ITMI960383A1

ITMI960383A1 - Procedimento di trattamento di superfici ferrose soggette a elevate sollecitazioni di attrito

Info

Publication number: ITMI960383A1
Application number: IT96MI000383A
Authority: IT
Inventors: Bernard Dajoux; Antoine Martin
Original assignee: Stephanois De Rech Mec Aniques
Priority date: 1995-03-01
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-08-29
Also published as: US5753052A; ITMI960383A0; FR2731232B1; JPH0920977A; FR2731232A1; IT1282710B1; ES2112786B1; BR9600840A; GB2298434A; ES2112786A1; JP3367630B2; GB2298434B; DE19607369A1; DE19607369B4; GB9604179D0

Description

"PROCEDIMENTO DI TRATTAMENTO DI SUPERFICI FERROSE SOGGETTE A ELE-VATE SOLLECITAZIONI DI ATTRITO"

La presente invenzione riguarda un procedimento per aumentare la resistenza ad usura e corrosione di superfici ferrose soggette ad un attrito reciproco intenso.

Più particolarmente, l'invenzione riguarda il trattamento di superfici portanti antagoniste di metallo ferroso soggette ad attrito reciproco intenso, in particolare quando il prodotto della pressione ripartita sulle superfici portanti, per la velocità relativa di scorrimento di queste, supera 0,4 MPa.m/s.

Certi pezzi quali rondelle di serraggio, pettini per rotolare, utensili (chiavi, cacciavite, pinze), meccanismi di 'ferramenta, rotelle, copiglie, graffe, maglie di catene, ecc. sono soggetti a sollecitazioni elevate, in particolare di pressione, e possono subire deformazioni notevoli, quali piegature nel corso del loro montaggio e flessioni durante il loro funzionamento. Esse devono anche possedere una buona resistenza alla corrosione. Molti di questi pezzi sono inoltre sottili. Procedimenti di trattamento di pezzi in metallo ferroso, che permettono di migliorarne contemporaneamente le proprietà di attrito e di resistenza alla corrosione sono già stati descritti, in particolare nei brevetti FR-A--2 672 059, FR-A-2679 258 e FR-A-2688 517 della Richiedente.

FR-A-2 672 059 descrive un procedimento di trattamento di pezzi in metallo ferroso per aumentarne le proprietà di attrito e la resistenza alla corrosione, comprendente una nitrurazione poi un'ossidazione dei pezzi, seguite dal rivestimento con una vernice polimera. In un modo di realizzazione preferito, la nitrurazione e l'ossidazione sono realizzate in bagni di sali fusi, la nitrurazione essendo effettuata in un bagno di sali fusi a base di carbonati e cianati alcalini e l'ossidazione essendo effettuata in un bagno di sali fusi a base di carbonati, nitrati, idrossidi e sali ossigenati di metalli alcalini. Vantaggiosamente, il bagno di nitrurazione contiene inoltre specie solforate.

Secondo FR-A-2 679 258 si utilizza una tecnologia comparabile, ma è un'impregnazione con una cera idrofoba ad alto peso molecolare che segue la nitrurazione/ossidazione.

FR-A-2 688 517 utilizza preliminarmente una nitrurazione dei pezzi in bagno di sali solforati a base di cianati e carbonati alcalini, seguita da un'operazione di fosfatazione.

I procedimenti sopra citati sono di ottima efficacia e sono sempre più utilizzati nella pratica industriale. Essi presentano tuttavia una limitazione, cioè che detta efficacia diminuisce sensibilmente quando le condizioni di funzionamento dei pezzi diventano molto severe, cioè il prodotto della pressione ripartita sulle superfici portanti di attrito, per la velocità relativa di scorrimento di queste, supera una certa soglia critica, tipicamente dell'ordine da 0,4 a 0,5 MPa.m/s.

Un oggetto della presente invenzione è di rimediare ad un tale inconveniente.

La presente invenzione risponde ad un tale oggetto proponendo un procedimento di trattamento per migliorare simultaneamente la resistenza all'usura ed alla corrosione di superfici di metalli ferrosi soggette ad attrito reciproco severo, la cui efficacia resta sostanzialmente costante quando i pezzi sono sollecitati molto fortemente.

Il procedimento dell'invenzione utilizza una diffusione termochimica di azoto per nitrurazione o nitrocarburazione in un bagno di sali in fusione con successiva ossidazione o fosfatazione in un bagno di sali in fusione. Esso si caratterizza per una selezione rigorosa, specificamente messa a punto dalla Richiedente per conseguire l'obiettivo desiderato, in particolare di un insieme di condizioni riguardanti la diffusione termochimica d'azoto, comprendente i tassi dei diversi componenti del bagno di sali in fusione e la durata del trattamento.

La presente invenzione fornisce quindi un procedimento per aumentare la resistenza all'usura ed alla corrosione di superfici portanti antagoniste di pezzi soggetti ad attrito reciproco, in particolare quando il prodotto della pressione ripartita sulle superfici portanti, per la velocità relativa di queste, supera 0,4 MPa.m/s, il detto procedimento essendo adatto a pezzi in metallo ferroso costituiti di ferro, di elementi metallici di addizione e di carbonio, con un tasso ponderale minimo o di 2,5% di elementi metallici di addizione o di 0,45% di carbonio, nel quale si effettua una diffusione termochimica di azoto, che assicura un indurimento delle superfici portanti, per nitrurazione o nitrocarburazione in un bagno di sali in fusione ad una temperatura di 570°C±15°C, seguita da una reazione che assicura una resistenza alla corrosione umida, caratterizzato da ciò che:

(I) il bagno di sali in fusione della detta nitrurazione o nitrocarburazione è composto di cianati e di carbonati alcalini e contiene inoltre specie solforate con i tassi ponderali seguenti:

(II) la durata di immersione di detti pezzi in detto bagno di sali in fusione di detta nitrurazione o nitrocarburazione, è compresa fra 15 e 45 minuti; e

(III) la reazione che assicura una resistenza alla corrosione umida è una reazione chimica specifica scelta nel gruppo costituito dalle reazioni di ossidazione e dalle reazioni di fosfatazione.

II procedimento si applica a pezzi di metallo ferroso costituiti di ferro, di elementi metallici di addizione, in particolare Cr, Mo, V, Al e di carbonio, con un tasso minimo ponderale o di 2,5% di elementi metallici di addizione o di 0,45% di carbonio.

L'insieme di queste condizioni, per quanto riguarda sia in particolare la composizione del bagno di nitrurazione o nitrocarburazione, sia la durata di immersione dei pezzi da trattare in questo bagno, sia la composizione dei pezzi da trattare, deve essere rispettato se si desidera conseguire l'obiettivo desiderato, come sarà illustrato nel seguito, in particolare negli esempi.

La Tabella I qui di seguito indica, per la fase di diffusione termochimica di azoto per nitrurazione, i tassi dei diversi componenti del bagno e la durata di trattamento secondo FR-A--2 672 059, FR-A-2679 258 e FR-A-2688 517 della tecnica nota e secondo la presente invenzione.

Tabella I

A :vantaggioso

N T.necessario

NP: non precisato

Secondo la presente invenzione, la fase di diffusione termochimica, effettuata nelle condizioni specifiche sopra enunciate, è seguita da una reazione chimica che porta alla formazione in su-perficie di composti atti a resistere alla corrosione umida che è o un'ossidazione o una fosfatazione.

Secondo la presente invenzione, detta ossidazione è realizzata in un bagno di sali fusi composto di carbonati, nitrati ed idrossidi alcalini, con inoltre un agente ossidante potente, cioè che presenta un potenziale normale di ossidoriduzione rispetto all'elettrodo di riferimento minore o uguale a -1 volt, in particolare bicromato alcalino, ad una temperatura compresa fra 350° e 550°C e con una durata di immersione dei pezzi da trattare in detto bagno compresa fra 10 e 30 minuti, ed è caratterizzata da ciò che la composizione di detto bagno di sali fusi è, in tassi ponderali:

anione ossidante potente (in particolare bicromato) <1%.

La Tabella II seguente indica la composizione del bagno di ossidazione secondo la presente invenzione e secondo FR-A--2 672 059 ed FR-A-2679 258 della tecnica nota.

Tabella II

Secondo EP-637637 della Richiedente, è noto un procedimento di nitrurazione di pezzi di metallo ferroso ove si trattano i pezzi per immersione per un tempo appropriato in un bagno di sali in fusione costituito essenzialmente di cianati e di carbonati di metalli alcalini e contenente una specie solforata, caratterizzato da ciò che, durante la loro immersione nel bagno, i pezzi sono portati, rispetto ad un controelettrodo immerso nel bagno, ad un potenziale elettrico positivo tale che una corrente notevole attraversi il bagno dai pezzi al controelettrodo. Secondo EP-637 637 la durata del trattamento può essere scaglionata da 10 a 150 minuti, la temperatura può essere compresa fra 450°c e 6S0°C e la parte attiva liquida del bagno può comportare da 30 a 40% di 2-anione CNO, da 15 a 25% di anione CO^ , da 20 a 30% di catione K<+>, da 15 a 25% di catione Na<+>, da 0,5 a 5% di catione Li<+ >ed una quantità di S<2 >compresa fra 1 e 6 ppm. Secondo EP-637637, le densità di corrente utilizzate sui pezzi da trattare sono comprese 2

fra 300 e 800 ampere per metro quadrato (A/m ), preferibilmente fra 450 e 500 A/m<2>.

Occorre notare che, anche se la composizione del bagno di nitrurazione di EP-6Ì7637 è simile a quella del bagno di nitrurazione della presente invenzione, i due procedimenti sono fondamentalmente differenti. In primo luogo, contrariamente ad EP-637 637, non circola alcuna corrente nei bagni di sali fusi della presente invenzione. In secondo luogo, in accordo alla presente invenzione, il procedimento utilizzato è in due fasi chimiche, la fase di diffusione termochimica essendo seguita da una fase di ossidazione o di fosfatazione, mentre EP-637637, criticando i procedimenti in più fasi, rivendica il fatto di non utilizzare che una sola fase chimica.

Secondo la presente invenzione, la fase di diffusione termochimica d'azoto per nitrurazione o nitrocarburazione sopra menzionata può essere preceduta da una prenitrurazione, effettuata in un bagno di composizione simile a quello utilizzato nella nitrurazione o nitrocarburazione.

La prenitrurazione è caratterizzata da ciò che è effettuata ad una temperatura che va da 520°C a 550°C per una durata da 60 minuti a 180 minuti e da ciò che è seguita da un raffreddamento ad una temperatura circa da 370°C a 400°C (cioè un raffreddamento di circa 150°C).

Il modo di realizzazione dell'invenzione comprendente il trattamento di prenitrurazione permette di conciliare una durezza elevata dei pezzi trattati in una zona superficiale sottile con una diffusione profonda d'azoto, sufficiente perché i pezzi trattati abbiano una resistenza a fatica migliore di quella ottenuta senza effettuare il trattamento di prenitrurazione.

Vantaggiosamente, la fase di diffusione termochimica d'azoto successiva ad una prenitrurazione avrà una durata ridotta, compresa fra 15 e 30 minuti.

E' particolarmente vantaggioso, una volta che le operazioni precedenti sono state realizzate, completare il trattamento con l'apporto in superficie di un prodotto atto sia a ridurre la tendenza al grippaggio, sia a facilitare l'accomodamento (cioè la facoltà che hanno i pezzi di conformarsi l'uno all'altro nel corso dell'attrito).

Questo prodotto antigrippaggio può essere un metallo con basso moduolo di Young quale Ag, Sn, Pb, Cd o anche una lega detta "antifrizione " quale Sn/Pb, Zn/Ni, ecc. depositata in strato sottile.

Può anche essere un rivestimento polimero, una cera di impregnazione, un olio detto "solubile" o anche una vernice caricata o no di lubrificante solido quale grafite, bisolfuro di molibdeno, FTFE.

In tutti i casi, lo spessore dello strato di detto prodotto deve essere sufficiente per avere un effetto sensibile, ma non troppo elevato per non generare un eccesso di scorrimento plastico sotto l'effetto delle pressioni elevate presenti nelle superfici portanti. La Richiedente ha constatato che uno spessore dello strato di detto prodotto antigrippaggio compreso fra 2 e 15 micrometri era sufficiente.

In modo vantaggioso, per superfici portanti a 'lubrificazione aleatoria, si realizzeranno delle scolpiture sulla superficie dei pezzi, in particolare con una scanalatura o una zigrinatura, queste ultime svolgendo il ruolo di trappola per i frantumi di usura, così come di riserva di lubrificante.

Per cercare di esporre il meccanismo d'azione del procedimento della presente invenzione, la Richiedente ha effettuato osservazioni metallografiche. La Richiedente ha dunque proceduto a sezioni trasversali ed a misure di microdurezza su campioni in acciaio di diverse composizioni, differentemente trattati. Da questo insieme di osservazioni,2 che saranno dettagliate negli esempi seguenti, risulta che le buone prestazioni tribologiche sotto prodotti P x V (pressione per velocità) elevatissimi si ottengono quando:

- lo strato superficiale di nitruri ha uno spessore compreso fra 10 e 20 pm, di cui sostanzialmente la metà a contatto col substrato è molto compatta, mentre l'altra metà superficiale è leggermente porosa;

- l'indurimento dell'acciaio di supporto è elevato in superficie, poi decresce successivamente molto rapidamente per raggiungere in qualche decina di micrometri la durezza a cuore.

I buoni risultati corrispondono tipicamente ad una nitrurazione (o nitrocarburazione) effettuata in condizioni tali che la profondità indurita equivalente, calcolata dalla superficie d'acciaio indurito sotto uno strato esterno di nitruri (esteso come la profondità in cui 1'accrescimento di durezza conferito dalla ni- ‘ trurazione e di 37% dell'accrescimento in superficie), sia compresa fra un minimo ed un massimo rispettivamente di 20 e 120 micrometri, la durezza a profondità nulla, estrapolata dalle durezze a profondità scaglionate, essendo di almeno tre volte la durezza a cuore.

Occorre notare che il procedimento di EP-637 637 sopra citato non permette, nelle condizioni di densità di corrente specificate, dì ottenere lo stesso effetto di nitrurazione (o di nitrocarburazione) della presente invenzione, per guanto riguarda la morfologia dello strato superficiale di nitruri ed il gradiente di durezza dell'acciaio di supporto esposti sopra.

Benché non si voglia essere legati da alcuna teoria, si può avanzare lo schema esplicativo seguente, per rendere conto delle proprietà tribologiche particolari conferite a pezzi in acciaio molte fortemente sollecitati dal procedimento secondo la presente invenzione.

Il fatto che la pressione ripartita sulle superiici portanti sia elevata, implica che le pressioni localizzate raggiungano anch'esse livelli notevoli: da cui la necessità di elevate caratteristiche meccaniche, in particolare durezza, in superficie ed in sottostrato.

I pezzi meccanici cui si riferisce l'invenzione sono per la maggior parte soggetti a disallineamenti, con, come conseguenza, effetti di superfici di appoggio su spigoli che amplificano i fenomeni di sovrasollecitazioni. Ciò comporta l'esigenza di una relativamente buona capacità dell'acciaio all'accomodamento. Questa proprietà è tuttavia in contraddizione nella maggior parte dei casi con la durezza elevata sopra accennata, poiché gli strati molto duri sono poco deformabili, spesso fragili e sensibili alla scagliatura. Il gradiente di durezza fortemente negativo che caratterizza i pezzi trattati secondo l'invenzione realizza un compromesso accettabile, poiché la zona superficiale molto dura non è che di piccolo spessore: ora, è noto che le proprietà degli strati sottili sono molto differenti da quelle dei materiali massicci.

E' probabile anche che il procedimento secondo l'invenzione sia all’origine di un tasso di sollecitazioni residue di compressione negli strati di superficie, favorevole alle applicazioni previste.

Si noterà infine che l'energia dissipata dall'attrito, che è in relazione diretta col prodotto P x V, così come col coefficiente di attrito, può raggiungere valori notevoli: in effetti, non solo il prodotto P x V è elevato (>0,4 MPa.m/s), ma lo è anche il coefficiente di attrito poiché, per la maggior parte delle applicazioni previste, le condizioni di lubrificazione sono aleatorie, i pezzi dovendo funzionare a volte anche a secco. Sono ghindi richieste buone proprietà antigrippaggio della superficie; la presenza di composti che possiedono proprietà di lubrificanti solidi non può inoltre che essere favorevole.

L'invenzione sarà ora illustrata più in dettaglio con riferimento agli esempi non limitativi seguenti, nei quali tutte le parti e le percentuali sono in peso, salvo indicazione contraria.

Esempio 1

Lotti di campioni di tipo spine e piste in acciaio aventi la composizione: C: 0,3%, Cr: 13%, il resto essendo ferro, trattato termicamente con tempra e successivo rinvenimento, sono stati nitrurati nelle condizioni seguenti:

- composizione del bagno di sali fusi:

- temperatura del bagno: 565°C;

- durata di immersione dei pezzi nel bagno: 30 minuti.

All'uscita dal bagno di nitrurazione, i campioni sono stati fosfatati secondo gli insegnamenti di FR-A-2 688 517 (Esempio 1), poi rivestiti di olio solubile.

Si sono quindi effettuate prove di attrito su un simulatore di laboratorio, nel quale una spina sfrega su una pista in movimento rettilineo alternativo nelle condizioni seguenti:

- corsa: 8 mm

- pressione ripartita: 70 MPa

- velocità di scorrimento: 0,006 m/s

- P x V = 0,42 MPa.m/s

- ambiente: a secco nell'aria

- durata della prova: 8 ore.

Il risultato della prova è caratterizzato dall'usura cumulata della spina e della pista, così come dagli stati di superficie delle superfici portanti di attrito.

I risultati ottenuti sono stati i seguenti:

- usura cumulata spina+pista: 0,1 mm

- stati di superficie a fine prova: levigati.

Per quanto riguarda la resistenza alla corrosione dei pezzi trattati, si trovano risultati conformi a quelli citati in FR-A--2 688 517, cioè diverse centinaia d'ore di tenuta alla nebbia salina.

Le misure di microdurezze su sezioni trasversali dei campioni trattati hanno dato i risultati seguenti:

- durezza a cuore (HV100): 320

- durezza a profondità nulla (HV100): 1300

- profondità indurita equivalente: 30 μπι.

Si noterà che la profondità indurita equivalente, a partire dalla superficie d'acciaio indurito sotto uno strato esterno di nitruri, è compresa fra 20 e 120 micrometri e che la durezza a profondità nulla, estrapolata dalle durezze a profondità scaglionate, è di almeno tre volte la durezza a cuore, ciò che è conforme alla configurazione favorevole indicata precedentemente nella descrizione.

Esempio 2 (Comparativo)

Si sono effettuate prove di usura cumulata della spina e della pista con campioni della stessa composizione che nell'Esempio 1, ma che non erano stati trattati, cioè che non avevano subito alcun condizionamento di superficie. Le prove sono terminate prematuramente (cioè dopo qualche minuto, tutt'al più una trentina di minuti); si osservano incollature, con degradazioni notevoli degli stati di superficie ed usure elevate da 1 a 2 mm.

Esempio 3

Campioni aventi la stessa composizione che nell'Esempio 1 sono stati trattati come nell'Esempio 1, salvo che non si è trattato che un pezzo su due, in questo caso la pista.

Le prestazioni sono minori che quando vengono trattati i due pezzi, rimanendo tuttavia accettabili;

- usura cumulata spina+pista: 0,3 mm;

- stati di superficie a fine prova: leggere rigature.

Esempio 4

Lotti di campioni di tipo spine e piste in acciaio aventi la composizione: C: 0,08%, Cr: 17%, il resto essendo ferro, trattato termicamente con tempra e successivo rinvenimento, sono stati nitrurati e fosfatati, poi provati, nelle stesse condizioni che nell'Esempio 1.

I risultati sono comparabili a quelli dell'Esempio 1, sia quanto a prestazioni ad attrito, sia quanto a resistenza a corrosione in nebbia salina.

- durezza2 a cuore (HV100): 350

- durezza a profondità nulla (HV100): 1350

- profondità indurita equivalente: 25 μιπ.

Esempio 5

Lotti di campioni di tipo spine e piste in acciaio aventi la composizione: C: 0,4%, Cr: 5%, Mo: 1,3%, V: 0,4%, il resto essendo ferro, trattato termicamente con tempra e successivo rinvenimento, sono stati nitrurati nelle stesse condizioni che nell'Esempio 1.

Si è quindi effettuata su tutti i pezzi una fosfatazione, seguita da un'impregnazione con olio solubile, secondo FR-A--2 688 517 (Esempio 1).

I lotti di campioni trattati sono stati provati come nell'E-sempio 1. I risultati di usura cumulata e di stati di superficie sono indicati nella Tabella III seguente.

- durezza a cuore (HV100): 400 ' - durezza a profondità nulla (HV100): 1400

- profondità indurita equivalente: 40 |im.

Si noterà anche qui che la profondità indurita equivalente, a partire dalla superficie d'acciaio indurito sotto uno strato esterno di nitruri, è compresa fra 20 e 120 micrometri e che la durezza a profondità nulla, estrapolata dalle durezze a profondità scaglionate, è di almeno tre volte la durezza a cuore, ciò che è conforme alla configurazione favorevole indicata precedentemente nella descrizione.

Esempio 6 (Comparativo)

Lotti di campioni identici a quelli dell'Esempio 5 sono stati nitrurati come nell’Esempio 5, salvo che per quanto riguarda la durata del trattamento, portata a 4 ore. Essi hanno quindi subito una fosfatazione, come nell'Esempio 5.

- durezza a cuore (HV100): 400

- durezza a profondità nulla (HV100): 1000

- profondità indurita equivalente: 170 pm.

Si noterà che la profondità indurita equivalente, a partire dalla superficie d'acciaio indurito sotto uno strato esterno di nitruri, non è compresa fra 20 e 120 micrometri e che la durezzà a profondità nulla, estrapolata dalle durezze a profondità scaglionate, non è uguale ad almeno tre volte la durezza a cuore. Questi campioni non presentano quindi l'insieme di caratteristiche metallurgiche conformi alla configurazione favorevole indicata precedentemente nella descrizione.

Esempio 7 (Comparativo)

Lotti di campioni identici a quelli dell'Esempio 5 sono stati nitrurati nelle condizioni seguenti:

- composizione del bagno di sali fusi:

- temperatura del bagno: 565°C;

- durata di immersione dei pezzi nel bagno: 90 minuti.

Essi hanno subito successivamente una fosfatazione, come nell'Esempio 5. I lotti di campioni trattati sono stati provati come nell'Esempio 1. I risultati di usura cumulata e di stati di superficie sono indicati nella Tabella III seguente.

- durezza a cuore (HV100): 400

- durezza a profondità nulla (HV100): 1150

- profondità indurita equivalente: 140 pm.

Come nell'Esempio Comparativo 6 precedente, questi campioni non presentano 1<1>insieme delle caratteristiche metallurgiche conformi alla configurazione favorevole indicata precedentemente nella descrizione.

Tabella III

I risultati ottenuti nell'Esempio 5 confermano il buon livello di prestazioni che possono raggiungere pezzi trattati secondo la presente invenzione.

I risultati ottenuti negli Esempi Comparativi 6 e 7 mostrano che, quando ci si allontana dalle prescrizioni rivendicate nella presente invenzione, le prestazioni diventano cattive.

Esempio 8

Lotti di campioni del tipo spine e piste in acciaio avente la composizione: C: 0,4%, Cr: 5%, Mo: 1,3%, V: 0,4%, il resto essendo ferro, trattato termicamente per tempra e successivo rinvenimento sono stati sottoposti ad una prenitrurazione per immersione per 2 ore in un bagno di nitrurazione avente la stessa composizione che nell'Esempio 1 ad una temperatura di 530°C. Si sono quindi lasciati raffreddare i pezzi fino a 380°C. I pezzi sono stati quindi nitrurati in un bagno di nitrurazione avente la stessa composizione che nell'Esempio 1 a 570°C per 30 minuti.

I pezzi trattati sono stati quindi provati come nell'Esempio 1. I risultati ottenuti nella prova di attrito sono i seguenti: - usura cumulata: 0,11 mm;

- stati di superficie: buoni.

Esempio 9

Lotti di campioni di tipo spine e piste in acciaio avente la composizione: C: 0,3%, Cr: 13%, il resto essendo ferro, trattato termicamente con tempra e successivo rinvenimento, sono stati nitrurati come nell'Esempio 1.

All'uscita dal bagno di nitrurazione sono stati quindi, secondo l'invenzione, immersi per 15 minuti in un bagno ossidante portato alla temperatura di 450°C ed avente la composizione ponderale anionica seguente:

Si è quindi effettuata un'impregnazione con una cera di polietilene secondo FR-A-2679 258 (Esempio 1).

I risultati ottenuti nella prova di attrito, effettuata nelle condizioni dell'Esempio 1 precedente, sono i seguenti:

- usura cumulata spina+pista: 0,12 mm;

- stati di superficie a fine prova: buoni.

- durezza a cuore (HV100): 350

- durezza a profondità nulla (HV100): 1350

- profondità indurita equivalente: 25 μπι.

Esempio 10

Campioni identici a quelli dell'Esempio 9 sono stati trattati come nell'Esempio 9, salvo che il trattamento con cera di polietilene è stato sostituito con un rivestimento con fluoro-etilen-propilene (FEP) di uno spessore di 10 pm, secondo gli insegnamenti di FR-A-2672 059.

I risultati, per il trattamento pista e spina identico, sono indicati nella Tabella IV seguente.

Esempio 11

Campioni identici a quelli dell'Esempio 9 sono stati trattati come nell'Esempio 9, salvo che il trattamento con cera di polietilene è stato sostituito con un rivestimento con uno strato di vernice polimera caricata PTFE, secondo gli insegnamenti di FR-A--2 672 059.

Esempio 12

Campioni identici a quelli dell'Esempio 9 sono stati trattati come nell'Esempio 9, salvo che il trattamento con cera di polietilene è stato sostituito con un rivestimento con uno strato<1 >di vernice polimera caricata MoS2 di 8 pm di spessore, secondo gli insegnamenti di FR-A-2672 059.

Tabella 3⁄4v

Esempio JL3

Lotti di campioni di alberi e di cuscinetti in acciaio avente la composizione: C: 0,4%, Cr: 5%, Mo: 1,3%, V: 0,4%, il resto essendo ferro, sono stati trattati come nell'Esempio 12 precedente.

I campioni trattati sono stati quindi provati su campioni di supporti a bussola oscillanti, nelle condizioni seguenti:

- diametro dell'albero: 35 mm

- gioco albero/supporto a bussola: 0,1 mm

- rotazione alternata

- frequenza: 0,65 Hz

- ciclo: 15 secondi di marcia, 60 secondi di arresto

- pressione ripartita: 50 MPa

- P x V: 0,4 MPa.m/s

- ambiente: aria

- lubrificazione per asciugatura dei pezzi prima del montaggio con uno straccio grasso, quindi nessun apporto supplementare di lubrificante.

II risultato della prova è caratterizzato dal tempo al termine del quale una sonda di temperatura, alloggiata nel supporto a bussola in corrispondenza della zona di contatto e a 2 mm dalla superficie indica un innalzamento rapido.

Le osservazioni metallurgiche effettuate su sezioni trasversali di campioni confermano che il gradiente di durezza è conforme alla configurazione favorevole indicata nella descrizione e nell'Esempio 1 precedente.

Quando i due pezzi sono trattati, la durata della prova prima di innalzamento rapido della temperatura del supporto a bussola è di 320 ore.

Quando viene trattato solo il cuscinetto, la durata della prova prima dell'innalzamento rapido della temperatura del suporto a bussola è di 270 ore.

Questo esempio conferma che è preferibile trattare i due pezzi della coppia d'attrito, ma che la prestazione con un solo pezzo trattato resta tuttavia accettabile.

A titolo di confronto, le prove effettuate con alberi e cuscinetti non trattati portano ad un grippaggio dopo meno di 30 minuti.

Esempio 14 (Comparativo) ‘ Campioni identici a quelli dell'Esempio 13 precedente sono stati trattati e provati come nell'Esempio 13, salvo che la composizione del bagno di nitrurazione, non conforme all'invenzione, era la seguente:

Il riscaldamento rapido si produce dopo 45 ore.

Esempio 15 (Comparativo)

Campioni identici a quelli dell'Esempio 13 precedente sono stati trattati e provati come nell'Esempio 13, salvo che la durata della nitrurazione, non conforme all'invenzione, era di 4 ore.

11 riscaldamento rapido si produce dopo 40 ore.

Le misure di microdurezza su sezioni trasversali dei campioni trattati hanno dato i risultati seguenti:

- durezza a cuore (HV100): 250

- durezza a profondità nulla (HV 100): 450

- profondità indurita equivalente: 350 pm.

Le misure qui sopra mostrano che questi campioni non presentano l'insieme delle caratteristiche metallurgiche secondo la configurazione favorevole indicata precedentemente nella descrizione.

Esempio 16 (Comparativo)

Lotti di campioni di alberi e di cuscinetti in acciaio avente la composizione: C: 0,2%, Mo: 1,5%, V: 0,5% il resto essendo ferro, cioè avente una composizione non conforme all'invenzione, sono stati trattati e provati come nell'Esempio 13 precedente.

Il riscaldamento rapido si produce dopo 40 ore.

- durezza a cuore (HV100): 280

- durezza a profondità nulla (HV 100): 500

- profondità indurita equivalente: 400 pm.

Le misure qui sopra mostrano che questi campioni non presentano l'insieme delle caratteristiche metallurgiche secondo la configurazione favorevole indicata precedentemente nella descrizione. Le prestazioni tribologiche sono relativamente scarse.

Esempio 17 (comparativo)

Lotti di campioni di alberi e cuscinetti in acciaio non legato avente la composizione: C: 0,38%, il resto essendo ferro, temprata e quindi rinvenuto, cioè avente una composizione conforme all'invenzione, sono stati trattati e provati come nell'Esempio 13 precedente.

Il riscaldamento rapido si produce dopo 50 ore.

- durezza a cuore (HV100): 300 '

- durezza a profondità nulla (HV 100): 500

- profondità indurita equivalente: 400 pm.

Le prestazioni tribologiche sono relativamente scarse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Procedimento per aumentare la resistenza all'usura ed alla corrosione di superfici portanti antagoniste di pezzi soggetti ad attrito reciproco, in particolare quando il prodotto della preg sione ripartita sulle superfici portanti, per la velocità relativa di queste, supera 0,4 MPa.m/s, il detto procedimento essendo adatto a pezzi in metallo ferroso costituiti di ferro, di elementi metallici di addizione e di carbonio, con un tasso ponderale minimo o di 2,5% di elementi metallici di addizione o di 0,45% di carbonio, nel quale si effettua una diffusione termochimica di azoto, che assicura un indurimento delle superfici portanti, per nitrurazione o nitrocarburazione in un bagno di sali in fusione ad una temperatura di 570°C±15°C, seguita da una reazione che assicura una resistenza alla corrosione umida, caratterizzato da ciò che: (I) il bagno di sali in fusione della detta nitrurazione o nitrocarburazione è composto di cianati e di carbonati alcalini e contiene inoltre specie solforate con i tassi ponderali seguenti:

1 ppm<S <100 ppm (II) la durata di immersione di detti pezzi in detto bagno di sali in fusione di detta nitrurazione o nitrocarburazione è compresa fra 15 e 45 minuti; e (III) la reazione che assicura una resistenza alla corrosione umida è una reazione chimica specifica scelta nel gruppo costituito dalle reazioni di ossidazione e dalle reazioni di fosfatazione.
2) Procedimento come nella rivendicazione 1), caratterizzato da ciò che la reazione chimica superficiale che assicura una resistenza alla corrosione umida è una reazione di ossidazione effettuata in un bagno di sali fusi composto di carbonati, nitrati ed ossidi alcalini, con inoltre un agente ossidante potente, cioè che presenta un potenziale normale di ossidoriduzione, rispetto all'elettrodo di riferimento, minore o uguale a -1 volt, in particolare bicromato alcalino, ad una temperatura compresa fra 350° e 550°C e con una durata di immersione dei pezzi da trattare in detto bagno compresa fra 10 e 30 minuti, la composizione del bagno di sali fusi della reazione di ossidazione essendo, in tassi ponderali:

anione ossidante potente (in particolare bicromato) <1%.
3) Procedimento come nella rivendicazione 1), caratterizzato da ciò che la reazione chimica superficiale che assicura una resistenza alla corrosione timida è una reazione di fosfatazione.
4) Procedimento come in una qualunque delle rivendicazioni da 1) a 3), caratterizzato da ciò che, preliminarmente alla diffusione termochimica di azoto, si effettua una prenitrurazione in un bagno di composizione simile a quello di nitrurazione, ad una temperatura da 520° a 550°C e per una durata compresa fra 60 e 180 minuti, seguita da un raffreddamento di circa 150°C.
5) Procedimento come nella rivendicazione 4), caratterizzato da ciò che la durata della fase di diffusione termochimica di azoto che fà seguito alla prenitrurazione è dai 15 a 30 minuti.
6) Procedimento come in una qualunque delle rivendicazioni da 1) a 5), per superfici portanti antagoniste a lubrificazione aleatoria, caratterizzato da ciò che le operazioni di diffusione termochimica d'azoto e di reazione superficiale di ossidazione o di fosfatazione sono seguite dall'apporto in superficie di un prodotto atto a ridurre la tendenza al grippaggio ed a facilitare l'accomodamento, in spessore compreso fra 2 e 15 μιη.
7) Procedimento come nella rivendicazione 6), caratterizzato da ciò che il prodotto atto a ridurre la tendenza al grippaggio ed a facilitare l'accomodamento è un metallo a basso modulo di Young, in particolare Sn, Ag, Pb, Cd od anche una lega metallica, in particolare Sn/Pb, Zn/Ni, depositata in strato sottile.
8) Procedimento come nella rivendicazione 6), caratterizzato da ciò che detto prodotto atto a ridurre la tendenza al grippaggio ed a facilitare l'accomodamento è un rivestimento polimero, in particolare una vernice o una cera di impregnazione.
9) Procedimento come nella rivendicazione 8), caratterizzato da ciò che la vernice polimera contiene un lubrificante solido, in particolare grafite, bisolfuro di molibdeno o anche PTFE.
10) Procedimento come in una qualunque delle rivendicazioni da 1) a 9), per superfici portanti a lubrificazione aleatoria, caratterizzato da ciò che, preliminarmente alle operazioni di diffusione termochimica d'azoto, di reazione superficiale di ossidazione o di fosfatazione e di apporto in superficie di un prodotto atto a ridurre la tendenza al grippaggio ed a facilitare l’accomodamento {per rivestimento), vengono realizzate delle scolpiture sulla superficie dei pezzi, in particolare per zigrinatura o scanalatura