CHE COS’ E’ IL TRATTAMENTO CRIOGENICO?

L’etimologia della parola CRIOGENIA rivela una derivazione dalle parole greche Kryos (freddo) e Geni (nascita).
In realtà non esiste una definizione ufficiale di trattamento criogenico anche se la comunità scientifica e le società americane coinvolte nel settore, identificano due diversi tipi di processo, cioè il trattamento SCT (Shallow Cryogenic Treatment), che prevede un raffreddamento a circa -80°C, e quello DCT (Deep Cryogenic Treatment), in cui il materiale è raffreddato fino a – 200°C.
Per trattamento criogenico o tempra criogenica, in questa sede, si intende il processo DCT, così come viene effettuato dall’impianto Gamma300, che si avvale del meglio dello “state of the art” dei processori criogenici computerizzati, prodotto dalla Cryogenics International in Arizona.

Dalla collaborazione con la stessa società e con centri di ricerca italiani, ci giunge il know-how frutto di un’esperienza quasi trentennale nel settore.

Innanzi tutto, bisogna specificare che il DCT non è un trattamento superficiale ma interessa l’intero volume (o spessore) del pezzo e non si perde quando la parte viene lavorata. E’ importante sapere che il DCT non sostituisce la tempra tradizionale, anzi ne è un’estensione. Un ottimo DCT non può comunque riparare ad una cattiva tempra, anche se alcuni vantaggi si ottengono a prescindere. Il DCT, effettuato nelle dovute modalità, apporta modifiche alla struttura cristallina dei materiali ed i principali risultati sono quelli di migliorarne la resistenza all’abrasione (usura) ed alla fatica, uniti alla riduzione degli stress residui. Negli acciai legati (si pensi, in particolare, al caso degli acciai per utensili) si ottiene una trasformazione dell’austenite residua in martensite e la precipitazione di carburi fini.

Per quanto riguarda la riduzione sostanziale del tenore di austenite residua dopo il trattamento criogenico, si hanno ormai conferme di come questa comporti un notevole aumento della resistenza ad usura dell’acciaio considerato, e un parallelo aumento della durezza. Senza entrare nel dettaglio, si possono comunque citare alcune osservazioni che dimostrano i notevoli benefici in termini di durata del componente, sia che si tratti di utensili che cuscinetti a rotolamento, che di riduzione della rugosità superficiale. Un altro fenomeno chiaramente riscontrato è la precipitazione di carburi finissimi che si verifica durante la permanenza a bassa temperatura; un tale effetto risulterebbe ancora più efficiente, rispetto alla rimozione dell’austenite residua, sulla resistenza ad usura. Una possibile causa della formazione di questi carburi potrebbe essere l’espulsione del carbonio a causa della contrazione del reticolo martensitico alle bassissime temperature.

Anche la rimozione delle tensioni residue, generate per esempio dalle saldature, è un effetto del trattamento criogenico ormai comprovato; va notato che la riduzione delle tensioni residue può comportare anche una riduzione della durezza, che però corrisponde ad un migliore bilancio di tenacità e resistenza, grazie ad una maggiore omogeneità delle proprietà del materiale. Vantaggi si sono riscontrati su leghe di alluminio, ceramici, alcuni polimeri e persino su leghe di magnesio. E’ altresì favorita la conduzione termica ed elettrica.

In pratica il trattamento avviene inserendo il pezzo all’interno di una camera in atmosfera criogenica a -196°C. In realtà il processo è molto più complesso e parte con l’analisi del pezzo da trattare. Sono presi in esame il materiale, la forma e successivamente viene impostato il programma di trattamento che si ritiene di maggior resa. Il pezzo viene inserito nella camera a temperatura ambiente e grazie ad una atmosfera di azoto, viene lentamente raffreddato fino a raggiungere la temperatura di -196°C (-300°F) che è la temperatura di ebollizione dell’azoto liquido. Il raffreddamento avviene di 0,3/0,5° al minuto e può variare tra le 8 e le 12 ore complessive. La precisione nel mantenere la rampa impostata, è garantita da un sofisticato processore computerizzato che comanda l’iniezione di nebbia di azoto o l’accensione di resistenze elettriche, elaborando gli input che giungono da sonde di temperatura al platino inserite nella camera.

Al raggiungimento della temperatura di -196°, questa viene mantenuta costante per almeno 24 ore. Questo tempo è necessario perché a bassa temperatura la mobilità atomica legata ai processi diffusivi è molto limitata. Passato questo tempo, inizia la fase di riscaldamento con una rampa di risalita della temperatura ancora più lenta, che comporta un tempo totale di processo, compreso tra le 40 e le 72 ore.

Il Deep Cryogenic Treatment Gamma300:
Incrementa la resistenza all’usura ed alla fatica
Riorganizza la struttura molecolare e raffina la struttura cristallina
Migliora la stabilità dimensionale
Migliora la conduzione termica
Diminuisce le fratture da stress
Permette lavorazioni di maggior precisione
Elimina gli stress residui
Aumenta la conduttività elettrica
Migliora la resistenza alla corrosione
Diminuisce le temperature d’esercizio

Tutto questo si traduce in miglioramento delle performance e diminuzione dei costi.

Il trattamento criogenico non è una soluzione miracolosa che risolve problemi su ogni tipo di materiale, ed è impossibile stabilire un miglioramento di un “tot per cento”. Ogni materiale, spessore o forma risponde diversamente, ed il vantaggio può essere in alcuni casi limitato, in altri addirittura strabiliante.
Riteniamo che lo scarso utilizzo nel nostro paese sia principalmente dovuto alla poca conoscenza, al fatto che il processo sia lungo (2 o 3 giorni) e quindi difficilmente inseribile in catene di produzione sempre più concentrate ad ottimizzare tempi e costi, al fatto che visivamente non avviene nessun cambiamento e quindi un cliente mal digerisce di dover spendere denaro per riavere indietro il proprio materiale che appare “tale e quale” ma che di fatto non lo è. Ancora un limite lo dobbiamo alla poca lungimiranza: riportiamo l’esempio di un produttore di utensili che vede la possibilità che i suoi prodotti durino fino a cinque volte di più, come un limite alle vendite (se l’utensile dura di più, il cliente ne compra di meno) e non come la possibilità di elevarsi rispetto alla concorrenza che propone prodotti convenzionali, permettendogli di sfruttare l’innovazione tecnologica anche come efficace leva di marketing. Ma incombe un altro pesante macigno: scarsa ed approssimativa sperimentazione.

E’ proprio per cercare di ovviare a questa ultima considerazione, che la nostra società intrattiene un importante rapporto sinergico con il gruppo di ricercatori di Metallurgia operanti nel Dipartimento di Meccanica dell’Università Politecnica delle Marche. Tale collaborazione mira a sviluppare ricerca, conoscenze, applicazioni ed aspettative nell’utilizzo della tecnologia criogenica, un settore che attualmente non ci vede come un paese all’avanguardia.

Per chi necessita di informazioni più specifiche sugli effetti del trattamento criogenico, suggeriamo di visitare la sezione RISORSE.

Per un’eventuale approfondimento sui motori di ricerca, i siti e le informazioni più interessanti sono in lingua inglese e quindi suggeriamo di inserire:

Cryogenic treatment
Cryogenic tempering
Cryogenic stress relief
Cryogenic racing

P.S. Diffidate da chi dichiara “tanto non serve a niente”. Molto probabilmente non conosce l’argomento o non è in grado di valutarne gli effetti e preferisce liquidarlo con poche parole.