Riporti a caldo più resistenti all’usura

Dalla rivista:
RMO – Rivista di Meccanica Oggi

Pubblicato il 12 novembre 2002

In particolare vengono messi in luce i vantaggi che scaturiscono dall’impiego della gamma di prodotti Castolin nella realizzazione di riporti rifusionabili.

L’utilizzo a livello industriale e commerciale di riporti antiusura realizzati mediante proiezione termica, oppure con le più avanzate tecnologie di riporto sta crescendo continuamente nel mondo, grazie anche agli ottimi risultati ottenuti in termini di riduzione dei costi di manutenzione mediante il prolungamento della durata in servizio dei particolari riportati abbinati al minor numero degli interventi manutentivi e alle conseguenti perdite per fermi di produzione a volte non previsti. Negli ultimi anni, sono state introdotte nuove tecnologie in grado di sostituire efficacemente la cromatura dura anche per i problemi ambientali che essa comporta. Il procedimento HVOF o High Velocity Oxy Fuel è una delle diverse alternative insieme a PVD, CVD, nitrurazione ed altro, che hanno sostituito la cromatura dura in industrie quali l’aeronautica, la perforazione, la petrolchimica e le cartiere dove sono richiesti riporti con elevata resistenza all’usura. Una limitazione riscontrata al procedimento HVOF è lo spessore del riporto che è relativamente sottile (meno di 1 mm). Infatti, per applicazioni dove occorrono spessori di riporto più elevati, superiori a 2 mm, per resistere all’abrasione erosione ed urto, vengono utilizzate le tradizionali tecnologie di riporto quali SAW (arco sommerso), FCAW/MCAW (fili animati con e senza scoria), e PTA (plasma ad arco trasferito). L’utilizzazione delle leghe per proiezioni termiche rifusionabili “a caldo” basate su composizioni contenenti nickel boro silicio (NiBSi) con l’aggiunta di cromo (Cr) e carburi di tungsteno (WC) hanno da sempre mostrato eccellente resistenza all’abrasione ed erosione. I procedimenti HVOF e PTA sono usati regolarmente per mezzo di dispositivi automatizzati che rendono convenienti queste applicazioni di riporto. Il mercato è alla continua ricerca di nuove soluzioni ed è in continua espansione per cui sono proposti nuovi utilizzi alle varie tecnologie di riporto. Usando convenientemente sistemi di proiezione termica ad alta produttività abbinati a macchine dedicate per l’automazione, queste officine hanno potuto migliorare in qualità e produttività. Il mercato continuerà a indirizzare l’uso di queste tecnologie innovative, in parte dovuto all’aumento delle situazioni di condizioni di utilizzo sempre più severe, riduzione dei costi, problematiche ambientali e aspettative di sempre maggiori profitti. Questa presentazione, oltre ad esaminare le varie e più recenti tecniche di riporto, contiene i risultati di prove di laboratorio condotte su riporti con leghe della medesima composizione, realizzati con queste tecnologie di proiezione termica a freddo ed a caldo. In particolare, si vuole dimostrare come i riporti rifusionabili realizzati con la gamma di prodotti Castolin: Lancia SF, Castodyn DS 8000 e PTA portino a dei risultati di resistenza all’usura notevolmente superiori rispetto ad altre tecniche.

Proiezioni termiche rifusionabili

Il riporto realizzato mediante proiezione termica rifusionabile, cosiddetto a “caldo”, è un procedimento di brasatura. Questo è definito come l’applicazione mediante proiezione alla fiamma di una lega “autodisossidante” seguita dalla fusione della stessa sul metallo di base, realizzando così un legamento di tipo metallurgico. Una volta che la lega micropolverizzata è stata applicata nel corretto spessore, il riporto viene scaldato sopra la temperatura di fusione (circa 1000 °C), favorendo il fenomeno della diffusione con scambio reciproco di atomi tra il riporto fuso ed il metallo base portato ad una temperatura atta a favorire il fenomeno della diffusione. Come nella brasatura, questi riporti sono caratterizzati dalla assenza di diluizione col metallo base: in tutto lo spessore il riporto mantiene tutte le sue caratteristiche invariate. In genere a questa tipologia di leghe, se si desidera aumentare la resistenza all’usura abrasiva ed erosiva, si aggiunge una quantità che va dal 35% al 65% di WC di varia pezzatura e forma geometrica. Con questa tecnica si realizzano riporti che presentano una forza di adesione di circa 30-35 kg/mm2 con la possibilità di applicare sulla superficie spessori di riporto da 3 a 6 mm che rendono questa tecnologia ideale per applicazioni dove sono combinate elevata pressione, severa abrasione, erosione e, data la compattezza del riporto, anche la corrosione. Queste leghe autodisossidanti sono state usate per molti anni in condizioni di servizio molto severe come nel campo petrolchimico, della perforazione dei laterizi, del cemento e della carta. L’attenzione a queste leghe è cresciuto continuamente grazie al loro uso attraverso avanzati sistemi di proiezione termica quali HVOF, PTA e la tecnologia Castolin Lancia SF, Castodyn DS 8000, comportando un’elevata e ripetitiva qualità del riporto con elevate velocità di deposizione quando comparate con tradizionali sistemi di proiezione e successiva rifusione del riporto.

La tecnologia PTA

Il plasma ad arco trasferito è un processo di saldatura in cui un arco elettrico ad elevata energia viene creato tra la testa della torcia o anodo ed il metallo base o catodo. La lega micropolverizzata è alimentata entro la colonna plasma creata dall’introduzione di un gas inerte nell’arco elettrico. La polvere è fusa ed accelerata verso il metallo base, formando un fluido che si lega metallurgicamente al metallo base che partecipa alla fusione. Caratteristiche principali dei riporti PTA sono: elevata velocità di deposizione (fino a 15 kg/h); elevato rendimento (circa 85%); bassa diluizione col metallo base, (generalmente meno del 10%). Il grado di diluizione dipende dal metallo base, dalla sua forma geometrica, dalla sua massa e dai parametri di saldatura. Il basso tasso di diluizione assicura che il riporto antiusura raggiunga già tutte le sue proprietà caratteristiche in una passata. Questo è molto significativo soprattutto in termini economici quando è confrontato con altri procedimenti di saldatura nei quali occorre realizzare fino a tre passate di saldatura per eliminare gli effetti della diluizione.