Tesina sulla Carbocementazione

Materie trattate

Tecnologia meccanica (Carbocementazione)

Diritto ed economia (Proterm S.p.A.)

A cura di

Ragazzo Nico

Classe 5^A M

Istituto I.I.S. Pacinotti Mestre (Ve)

Anno scolastico 2012/2013

Indirizzo: Meccanica e Meccatronica Pag. 1 di 29

Indice

Trattamenti termochimici di diffusione - Carbocementazione .................................................................... 3

Introduzione ........................................................................................................................................................ 3

Materiali ............................................................................................................................................................. 3

Temperatura ........................................................................................................................................................ 3

Ambiente ............................................................................................................................................................ 4

Diffusione del carbonio ...................................................................................................................................... 4

Concentrazione del carbonio .............................................................................................................................. 4

Esperienza laboratorio tecnologico - Carbocementazione ............................................................................ 4

Scopo .................................................................................................................................................................. 5

Descrizione acciai ............................................................................................................................................... 5

• Fase 1 Preparazione provini ........................................................................................................................... 6
• Fase 2 Trattamento di carbocementazione in cassetta e forno ........................................................................ 6
• Fase 3 Tempra nei vari mezzi di raffreddamento ........................................................................................... 7
• Fase 4 Macrodurezze ....................................................................................................................................... 7
• Fase 5 Rettifica provini .................................................................................................................................. 8
• Fase 6 Lappatura e lucidatura provini ............................................................................................................. 8
• Fase 7 Attacco Nital 2% .................................................................................................................................. 9
• Fase 8 Analisi metallografiche della struttura interna al microscopio ........................................................... 10
• Fase 9 Microdurezze e determinazione dello spessore efficace .................................................................... 18
• Fase 10 Analisi spettrometriche trucioli provini non trattati ......................................................................... 25
• Fase 11 Conclusioni ...................................................................................................................................... 25

Proterm S.p.A. ................................................................................................................................................ 26

Cenni storici...................................................................................................................................................... 26

I processi ........................................................................................................................................................... 26

Trattamenti termici ........................................................................................................................................... 26

Analisi chimiche e metallografiche .................................................................................................................. 27

Aziende insediate nel gruppo Proterm S.p.A. .............................................................................................. 28

Siderit S.r.l. ....................................................................................................................................................... 28

Sitfa S.p.A. ....................................................................................................................................................... 28

Set S.r.l. ............................................................................................................................................................ 28

General Tempering S.r.l. .................................................................................................................................. 28

HT S.r.l ............................................................................................................................................................. 28

Sitografia e Bibliografia ................................................................................................................................ 29

Pag. 2 di 29

Trattamenti termochimici di diffusione

Carbocementazione

Esperienza laboratorio tecnologico

Concetti teorici

Introduzione

Il trattamento di carbocementazione consiste nel riscaldare e mantenere per un tempo sufficiente un acciaio a temperatura prossima ad *Ac³ in un mezzo polverulento, pastoso, liquido o gassoso dal quale possa assorbire prevalentemente carbonio.

Questo trattamento verrà poi seguito da un altro di tempra con diverse velocità di raffreddamento in base alle proprie esigenze.

Lo scopo di questo trattamento termico è l’arricchimento superficiale di carbonio affinché l’acciaio possa resistere a determinate condizioni, si viene quindi a ottenere un aumento della resistenza ad usura e a fatica.

In questa esperienza verrà usato il metodo in cassetta, l’acciaio verrà posto in un recipiente contente carbone allo stato solido e chiuso ermeticamente per evitare l’ossidazione durante il trattamento.

Il tutto verrà portato ad una temperatura abbastanza elevata tale da favorire l’austenizzazione con relativa permanenza a tale temperatura.

Materiali

Per questo trattamento devono essere sottoposti acciai a basso contenuto di carbonio o con elementi di alligazione.

Gli acciai da carbocementazione devono possedere una determinata composizione chimica e caratteristica strutturale per permettere l’assorbimento e la penetrazione del carbonio.

Particolare attenzione è da tenere nella fase dell’austenizzazione a lunga durata che comporta un ingrossamento del grano austenitico dell’acciaio con una tendenza nel formare austenite residua, la quale comporta una maggior probabilità nel provocare inneschi di rottura.

La percentuale di carbonio dev’esser inferiore allo 0,25%, in modo da non provocare:

• Un’elevata durezza del nucleo.
• Gli elementi di alligazione degli acciai sono il Cromo, il Molibdeno e il Nichel.

Il Cromo e il Molibdeno formano i rispettivi carburi mentre il Nichel non forma carburi ma passa direttamente in soluzione solida nella ferrite conferendo alla ferrite stessa una maggiore tenacità e durezza.

Temperatura

Deve essere superiore al punto critico Ac³ di trasformazione allotropica del ferro.

Questo perché soltanto nello stato γ esiste una sufficiente solubilità del carbonio nel ferro. Gli strati superficiali dell’acciaio assorbono il carbonio, il quale passa in soluzione solida nell’austenite e si diffonde lentamente verso l’interno.

Le temperature variano da 880 a 930°C.

Con temperature superiori si rischia un ingrossamento troppo elevato del grano, viceversa con temperature inferiori la solubilità del carbonio nel ferro diminuisce, perciò comporta un allungamento del trattamento e quindi un aumento dei costi.

*Ac³ = Temperatura evidenziata in rosso nel diagramma Fe C (723° - 910°)

*La tenacità ha un’azione molto importante nell’acciaio, i pezzi cementati devono possedere una buona tenacità tale da non provocare cedimenti in fase di lavorazione o di montaggio, questa caratteristica è quindi utile per sopportare fenomeni di urto o di fatica dovute a sollecitazioni varie (torsione e/o flessione). Pag. 3 di 29

Ambiente

Il mezzo nel quale la carbocementazione prende il nome di cemento e dev’essere in grado di fornire il carbonio già allo stato nascente.

La carburazione dell’acciaio avviene secondo la reazione:

( ) ( )



(Carbonio + ferro γ carburo di ferro)

Con la formazione di tale soluzione è possibile aver una concentrazione massima di carbonio compresa tra lo 0,7 e 1% nel primo decimo di millimetro dello strato carbocementato partendo dal bordo.

Nel nostro caso di carbocementazione in cassetta, viene usato un materiale comunemente detto cemento polverulento o pastoso.

Diffusione del carbonio

La profondità alla quale penetra il carbonio varia in funzione del tempo ed è data secondo la relazione: √

“p” è lo spessore totale di carbocementazione espresso in millimetri [mm]

“p₀” è la costante di carbocementazione che dipende da tutti i parametri che influenzano il trattamento (il suo valore lo si ottiene ponendo t = 1 esprimendo quindi il valore dello spessore totale di carbocementazione in base alla temperatura in ore)

“t” è il tempo di carbocementazione alla temperatura di regime in ore [h]

Concentrazione del carbonio

La percentuale di carbonio diminuisce in funzione della distanza dalla superficie esterna a causa del fenomeno della diffusione citato in precedenza.

I parametri che influenzano la concentrazione del carbonio sono il tempo, la temperatura, qualità del cemento e metodo di carbocementazione usato. Pag. 4 di 29

Diagramma Fe C (Ferro- Carbonio)

³

Scopo dell’esperienza

Determinazione dello spessore efficace di carbocementazione di un acciaio comune S235 e di un acciaio da cementazione 18CrNiMo7

Descrizione acciai

S235

S235 (o anche comunemente detto Fe430 UNI10025):

È un acciaio a basso contenuto di carbonio avente struttura ferrite /perlite.

Prima di essere trattato, allo stato ricotto, l’S235 ha una resistenza meccanica pari a: Rm circa 420 N/mm² avente le rispettive percentuali di ferrite e perlite: 75% di ferrite e 25% di perlite.

Dopo il trattamento e dopo essere stato portato tutto in una struttura austenitica (cella cubica facce centrate), avverrà la penetrazione del carbonio e successivamente verrà compiuto un trattamento di tempra in differenti mezzi di raffreddamento come in acqua salata, olio e aria.