilizzata per migliorare la resistenza e la durata di alberi di pompe, valvole, tubazioni e attrezzature di perforazione, contribuendo così a ridurre i costi di manutenzione e migliorare l’affidabilità degli impianti. Anche nell’industria siderurgica e metallurgica, questo trattamento è essenziale per trattare componenti come alberi di laminazione, ingranaggi e utensili per la lavorazione dei metalli, in modo da garantire resistenza alle sollecitazioni elevate durante i processi di produzione e lavorazione.

In poche parole, la carbocementazione gassosa è essenziale per garantire prestazioni affidabili e durature dei componenti in molteplici applicazioni industriali e contribuire significativamente alla qualità e all’affidabilità dei prodotti realizzati.

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ATP Europe offre soluzioni per la protezione durante la cementazione gassosa: i rivestimenti suprficiali stop-off. Questi rivestimenti sono formulati per proteggere specifiche aree delle parti metalliche che non devono subire il trattamento termico durante il processo di cementazione gassosa.

I rivestimenti superficiali metalli stop-off per la cementazione gassosa di ATP Europe sono composti da formulazioni speciali che possono resistere alle elevate temperature e all’azione chimica dell’atmosfera di cementazione: vengono applicati sulle superfici dei metalli prima del trattamento termico e creano una barriera protettiva che impedisce la diffusione degli atomi di carbonio o azoto nelle aree designate. L’applicazione precisa dei rivestimenti stop-off è fondamentale per garantire che solo le aree desiderate della parte metallica subiscano il trattamento di cementazione gassosa, evitando così alterazioni indesiderate delle proprietà meccaniche o superficiali. In particolare, per quanto riguarda la carbocementazione gassosa, il prodotto più efficace è METSEAL-300, un rivestimento d’arresto a base d’acqua da utilizzare principalmente sull’acciaio.

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