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La modifica locale delle superfici (spesso definita anche “trattamento dello strato marginale”) può essere utilizzata per produrre proprietà modificate in aree selezionate della superficie del pezzo, in modo preciso e solo nel punto necessario, come nel caso della tempra, ad esempio. Attraverso il fascio elettronico controllabile con precisione viene introdotta in brevissimo tempo una quantità di calore definita con precisione, necessaria per un processo specifico. In questo processo, vengono trasformate solo le zone più vicine alla superficie (0,1 - 1 mm; a volte di più) mentre la parte massiccia del componente rimane invariata, comportando una distorsione minima del componente.
Un’altra caratteristica sorprendente della modifica della superficie con il fascio elettronico è che non è necessaria alcuna fonte esterna di raffreddamento, poiché è sufficiente il deflusso di calore nella parte massiccia del componente.La modifica della superficie, come sotto area della tecnologia EB può essere applicata praticamente a tutti i settori dell’industria meccanica, dall’automotive, alle tecnologie mediche, all’ingegneria aerospaziale e così via.
Assi CN durante la lavorazione: rotazione, focalizzazione, deflessione
51CtV: 4 guide ovali con camma, profondità di tempra >0,4 mm
Varianti del processo
La modifica delle superfici a fascio elettronico
Ci sono molte possibilità di lavorazione diverse. Si distingue principalmente tra i processi di lavorazione a solido, quindi senza alcuna fusione della superficie che può essere addirittura rettificata, e i processi di lavorazione che penetrano nella fusione superficiale e permettono quindi maggiori modifiche delle proprietà del materiale (e che tuttavia nella maggior parte dei casi necessitano di una rifinitura).
Il diagramma seguente mostra una categorizzazione delle possibili modifiche della superficie del fascio elettronico. Per ulteriori informazioni, fare clic sui pulsanti attivi nel grafico.
Modifica delle superfici
Fase solida
Tempra
Negli acciai, l’energia del fascio elettronico comporta inizialmente la produzione di austenite a livello superficiale che successivamente, in seguito a un’autotempra estremamente veloce e in presenza di un contenuto sufficiente di C, forma una martensite molto dura. L’area di tempra non è uno strato applicato, bensì diventa gradualmente materiale della massa invariata.
La tempra a fascio elettronico può anche essere associata a uno dei processi termochimici svolti in precedenza, ad esempio la nitrurazione.
| Esempio: frammento della sezione trasversale | Profilo di durezza dalla superficie fino al Materiale di base misurato HV 0,3 |
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Trasformazione
Con un dosaggio adeguato dell’apporto di calore è possibile modificare, anche limitatamente nello spazio, le aree della superficie nella fase solida. Il tipo e il grado di trasformazione dipendono dalle proprietà metallurgiche del materiale del componente. Un esempio per gli acciai è il processo d’invecchiamento: se necessario, può essere effettuato anche su superfici temprate con EB per limitare una determinata durezza massima.
LIQUIDO
Testurizzazione
L’effetto del fascio elettronico punto per punto crea una fusione di piccole aree della superficie che durante la solidificazione crea irregolarità, come cavità o simili. Queste strutture relativamente semplici conferiscono alla superficie, ad esempio nella laminazione, anche una presa definita.
Configurazioni di lavorazione più complesse con deflessione rapida del fascio (EBO Jump) permettono un’evaporazione, una deformazione e una distribuzione mirata del materiale. Questo permette di creare strutture complesse adeguate alle specifiche esigenze.
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| Immagini delle caratteristiche del processo Surfi-Sculpt®, per gentile concessione di TWI Ltd. | |||
Tempra
Per raggiungere grandi profondità di penetrazione (alcuni millimetri) nei materiali ferrei, è possibile effettuare una fusione locale della superficie. In seguito all’autotempra, la struttura del materiale viene modificata e si verifica un corrispondente aumento della durezza, ad es. martensite o ledeburite.
Il processo di fusione crea irregolarità sulla superficie che generalmente deve essere rifinita. Utilizzando reticoli a strisce o a punti nel processo EB si può evitare la fusione di aree congiunte troppo grandi e la formazione di irregolarità troppo marcate.
Trasformazione
Analogamente alla tempra in fase fluida nei materiali ferrei, è possibile modificare localmente anche la struttura di altri materiali. In particolare nelle ghise, caratterizzate dalla tipica struttura cristallina a grana grossa, può così essere affinato il grano della struttura e quindi migliorata la resistenza al logoramento.
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Esempio: lega del pistone Al-Si
A sinistra: struttura della ghisa, a destra: struttura fusione EB (su stessa scala) |
Alligazione
Incorporamento di materiali duri
Al fine di aumentare la resistenza all’usura della superficie di un componente, vengono incorporati soprattutto materiali duri nel momento in cui la superficie viene sottoposta a fusione attraverso il fascio elettronico. Se l’apporto di energia è contenuto, le particelle dure nella zona interessata dalla fusione rimangono intatte. In presenza di un maggiore apporto di calore queste vengono scisse e precisamente distribuite o addirittura incorporate nella lega.
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Carburi di tungsteno incorporati |
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Carburi di tungsteno fusi |
Alligazione
Con l’aggiunta di altri materiali, come tramite filo o strato applicato, durante un processo di fusione tramite EB è possibile unire in lega la zona della superficie sottoposta al trattamento. In tal modo le proprietà del materiale possono essere modificate in modo mirato.