Fenomenul deeroziune prin cavitație a pieselor metalice este unul dintre riscurile inevitabile în anumite medii industriale. Atunci când un lichid curge într-o atmosferă cu presiune scăzută, în interiorul său se formează bule de gaz care, în cele din urmă, deteriorează materialele din jur. Cum poate fi prevenit acest fenomen, care distruge elicele, turbinele, pompele centrifugale și motoarele?
Ce este cavitația?
Din latinescul cavus, termenul cavitare se referă la formarea de găuri. Aceasta este o reacție fizico-chimică inevitabilă în anumite contexte: sub acțiunea unei agitații mecanice, o scădere a presiunii locale poate provoca evaporarea unui lichid, chiar și în afara temperaturii sale de fierbere. Bulele de gaz se formează și creează unde de șoc. Acestea provoacă daune considerabile la suprafața pieselor metalice din apropiere.
Motoarele diesel și elicele marine, de exemplu, sunt în mod constant atacate în acest fel: mișcarea mecanică într-un mediu lichid generează o scădere a presiunii în fluid și duce la formarea de vapori, care atacă pereții motorului sau suprafața metalică a elicei.
Cavitația este o reacție naturală și inevitabilă , dar provoacă multe daune, în special la pompele hidraulice cu ulei de înaltă presiune, de exemplu. Din fericire, metodele moderne de tratare termică a metalelor oferă o protecție mai bună împotriva acestui fenomen, prelungind durata de viață a pieselor.
Care sunt mecanismele de eroziune prin cavitare?
Eroziunea prin cavitație este rezultatul unui mecanism destul de complex care implică interacțiunea dintre fluidele în mișcare și suprafețele metalice. Atunci când se formează bule de gaz sau de vapori într-un fluid, acestea suferă ceea ce se numește "colaps brusc" sub efectul presiunii crescute, provocând o implozie. Această implozie generează unde de șoc puternice care modifică structura metalului, creând microfisuri și desprinderi ale materialului.Unda de șoc repetată slăbește suprafața și poate fi agravată de factori precum coroziunea sau prezența de particule solide. Aceste procese conduc la deteriorări structurale semnificative în zone critice, cum ar fi motoarele și pompele.
Nitrurare pentru a combate uzura prin cavitație
Deși eroziunea prin cavitație pare inevitabilă, acum este posibil să se acționezeasupra pieselor metalice pentru a le face mai rezistente. Printre tratamentele disponibile pentru a combate acest fenomen se numără nitrurarea. Piesa metalică este apoi întărită printr-un tratament de suprafață pe bază de azot, care o protejează mai eficient și pentru mai mult timp.
Procesul de nitrurare
Acest tratament de difuzie de suprafață implică încălzirea piesei metalice în prezența altor gaze pentru a genera o concentrație mare de azot pe suprafața piesei.
Acest element reacționează apoi cu fierul pentru aproduce nitruri de fiercare "acoperă" stratul de suprafață al piesei metalice. Acesta este cunoscut sub numele de strat combinat. Stratul de difuzie se formează dedesubt. Împreună, aceste două straturi formează stratul nitrurat.
Grosimea acestui strat nitrurat depinde în special de timpul, temperatura și atmosfera în care este imersată piesa. Această reacție îmbunătățește semnificativ duritatea și rezistența suprafeței la eroziunea prin cavitare. Grupul THERMILYON oferă trei procedee de nitrurare: ionic, gazos și în vid. De asemenea, este posibil să se efectueze un tratament de post-oxidare pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune (THERMI®-NITROX).
Avantajele nitrurarei
Nitrurarea pieselor metalice le prelungește considerabil durata de viață. Acest tratament încetinește uzura pieselor și le îmbunătățește rezistența la gripare, oboseală șieroziune prin cavitație.
Riscul de deformare este, de asemenea, redus. Nitrurarea are, de asemenea, un avantaj economic cert: piesa durează mult mai mult, astfel încât nu este nevoie să o reparați, să o înlocuiți des sau să asigurați întreținerea sa continuă. Prin urmare, acest tratament aduce beneficii productivității globale pe termen lung.
Pentru anumite aplicații în care piesele sunt fabricate din oțel inoxidabil, tratamentele de suprafață precum THERMI®-SP oferă soluții interesante.
Modelarea și predicția eroziunii prin cavitare
Modelarea și simularea CFD (Computational Fluid Dynamics) au devenit abordări esențiale pentru prezicereaeroziunii prin cavitare. Datorită acestor instrumente, este posibilă anticiparea potențialelor zone de risc de pe piesele metalice, prin analizarea fluxurilor precise și a diferitelor presiuni locale. În același timp, testele de laborator care respectă standardele internaționale sunt utilizate pentru validarea predicțiilor numerice. Aceste metode combinate oferă o imagine completă a modului de prevenire a eroziunii, de optimizare a duratei de viață a componentelor și de reducere a costurilor de întreținere.
Grupul ThermiLyon are o expertiză recunoscută în tratarea termică și nitrurarea pentru toate tipurile de piese metalice. Haideți să discutăm despre proiectul dumneavoastră!
