Il compromesso tra buone caratteristiche di lavorabilità e durezza limitata rende spesso necessari trattamenti superficiali su leghe come l’EN 1.4404, ad esempio SuperExpanite®. Tuttavia, in alcuni casi non è possibile utilizzare liberamente trattamenti ad alta temperatura (come ExpaniteHigh-T) a causa del rischio di perdita di tolleranze dimensionali o della condizione incrudita del materiale, che è essenziale per le prestazioni meccaniche. ExpanitePureLow-T è stato sviluppato per offrire le stesse prestazioni antiusura del SuperExpanite, senza ricottura della microstruttura — e lo fa in modo sorprendentemente efficace.

La geometria del test ASTM G133 – Metodo standard per l’usura da scorrimento lineare alternato – prevede una punta sferica o semicircolare in lega 100Cr6 con durezza superiore a 800 HV. Il campione trattato viene posizionato come elemento piatto nella configurazione del test, e la sfera viene fatta scorrere sopra di esso con movimento oscillante a una frequenza di 5 Hz, ampiezza di 10 mm, e una lunghezza totale di 100 m.

La forza di contatto tra le due superfici è mantenuta costante a 25 N per tutta la durata del test. Alla fine, il solco di usura viene misurato con un profilometro, e l’area della sezione trasversale viene calcolata a partire dal profilo ottenuto. In questo rapporto di prova sono stati condotti tre test separati su un blocco in EN 1.4404 indurito con ExpanitePureLow-T, e i risultati sono stati confrontati con quelli (presentati in precedenza) di un campione non trattato della stessa lega.

Utilizzando la stessa tecnologia dello step ExpaniteLow-T del trattamento SuperExpanite, il processo ExpanitePureLow-T consente di aumentare la durezza superficiale dell’acciaio austenitico EN 1.4404. La conversione termo-chimica della superficie genera uno strato di austenite espansa con una durezza superficiale superiore a 900 HV. L’aumento della durezza è ottenuto grazie alla diffusione di elevate quantità di azoto e carbonio nei siti interstiziali (in particolare nei vuoti ottaedrici della reticella cristallina a facce centrate – FCC). Lo spessore dello strato di diffusione ottenuto è di 20 µm ± 5 µm.

In assenza di fase di ricottura, la durezza superficiale e la profondità del trattamento risultano strettamente legate alla microstruttura iniziale e alla storia produttiva del materiale. La microstruttura della superficie trattata, che mostra chiaramente lo strato di diffusione, è riportata nella Figura 1. Il profilo di durezza misurato sul campione utilizzato nel test è mostrato nel grafico della Figura 2. Per minimizzare l’influenza dello strato danneggiato sotto la superficie, una zona di pochi micrometri alterata dalle lavorazioni meccaniche, è stato effettuato un pre-trattamento di elettrolucidatura considerato indispensabile.

Tutte e tre le tracce d’usura sono state misurate con un profilometro e l’area della sezione trasversale di ciascun solco è stata calcolata tramite uno script Python. I profili, lunghi 1,5 mm, sono stati livellati in base all’altezza media in intervalli non nulli alle due estremità del profilo.

L’area così ottenuta è stata moltiplicata per l’ampiezza del test e normalizzata rispetto ai parametri di prova per ricavare il tasso di usura. Nella Tabella 1 è riportato il riepilogo dei tassi di usura calcolati sia per i blocchi EN 1.4404 trattati con ExpanitePureLow-T sia per quelli non trattati. Il solco n. 2, che presenta il tasso di usura più elevato, è stato utilizzato per determinare la profondità della traccia. Il profilo misurato di questo solco è mostrato nel grafico di Figura 3. I dati sono stati filtrati con un filtro gaussiano (cut-off 0,08 mm) mediante uno script Python. Per confronto è riportato anche il profilo di un campione non trattato con un cut-off di 0,25 mm. La profondità del solco, misurata dal punto più alto dei bordi al punto più basso della curva filtrata, è risultata pari a 2 µm.

Con tassi di usura così bassi, come mostrato nella tabella sopra per il campione trattato, la misurazione dei solchi non è affatto semplice. La fotografia panoramica dei tre solchi d’usura è riportata nella Figura 4. Osservando i solchi ad alto ingrandimento (Figura 5), le linee di rettifica originali sono ancora visibili in tutti e tre i casi, il che significa che la profondità dei solchi rientra nella rugosità superficiale originale del blocco. La riduzione del tasso di usura, calcolata come rapporto fra i valori medi, è superiore a 592 volte.

Analizzando la profondità del solco misurata e confrontandola con la profondità complessiva di diffusione ottenuta con il trattamento, possiamo concludere che l’esigua quantità di materiale rimosso non è dannosa per il componente. La differenza di profondità tra il solco del campione trattato e quello non trattato è stata calcolata in circa 95 volte.