AISI 316L carbocementato a bassa temperatura (su scala industriale vs. via plasma su scala di laboratorio): studio del comportamento tribologico in condizioni di strisciamento a secco

摘要

La cementazione a bassa temperatura (LTC, Low Temperature Carburising) consente di incrementare la durezza superficiale degli acciai inossidabili austenitici senza comprometterne significativamente la resistenza a corrosione. Questa tipologia di trattamento è applicata con successo su scala industriale a tale importante categoria di materiali; tuttavia, i lunghi tempi di processo, conseguenti alla bassa temperatura di trattamento, comportano alti costi e quindi bassa competitività rispetto ai trattamenti superficiali più tradizionali. Nel tentativo di superare queste limitazioni, è stato messo a punto, su scala di laboratorio, un trattamento di cementazione a bassa temperatura assistito da plasma, in cui l’attivazione della superficie è effettuata tramite processi basati sull’utilizzo di una miscela di H2/CH4 ad alta densità di energia. Il trattamento su scala di laboratorio, eseguito con miscela al 2% di CH4, è risultato idoneo a formare uno strato di austenite espansa, con spessori compresi tra 18 e 35 μm e durezze variabili da 450 a 850 HV. Durezze più elevate (fino a circa 1100 HV) e sostanzialmente riproducibili sono state invece rilevate sui campioni sottoposti a trattamento industriale. Sui campioni trattati mediante LTC sono state eseguite prove di strisciamento a secco, con un tribometro “pattino-su-cilindro” (pattini stazionari: AISI 316L cementato; cilindro rotante: AISI 316L non trattato). I coefficienti d’attrito sono risultati confrontabili per i campioni industriali e su scala di laboratorio; maggiori criticità si sono rilevate rispetto al comportamento ad usura per i campioni trattatati su scala di laboratorio, a causa della disuniformità nei valori di durezza. In ogni caso, il trattamento su scala di laboratorio ha dato luogo a un apprezzabile incremento della resistenza usura dell’AISI316L rispetto all’acciaio non trattato. Al carico massimo preso in esame (10 N), i volumi di usura dei campioni a più elevata durezza sono risultati confrontabili con quelli dei provini trattati industrialmente. In conclusione, il trattamento al plasma su scala di laboratorio ha dimostrato la sua efficacia, anche se l’apparato prototipale impiegato per la sperimentazione non permette di ottenere un effetto omogeneo su tutta la superficie dei provini, pur di dimensioni ridotte. Si ritiene tuttavia che il problema possa essere superabile operando con una camera di maggiori dimensioni, dove gli effetti locali legati a variazioni di curvatura dei campioni, tipici del trattamento al plasma, possono essere meno critici.