Il rivestimento resistente al calore sulla filiera per trafilatura resiste a temperature di attrito di 800°C senza rammollirsi

Quando una filiera di trafilatura funziona ad alta velocità, l'attrito sul cono di riduzione genera un intenso calore localizzato. Per i fili di acciaio ad alto tenore di carbonio e di acciaio inossidabile, le temperature superficiali sul cuscinetto della matrice possono raggiungere i 600‑800°C. Le matrici convenzionali in metallo duro iniziano ad ammorbidirsi ben al di sotto di tale soglia. Il carburo di tungsteno, nonostante la sua durezza a temperatura ambiente, perde una resistenza significativa sopra i 500°C: la fase legante, tipicamente cobalto, inizia a deformarsi plasticamente, consentendo ai carburi di spostarsi e al foro della matrice di perdere la sua geometria precisa. Il risultato è filo ovale, rugosità superficiale e rottura dello stampo molto prima che venga raggiunta la quota di tonnellaggio.

Un’azienda svizzera di tecnologia degli stampi ha introdotto un sistema di rivestimento che affronta direttamente tale limitazione termica. La loro nuova filiera rivestita è caratterizzata da un rivestimento brevettato a base di nitruro di alluminio-cromo (AlCrN) applicato tramite PVD ad arco catodico con uno spessore di 4-6 micron. Il rivestimento mantiene la sua durezza di 3.200 HV (Vickers) a temperature fino a 800°C, senza alcuna trasformazione di fase o rammollimento misurabile. Test indipendenti presso un istituto tedesco per i fili hanno misurato il coefficiente di attrito a 0,35 con scorrimento a secco a 700°C, paragonabile alle prestazioni della filiera a temperatura ambiente.

I vantaggi sono più evidenti nelle linee di trafilatura ad alta velocità dove l’accumulo di calore è costante. Un produttore spagnolo di fili per molle ha confrontato le filiere in carburo di tungsteno non rivestite con le nuove filiere rivestite in AlCrN in un ciclo simultaneo di due fili. Gli stampi non rivestiti richiedevano una riaffilatura ogni 30 tonnellate; gli stampi rivestiti hanno lavorato per 120 tonnellate prima di mostrare il primo micron di usura: un aumento del 300% nella durata degli stampi. Le matrici rivestite hanno inoltre fornito un'ovalità del filo più uniforme durante tutto il ciclo, riducendo gli scarti di qualità a valle del 60%.

Per le filiere per trafilatura del filo zincato la sfida è sempre stata duplice: calore e adesione dello zinco. Il rivestimento di zinco si sfalda ad alte temperature, creando un bordo di riporto che graffia la superficie del filo e aumenta la forza di trafilatura. La bassa energia superficiale e la stabilità termica del rivestimento AlCrN impediscono l'adesione dello zinco, mentre la resistenza all'ossidazione del rivestimento mantiene il cuscinetto dello stampo libero dai noduli di ossido duro che si formano sulle superfici in carburo non rivestite. Un produttore belga di filo zincato ha riferito che le filiere rivestite hanno impiegato 16 ore tra un ciclo di pulizia e l'altro, rispetto alle sole 4 ore delle filiere standard in carburo di tungsteno, riducendo le operazioni di pulizia e i tempi di fermo per il cambio delle filiere di oltre il 70%.

La resilienza al calore del rivestimento semplifica inoltre la manutenzione dello stampo. Gli operatori possono far funzionare la linea ininterrottamente per turni più lunghi senza fermarsi per raffreddare la matrice, una pratica comune con gli stampi non rivestiti per evitare danni termici. Il ridotto ciclo termico prolunga la durata utile complessiva dello stampo e riduce il rischio di cricche da shock termico nel substrato in carburo.

Il costo del rivestimento AlCrN è pari a circa il 25‑30% del prezzo di una nuova matrice, il che lo rende un interessante retrofit per gli utensili in metallo duro esistenti. Per gli stabilimenti che utilizzano più fili contemporaneamente, il rivestimento si ripaga entro il primo mese di funzionamento, non attraverso un'automazione complessa, ma semplicemente rimanendo duro quando tutto il resto si ammorbidisce.