La Coltre Bianca Negli Strati Nitrurati

7/21/2019 La Coltre Bianca Negli Strati Nitrurati

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LA COLTRE BIANCA NEGLI STRATINITRURATI IN ACCIAI

A VARIO CONTENUTO DI CARBONIO

I. Calliari, M. Dabal, G. Rebuffi, E. Ramous, E. Gianotti

Sono state esaminate la microstruttura e le caratteristiche della coltre bianca prodotta dal trattamento dinitrurazione dura su acciai a vario contenuto di carbonio, da 0,03 a 0,8%,

mediante microscopia ottica e SEM e misure di durezza.

I risultati mettono in evidenza che a basso carbonio la coltre bianca costituita principalmenteda azoturo , al quale pu essere associata una notevole porosit, mentre con carbonio

pi elevato la coltre bianca formata generalmente da uno successione di strati di carboazoturo con inserito uno strato di azoturo , con minore porosit.

PAROLE CHIAVE: nitrurazione, coltre bianca, nitruri

INTRODUZIONE

I trattamenti di nitrurazione e carbonitrurazione produ-cono sulla supercie dei pezzi di acciaio un doppio stra-to costituito dalla cosiddetta coltre bianca, costituitada azoturi e carboazoturi e da una zona sottostante construttura e composizione modicata dallarricchimento inazoto per diffusione. Pur essendo la nitrurazione un trat-tamento applicato su scala industriale da alcuni decenni,gli studi sulla costituzione degli strati superciali ottenutinelle varie condizioni di trattamento sono abbastanza re-centi (1-8) e sono stati maggiormente dedicati alla carbo-nitrurazione (2,6). anche ben noto che la composizione e la costituzione

dello strato di composti dipende oltre che dalle condizionidi trattamento, anche dalla composizione e microstrutturadellacciaio base (9). Laspetto pi interessante dal puntodi vista applicativo che queste differenze di costituzio-ne dello stato di composti comportano anche differentipropriet e comportamento tecnologico: al variare dellacostituzione, anche a parit di condizioni di trattamento,variano lo spessore, la durezza, la porosit e quindi la re -sistenza allusura, alla corrosione, ecc. dello strato super-ciale ottenuto per nitrurazione. In effetti, non propriocorretto, o per lo meno un po semplicistico ritenere che

I. Calliari, M. Dabal, G. Rebuffi, E. Ramous

Universit di PadovaE. Gianotti

Trattamenti Termici Ferioli e Gianotti Spa, Rivoli

la coltre bianca sia esattamente la stessa in qualunquetipo di acciaio sottoposto a nitrurazione.

Nitrurazione del ferroL adsorbimento dellazoto sulla supercie dellacciaiopu portare alla formazione di due azoturi di ferro: lazo-turo - Fe

4N tetragonale e lazoturo -Fe

2N esagonale e

cio con un reticolo analogo a quello del carburo . I dueazoturi differiscono, oltre che per il rapporto Fe/N ancheper la diversa capacit di sciogliere il carbonio, che so-lubile solo no allo 0,2% nel , mentre pu arrivare al 3%nell .Sul ferro puro (o sul ferro Armco), l azoturo si pu for-mare solo se il potenziale nitrurante dell atmosfera di trat-

tamento supera un certo valore critico. Nella pratica perla formazione degli azoturi non avviene in condizioni diequilibrio: la concentrazione di azoto adsorbito aumentagradatamente e quindi inizialmente si forma sempre lazoturo e solo dopo un certo tempo, l azoturo sopra lostrato superciale di , se il potenziale nitrurante supe-riore al livello critico. In queste condizioni l si cominciaa formare dopo tempi di trattamento sempre pi brevi, conlaumentare del potenziale nitrurante dellatmosfera ditrattamento. In conclusione, a regime, sul ferro puro (o fer-ro Armco, o sulla ferrite) la coltre bianca formata da unostrato pi esterno di che si accresce sopra uno strato piinterno di , interposto fra lo strato esterno di e la zonadi diffusione, costituita dallacciaio del substrato che pro-gressivamente si sta arricchendo in azoto per diffusione.Dopo che sulla supercie del pezzo si completata la for -mazione del primo strato di azoturi, larricchimento inazoto del substrato per diffusione non pi condizionato


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Fig. 1 Diffrattogrammi relativi alla superficie deicampioni nitrurati.

X-ray diffraction spectra of nitrided surfaces.

PROCEDURE SPERIMENTALI

Per evidenziare linuenza del contenuto di carboniodellacciaio sulla costituzione della coltre bianca, sonostati utilizzati gli acciai elencati nella Tab. 1. Tutti i cam-pioni sono stati preventivamente bonicati, con tempra esuccessivo rinvenimento a 500C. Dopo la bonica dalla

supercie stato asportato uno strato di circa 0,5 mm pereliminare eventuali strati decarburati. I vari campioni sonostati sottoposti allo stesso trattamento di nitrurazione dura,secondo il seguente ciclo: caricamento nel contenitore a te-nuta, riscaldamento no a 450C in aria, salita no a 510Cin azoto, introduzione di ammoniaca con un usso adattoad ottenere una dissociazione del 20-25%, permanenza per72 ore, raffreddamento nale in azoto.I campioni nitrurati sono stati esaminati mediante diffra-zione X, radiazione CrK, microscopia ottica, SEM e mi-crodurezza. Prima della preparazione per la metallograa,le superci sono state ricoperte con un deposito elettroli-tico di nichel.

RISULTATI E DISCUSSIONE

Le microstrutture delle coltri bianche sono state esaminatemediante microscopia ottica e SEM. Gli azoturi e carboa-

s

Fig. 2

CO3, OM, Nital 3.C03, OM, Nital 3.

zoturi presenti sono stati individuati con la diffrazione X.

Diffrazione XNella Fig. 1 sono riportati, limitatamente alla parte piinteressante, i diffrattogrammi ottenuti direttamente sullasupercie dei campioni nitrurati, che consentono di indi-viduare i tipi di composti presenti. Trattandosi di esamisuperciali, appaiono pi evidenti gli azoturi presentiproprio negli strati pi esterni, mentre appaiono con ri-essioni di minore entit quelli degli strati pi interni,che, per possono essere meglio individuati eseguendoanaloghi esami dopo asportazione degli strati pi super-ciali mediante leggera abrasione.Confrontando i risultati ottenuti sui diversi acciai si punotare che:- sul ferro con basso contenuto di carbonio la coltre bianca costituita quasi completamente da uno strato supercia-le di azoturo ; appena rilevabile lo strato pi interno diazoturo ;

- negli acciai ben evidente la pi complessa costituzionedella coltre bianca, nella quale sono sempre presenti gliazoturi sia di tipo che di tipo ;- con laumentare del contenuto di carbonio aumentacome quantit, cio come spessore, lo strato supercialedellazoturo tipo ;- ugualmente, con laumentare del contenuto di carbonio,la posizione angolare del riesso principale dellazoturosi sposta leggermente verso angoli maggiori. Ci in-dice del progressivo arricchimento in carbonio dellazo-turo, che provoca una progressiva diminuzione delle suedimensioni reticolari. Con laumentare del contenuto dicarbonio dellacciaio base, lazoturo che si forma duran-te la nitrurazione, diventa sempre pi un carboazoturo,che deriva dallinterazione dallazoto con la cementitepreesistente.

MicrostruttureLe microstrutture degli strati di composti ottenuti sui variacciai sono riportate nelle Fig. 2-11. Da esse si nota: levi-dente differenza della microstruttura del campione a bassocarbonio (C03), rispetto a quelle di tutti gli altri. evidentelo strato superciale di grosso spessore di azoturo , co-


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Fig. 8

C45,OM, Nital 3.C45, OM, Nital 3.

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Fig. 9

C45,SEM elettroni retrodiffusi.C45, SEM-backscattered electron image.

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Fig. 10

C80,OM Nital 3.C80, OM, Nital 3.

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Fig. 11

C80,SEM-elettroni retrodiffusi.C80, SEM backscattered electron image.

- lo spessore dello strato intermedio di azoturo apparepraticamente uguale in tutti i campioni: lo spessore com-plessivo della coltre bianca aumenta soprattutto perch,con laumentare del carbonio, aumenta lo spessore deglistrati di ;- la porosit appena visibile e comunque limitata no acirca 0,4% di carbonio. invece ben evidente nella coltre

bianca dellacciaio C80 ed concentrata soprattutto tra lostrato di e quello di pi interno, cio a contatto con lazona di diffusione.

CONCLUSIONI

Dai risultati ottenuti si pu concludere che:- La costituzione e le caratteristiche della coltre bianca, aparit di condizioni di trattamento, dipendono fortementedal contenuto di carbonio dellacciaio base;- Con carbonio inferiore allo 0,1-0,2%, la coltre bianca co-stituita in prevalenza da uno strato superciale di azoturo, a cristalli colonnari, al quale associata una notevoleporosit;- Con carbonio da 0,2% e oltre, la coltre bianca costituitada un doppio strato di azoturo/carboazoturo con inter-posto uno strato di azoturo , con porosit nettamente in-

feriore, almeno per contenuti intermedi di carbonio;- Nell acciaio basso legato da bonica, la coltre bianca haanaloga costituzione, ma con spessori superiori;- Negli acciai non legati la costituzione della coltre bianca ben correlabile con i meccanismi di formazione proposti,che restano invece da approfondire per il caso degli acciailegati con presenza di cromo.

BIBLIOGRAFIA

[1] H.F.C. Rozendal, P.F. Colijn and A.J. Mittemeijer, Surf.Eng., vol.1, 1985, p. 30-42.[2] M.A.J. Somers and A.J. Mittemeijer, Surf.Eng., vol.3,1987, 123-137.[3] E.J. Mittemeijer and M.A.J. Somers, Surf. Eng., vol 13,1997, p 483-497.[4] R.S.E. Schneider, H. Hiebler, J.Mat.Sci., vol 33, 1998, p1737-1744.


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