LPC: superficie pulita e indurita e niente finiture superficiali
C’è qualcuno che non ha mai fatto un sogno in cui riusciva a fare tante bellissime cose? Cose di questo tipo:
- rendere più resistenti e duraturi i componenti soggetti a fatica ciclica;
- migliorare le proprietà meccaniche dei prodotti;
- ottimizzare le lavorazioni eliminando la necessità di finiture superficiali
Penso che nel nostro settore questo “sogno” sia ricorrente, ma spero anche che per nessuno abbia mai assunto le fosche tinte dell’incubo. E credo valga la pena di prendere in esame quelle idee che si presentano come proposte adatte a realizzare obiettivi tanto importanti.
E un’idea arriva dai settori rampanti dell’aeronautica e dell’automobilistico! Ed è la Low-pressure cementation (LPC) o semplicemente, in italiano, cementazione a bassa pressione.
Cementazione sì, ma a condizioni speciali
Come ben sappiamo, la cementazione è un trattamento termochimico. Il suo scopo è indurire gli acciai con un apporto di carbonio, aumentando la durezza superficiale. È un processo convenzionale che è stato rivisitato.
Espressione dello sviluppo tecnologico di uno dei trattamenti più tradizionali, la LPC è un processo di carbocementazione effettuato in un forno sottovuoto utilizzando gas di idrocarburi a bassissima pressione e a temperature elevate per ottenere uno strato superficiale indurito di martensite rinvenuta e un nucleo tenace.
Utilizzare la bassa pressione costituisce un’alternativa ad alte prestazioni rispetto alla modalità tradizionale, ed è soprattutto il tramite attraverso cui si ottengono sensibili miglioramenti in termini di
- omogeneità,
- penetrazione,
- totale assenza d’ossidazione intergranulare.
Il processo viene effettuato in un forno sottovuoto, a bassissima pressione, utilizzando gas idrocarburi a temperature altissime (com’è tipico della cementazione) Il risultato finale è uno strato superficiale indurito di martensite rinvenuta e un nucleo tenace.
Cosa differenzia la cementazione a bassa pressione dalla tradizionale? Parametro fondamentale per la cementazione in atmosfera è l’equilibrio CO/CO2 che viene controllato attraverso complessi metodi di calibrazione dei gas: il più diffuso è l’uso di sonde ad ossigeno che, però, possono sporcarsi con della fuliggine, andare in deriva e causare problemi sull’intera catena termotecnica che le costituisce.
Invece nella cementazione in bassa pressione il controllo dell’atmosfera si effettua attraverso la regolazione di semplici parametri fisici come: pressione temperatura – portate – tempi.
La misurazione di tali parametri avviene tramite semplici apparecchi di misura quali: pressostati – termometri – flussimetri.
Le diverse fasi della LPC
Per effettuare questo trattamento, utilizzato per aumentare la resistenza all’usura e la durata dei componenti soggetti a fatica ciclica, si comincia immettendo nei forni sottovuoto delle
miscele di gas cementanti, che sono gestiti per quanto riguarda la quantità e la distribuzione nel tempo da software dedicati.
Esaurita questa prima fase, si passa al pompaggio, durante il quale vengono raggiunti valori di pressione residua dell’ordine di 10-2 mbar. I particolari sottoposti al processo vengono riscaldati fino alla temperatura di cementazione.
Nel corso della cementazione, si susseguono una serie di stadi di arricchimento di carbonio e diffusione sottovuoto fino a raggiungere la profondità desiderata. I particolari passano quindi attraverso una fase di austenitizzazione, sempre sottovuoto, e una fase finale di raffreddamento in gas ad elevata pressione.
Per ottenere elevati livelli di uniformità delle singole cariche e riproducibilità nel tempo è necessaria un’attenta gestione dei parametri del processo di cementazione (controllo del
vuoto raggiunto, composizione della miscela del gas cementante, variazione di pressione e
temperatura nelle fasi di cementazione, temperatura in fase di austenitizzazione, pressione
dell’azoto in fase di tempra); la presenza di un software dedicato per il controllo di tutti questi parametri permette di adattare, nel migliore dei modi, il processo a varie tipologie di particolari meccanici e ad un’ampia gamma di richieste
da parte dell’utenza.
I valori di durezza superficiale, analogamente a quelli di profondità efficace, variano in
un intervallo decisamente ristretto (63.1-64.8 HRC) e mostrano la possibilità di lavorare
su valori estremamente precisi in termini di durezza superficiale ottenibile all’interno di una
medesima carica. A conferma della uniformità dei risultati, si osserva un ottimo andamento delle durezze anche alle profondità di cementazione più elevate dove più critiche sono la diffusione del carbonio e l’azione di tempra. I profili di durezza hanno un andamento molto regolare e mostrano l’efficienza nel controllo del processo di diffusione e arricchimento del carbonio.
Perché scegliere la cementazione in bassa pressione
Rispetto al trattamento di cementazione tradizionale, l’utilizzo del trattamento sottovuoto impedisce la decarburazione degli strati superficiali della zona cementata. Impedisce, quindi, che la nascita di un difetto che spesso comporta una usura anomala di particolari meccanici, arrivando a compromettere il funzionamento di un organo meccanico. Lo strato cementato appare omogeneo in tutte le sezioni del componente e la durezza elevata, tanto in superficie quanto a cuore.
La cementazione in bassa pressione è caratterizzata da notevole flessibilità e alta ripetitività, che garantisce assenza di ossidazione intergranulare (grazie alla mancanza d’ossigeno nei gas di processo e all’utilizzo di impianti in vuoto)., aspetto brillante dei pezzi e basse deformazioni), di essere in grado di assicurare un’ottima uniformità all’interno delle singole cariche e ripetibilità nel tempo dei risultati di trattamento. Ma i suoi vantaggi vanno ben oltre, come si può leggere in elenco:
▲ tempi di ciclo più veloci rispetto alla cementazione convenzionale per profondità < a 2 mm;
▲ le temperature di processo possono variare tra 930 °C e 1000 °C (1700 °F e 1830 °F);
▲ la penetrazione del carbonio in fori piccoli e non passanti, ciechi e profondi consente di ottenere una durezza uniforme su tutto il profilo;
▲ dopo il trattamento termico a seguito della tempra in gas ad alta pressione non è necessaria la pulizia ;
▲ controllo dimensionale – bassa deformazione, prevedibile e riproducibile;
▲ ottimizzazione delle lavorazioni di finitura;
▲ incremento delle proprietà meccaniche e tribologiche, maggior resistenza a fatica;
▲ controllo accurato della profondità dello strato, microstruttura e durezza omogenei e controllati.
▲ migliore uniformità della profondità dello strato per forme complesse (l’uniformità della profondità dello strato è mantenuta nella maggioranza dei casi entro ± 0,05 mm);
▲ possibilità di cementare leghe passivabili (acciai inox, leghe con consistente tenore di Si);
▲ maggiore sicurezza e basso impatto ambientale;
▲ riduzione dei costi connessa alla brevità di esecuzione.
Confronto tra tradizione e LPC? Fallo con SteelBetter!
Quando parliamo di LPC, parliamo di una tecnologia in cui
a) i vantaggi di un trattamento di indurimento superficiale: (aumento della resistenza all’usura e alla fatica senza perdere tenacità a cuore) e
b) le qualità peculiari di un trattamento sottovuoto (assenza di ossidazione intergranulare,
aspetto brillante delle superfici, basse deformazioni grazie al raffreddamento in gas in pressione e non in olio) appaiono riuniti.
Oltre ad a) + b), abbiamo la possibilità di cementare materiali sinterizzati, che presentano una porosità residua dando luogo a difficoltà nei processi di cementazione gassosa visto che la grande superficie dei canali di porosità produce la cementazione completa in un tempo brevissimo.
La cementazione a bassa pressione, invece, limita la cementazione alla sola superficie del pezzo quando le dimensioni dei pori sono molto inferiori a 100 mm. Così, il rapporto lunghezza-diametro resta molto al di sotto di 15 e il processo non permette la cementazione dei piccolissimi ‘fori ciechi’, inc ui il gas cementante fresco non penetra.
E ancora, i brevissimi tempi di trattamento della LPC (qualche minuto soltanto) possono essere controllati molto meglio che nella cementazione gassosa convenzionale di pezzi sinterizzati. Dopo tanta teoria, è tempo di scegliere? Io ti consiglio, come sempre, di farlo a ragion veduta. Non ne sappiamo mai abbastanza quando si tratta dei ‘nostri’ pezzi. La commessa è importante, hai l’acqua alla gola, vorresti tanto le caratteristiche di cui ho parlato, ma non ti fidi? Parliamone.
Ti fai domande sui costi? E chi non se ne fa? Per non parlare dei tempi, visto che sono spesso proprio loro a decidere! E nel nostro lavoro tipicamente il tempo non è mai molto generoso. Però, se si tratta di chiarirsi le idee, la soluzione c’è ed è anche abbastanza semplice. Vieni a trovarci in Steelbetter. Mi trovi sempre lì: posso senza’altro mostrarti i nostri “listini” ma posso ance sedermi con te per valutare attentamente il tuo caso.
Il trattamento termico è il nostro core business e la nostra filosofia è tagliare la soluzione sulle esigenze del cliente. Dammi la possibilità di presentarti i nostri servizi: sei e resterai libero di valutarli e capire se e in quale misura rispondono ai tuoi bisogni. Come fare? Sono proprio qui a rispondere alle vostre telefonate o email.