Micro-durezze Controllo di indurimento superficiale o di riporti. Carbo-cementazione, Carbo-nitrurazione,

• UNI 3137 Esame microscopico dei materiali ferrosi
                    -Prelievo dei saggi e delle provette,
                    -Preparazioni ed attacco delle Provette
                     (reattivi d’attacco)
• UNI 5478  Trattamenti termici dei materiali metallici
                      -Nitrurazione
• UNI 10931 Trattamenti termici dei materiali metallici
                       -Nitrocarburazione ferritica
• UNI EN 10052  Vocabolario del trattamento termico dei
                            prodotti ferrosi
• UNI EN 10204   Prodotti metallici 
                           -Tipi di documenti di controllo
• UNI EN ISO 6507-1  Materiali metallici
                             -Prova di durezza Vickers -

La differenza tra un deposito di materiale o un trattamento termico 

Esempio :

Rivestimento Deposito di Cr in superficie : 

“ Cromatura spessore di riporto di cromo in superfice ”

Trattamento termico : 

“Cromizzazione % di cromo in superfice.” 

Principali trattamenti termochimici
Denominazione del trattamento	Specie chimica diffondente
Carburazione, Carbocementazione	C
Nitrurazione	N
Carbonitrurazione	C, N
Nitrocarburazione	N, C
Burrorazione	B
Cromizzazione	Cr
Calorizzazione	Al
Sherardizzazione	Zn
Silicizzazione	Si
Solfonitrurazione	N, S

CARBOCEMENTAZIONEArricchimento superficiale in C, fino ad una percentuale prefissata (in genere non superiore a ∼ 0,8%) e per una profondità definita, a partire daunacciaiodolce(C≤0,2%), attraverso la diffusione in fase solida.

Spieghiamo le due più diffuse 

CARBOCEMENTAZIONE

NITRURAZIONE

 CARBOCEMENTAZIONE

Il trattamento di carbocementazione è di solito

rivolto verso acciai dolci (C ≤ 0,2%) per:

• consentire la diffusione del carbonio con uno strato superficiale dotato di un gradiente di concentrazione di C tra superficie e cuore.

• far coesistere nello stesso acciaio le due proprietà: superficie dura e resistente ad usura e fatica + cuore tenace e resistente agli urti 

Esempi di applicazioni:

Ruote dentate, punzoni, alberi a camme, ingranaggi, bilancieri, parti di cuscinetti, forchette per cambio, perni, coltelli, etc...Durezze tipiche:  Da 57 a 62 HRC in superficie (550÷700 HV1)Spessori:             Tipicamente 0,3 ÷2,5 mm
Riscaldamento a T maggiori di Ac3 in campo austenitico (T= 850 ÷950 °C)
Mantenimento alla temperatura prescelta per un tempo determinato in atmosfera cementante (in grado di fornire carbonio)
Trattamento termico di tempra per conferire alla regione superficiale una struttura martensitica =elevata durezza superficiale

Spessore totale di cementazione:
spessore dello strato compreso tra la superficie del pezzo ed il punto in cui la durezza e la microstruttura sono eguali a quelle del cuore.
SPESSORE EFFICACE DI CEMENTAZIONE
Lo spessore efficace dello strato è quello compreso tra la superficie del pezzo ed il punto in cui la durezza è eguale a 550 HV1 ( puo diversificarsi tra i 500 e i 620HV)

NITRURAZIONE

Trattamento termico di indurimento superficiale per diffusione di AZOTO su materiali ferrosi (ghise, acciai al C e legati) a tem- perature comprese tra 500 ÷ 570 °C → in campo ferritico.L’indurimento è dovuto alla formazione di nitruri molto duri di ferro e soprattutto di elementi di lega come alluminio, cromo, vanadio.Per le basse temperature (500÷570 °C), bassa velocità di diffusione, lunghi tempi di trattamento.

• Durezze:  900÷1150 HV1 fino a 1250 HV1 con iononitrurazione• Spessori:  Da 0,1 a 0,75 mmProduce basse distorsioni dei pezzi (piccolo incremento di volume < 5%).Scarso ingrossamento dei grani cristallini.

DESTINAZIONE DELLA NITRURAZIONEConferire ai pezzi un alto incremento di durezza (fino a 1100- 1200 HV) e quindi aumentarne la resistenza ad usura, e migliorare il comportamento a faticaLa durezza viene mantenuta fino a T di circa 500 °C, a differenza di quanto avviene con gli strati cementati
PROCEDIMENTI DI NITRURAZIONE
Nitrurazione gassosa
Nitrurazione in bagno di sali o nitrurazione morbida (o nitrocarburazione)
Nitrurazione assistita da plasma o iononitrurazione

Per prima cosa va prelevato un campione dove andranno effettuate le durezze 

Il Campione dovrà essere poi preparato

Levigato

Lucidato

Lappato

Attaccato con acido.

Preparazione del campione 

Previo prelievo va levigato, lucidato e lappato.

Ecco come si presenta il campione e come va preparato.

Dopo prelievo Ra 2,28

Levigatura Ra 2,00

Lucidatura Ra 0,8

Lappatura Ra 0,28 

Strato indurito

Struttura a cuore

A questo punto andranno fatte le prove di durezza per verificare secondo i vari trattamenti 

per ottenere un grafico che ci determini una curva

Figura 1 

TERMINI E DEFINIZIONI
(termini di cui alla UNI EN 10052, UNI 5478 e UNI 10931)

Cuore

Punto sottostante la zona di rilievo distante 12,5 mm, per particolari di spessore

maggiore di 40 mm, e al centro per particolari aventi spessore inferiore.
Per le ruote dentate per cuore si intende il centro della radice del dente.

Spessori di nitrurazione

1 spessore di nitrurazione totale, NtT

Distanza della superficie esterna dello strato nitrurato dal punto in cui la microstruttura e la durezza sono quelle del cuore del pezzo, 

2 spessore di nitrurazione efficace, NtE

Durezza convenzionale

Distanza della superficie esterna dello strato indurito dal punto in cui la durezza di questo assume il valore convenzionale di 100 HV più del cuore (vedere UNI EN ISO 6507-1)

Spessore della coltre bianca, SCB

Distanza della superficie esterna dello strato nitrurato costituito solo da nitruri e carbonitruri dal punto in cui inizia lo strato di diffusione.

Spessori di nitrocarburazione ferritica

1 spessore di nitrocarburazione ferritica totale,NcT

Distanza della superficie esterna dello strato nitrocarburato dal punto in cui la microstruttura e la durezza sono quelle del cuore

del pezzo (vedere figura 1).

2 spessore di nitrocarburazione ferritica efficace, NcE

Distanza della superficie esterna dello strato indurito dal punto in cui la durezza di questo assume il valore convenzionale di 100 HV maggiore della durezza del cuore (vedere figura 1).

3 spessore dello strato dei composti, SSC

Distanza della superficie esterna dello strato nitrocarburato costituito solo da nitruri e carbonitruri dal punto in cui inizia lo strato di diffusione.

Inoltre per gli strati di riporto 

MISURAZIONE DELLO SPESSORE DEGLI STRATI NITRURATI E NITROCARBURATI

Tutte le misurazioni devono essere effettuate su una o più sezioni o di un pezzo facente

parte del lotto trattato o di un campione inserito nella carica degli stessi pezzi secondo gli accordi presi tra committente e produttore.

1 Misurazione dello spessore della coltre bianca, SCB , 

e dello spesso spessore dello strato dei composti, SSC

Dal particolare viene ricavato, nella posizione indicata a disegno, un provino metallografico che dopo eventuale elettrodeposizione (ramatura o nichelatura) viene inglobato (o serrato in appositi morsetti) e sottoposto a preparazione per l’osservazione metallografica in conformità alla UNI 3137. Previo attacco metallografico la misurazione deve essere effettuata con microscopio ottico dotato di reticolo graduato e con ingrandimento di almeno 400

I rilievi devono essere eseguiti in corrispondenza di almeno due posizioni distanti tra loro 3 mm.Lo spessore della coltre bianca e dello strato dei composti è la media delle due misurazioni.Nel caso di nitrocarburazione ferritica può essere misurato lo spessore dello strato porosola cui delimitazione deve essere oggetto di accordi specifici tra committente e fornitore.

2 Misurazione dello spessore d’indurimento efficace e totale di nitrurazione e

nitrocarburazione ferritica 

1 Generalità

Il metodo di misurazione dello spessore d’indurimento degli strati nitirurati e nitrocarburati deve essere il metodo di durezza Vickers in conformità alla UNI EN ISO 6507-1 ed è il solo applicabile in caso di controversia.

2 Principio di misurazione

Lo spessore efficace e totale di nitrurazione e nitrocarburazione ferritica è determinato in base alle variazioni di durezza in una sezione trasversale. Esso è determinato,graficamente, sulla curva che rappresenta le variazioni di questa durezza in funzione della distanza dalla superficie del pezzo trattato.

3 Esecuzione della misurazione

 Preparazione della superficie da esaminare

La superficie da esaminare deve essere la sezione trasversale alla superficie trattata

indicata a disegno o concordata tra le parti.

Essa deve essere inglobata in resina o serrata in appositi morsetti in

Esecuzione delle misurazioni di durezza

Le impronte di durezza devono essere rilevate lungo una o più linee normali alla superficie trattata situate entro una fascia, W , di 1,5 mm 

La prima impronta deve essere rilevata ad una distanza dalla superficie uguale a due volte la sua diagonale. La distanza tra i centri di un’impronta e l'altra adiacente, S , non deve essere minore di tre volte la diagonale dell’impronta maggiore. Devono essere eseguite almeno 3 impronte per spessori di indurimento minore o uguale di 0,20 mm e almeno 5 impronte per spessori di indurimento maggiore di 0,20 mm.

Le distanze devono essere misurate con vite micrometrica centesimale (micrometro). Le diagonali delle impronte devono essere misurate con una risoluzione di almeno 0,5 micron.Le impronte devono essere ottenute con un carico di 1,981 N per spessori di nitrurazione e nitrocarburazione minori o uguali di 0,20 mm. Per spessori maggiori si deve usare il carico di 4,9 N. La misurazione delle diagonali deve essere effettuata per mezzo di aparecchiatura ottica che consente un ingrandimento di almeno 400x. Le misurazioni devono essere effettuate sulla superficie considerata, in due zone specificate nell’ordine. Per ciascuna di esse i risultati devono permettere di tracciare una curva che documenti le variazioni di durezza in funzione della distanza dalla superficie, vedere esempio in figura.

3 Misurazione dello spessore di indurimento efficace e
   totale di nitrurazione e   nitrocarburazione

Utilizzando le curve ottenute in conformità al punto 4.2.3.2 tracciare la parallela alle ascisse in corrispondenza della durezza convenzionale HV, durezza base + 100 (o altro valore se concordato diversamente). Il punto d’intersezione con la curva tracciata determina lo spessore di nitrurazione o nitrocarburazione efficace mentre lo spessoretotale è indicato dal punto in cui la curva inizia ad essere praticamente asintotica, vedere esempio in figura .

Verifica dello spessore di nitrurazione e di nitrocarburazione ferritica efficace

1 Generalità

La rappresentazione dell’evoluzione delle durezze dalla superficie verso il cuore dei

particolari nitrurati e nitrocarburati può essere necessaria quando si desidera conoscere

il gradiente delle microdurezze soprattutto nei primi decimi dello strato le cui

caratteristiche assumono grande importanza per l’impiego dei particolari.

Quando interessa verificare se lo spessore efficace è compreso nei limiti prescritti si può

procedere in modo più spedito eseguendo rilievi di durezze in numero più limitato.

2 Procedimento

Nella zona dove viene a trovarsi lo spessore efficace, la variazione di durezza ha un

andamento praticamente lineare e quindi può essere rappresentata da una retta .

Si ricavano almeno due impronte sulla sezione trasversale del pezzo alle distanze t1 e t 2

dalla superficie: le distanze t2 e t1 devono essere rispettivamente minore e maggiore dello spessore prescritto d’indurimento 

RESOCONTO DI PROVA

Il resoconto di prova deve riportare almeno i seguenti dati:

1. Denominazione del pezzo esaminato;
2. Tipo di trattamento effettuato;
3. Prescrizioni relative al tipo di materiale, allo spessore d’indurimento richiesto, alla durezza superficiale richiesta;
4. Zona del pezzo oggetto della misurazione;
5. Spessore d’indurimento rilevato;
6. Gradiente delle micro-durezze se richiesto all’atto dell’ordine.
7. 
   Lo spessore di cementazione, in millimetri, deve essere indicato con la lettera Cm. Lospessore in millimetri d’indurimento efficace per la cementazione e la tempra con le lettere CmtE e per la carbo-nitrurazione e la tempra con le lettere CntE .
   
   Nel caso di scelta di durezza convenzionale diversa dal valore (550) le suddette lettere devono essere seguite dal valore di durezza rilevato.

Esempi per la cementazione:

a) spessore di cementazione efficace rilevato di 0,75 mm:

CmE = 0,75 mm;

b) spessore di cementazione totale rilevato: 0,90 mm:

CmT = 0,90 mm;

c) spessore d’indurimento efficace 

(con durezza convenzionale HV 550)
rilevato di 0,75 mm:       

CmE = 0,75 mm;

d) spessore d’indurimento totale 

rilevato di mm 0,90:     

CmT = 0,90 mm;

e) spessore d’indurimento efficace 

(con durezza concordata HV = 675)

rilevato di 0,75 mm: 

CmT (HV = 675) = 0,75 mm.

Esempi per la carbonitrurazione:

a) spessore d’indurimento efficace 

(con durezza convenzionale HV 550)
rilevato di 0,55 mm: 

CnE = 0,55 mm;

b) spessore d’indurimento totale 

(rilevato di 0,65 mm): 

CnT = 0,65 mm;

c) spessore d’indurimento efficace 

(con durezza convenzionale HV 610)

rilevato di 0,50 mm: 

CnE (HV 610) = 0,50 mm.