Anwendungsgebiete

Con la modifica locale delle superfici (trattamento dello strato marginale) è possibile modificare le proprietà dei componenti metallici in determinati settori della superficie attraverso diversi tipi di processi (tempra, rifusione, profilatura ecc.). Attraverso il fascio di elettroni, che viene esattamente controllato, in brevissimo tempo viene apportata la quantità di calore necessaria per un determinato processo. Questo processo modifica soltanto le zone più superficiali (0,1 - 1 mm; a volte anche di più), mentre la parte massiccia del componente rimane invariata. Grazie all'apporto molto ridotto di calore anche la deformazione del componente è minima.

La modifica delle superfici con tecnologia EB (ad eccezione della suddetta limitazione locale) è caratterizzata dall'assenza di qualsiasi fonte esterna di raffreddamento; è sufficiente il deflusso di calore nella parte massiccia del componente.

Questa tecnologia può essere applicata praticamente a tutti i settori dell'industria meccanica, dell'automotive, alle tecnologie mediche, all'ingegneria aerospaziale e così via.

Assi CN per il trattamento della superficie

Assi NC durante la lavorazione: rotazione, focalizzazione, deflessione

51CrV Trattamento della superficie

51CrV: 4 guide ovali con camma, profondità di tempra >0,4 mm

Varianti del processo

La modifica delle superfici a fascio elettronico

Il processo offre svariate possibilità di lavorazione. Il seguente diagramma riporta una classificazione delle possibili modifiche delle superfici con tecnologia EB. 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).

diagramma tempra

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Modifica delle superfici

FASE SOLIDA

Tempra

Negli acciai l'energia EB 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 marteniste 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 precedentemente, ad es. la nitrurazione.

Esempio: Frammento della sezione trasversale Profilo di durezza della superficie fino al
materiale di base HV 0,3
Profilo di durezza della superficie Profilo di durezza della superficie

Modifica

Con un "dosaggio" adeguato dell'apporto di calore è possibile modificare (spesso limitatamente) le zone locali 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 che, se necessario, può essere effettuato anche su superfici temprate con EB per limitare una determinata durezza massima.

FASE FLUIDA

Testurizzazione

L'effetto EB punto per punto crea una fusione di piccole aree della superficie che durante la solidificazione crea irregolarità (cavità o simili). Queste strutture relativamente semplici conferiscono alla superficie una presa definita (ad esempio nella laminazione).

Configurazioni di lavorazione più complesse (con deflessione rapida del fascio) permettono un'evaporazione, una deformazione e una distribuzione mirata del materiale, in modo da poter creare strutture complesse adeguate alle specifiche esigenze.

Testurizzazione Testurizzazione Testurizzazione

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 (ad es. martensite o ledeburite) e si verifica un corrispondente aumento della durezza.

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.

tempra 2 1

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.

trasformazione 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 di elettroni. 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.

incorporamento 1 

incorporamento 2 1

carburi di tungsteno incorporati

incorporamento 3 1

carburi di tungsteno fusi

Alligazione

Con l'aggiunta di altri materiali (ad esempio come 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.

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