Endurecimento superficial
1
ENDURECIMENTO SUPERFICIAL
Os processos de endurecimento superficial visam o aumento de dureza (ou
outras propriedades mecânicas) de uma região específica de um componente.
Normalmente, tal região sofrerá algum tipo de solicitação localizada. A solicitação
mais comum é o desgaste abrasivo e, assim, torna-se importante um aumento de
resistência ao desgaste da região por meio de um endurecimento localizado,
conservando as características originais do núcleo do componente.
A figura abaixo apresenta um exemplo de uma engrenagem de grande porte
em que seus dentes foram endurecidos superficialmente, visando-se uma redução de
desgaste e aumento de vida à fadiga.
Engrenagem endurecida superficialmente pelo processo de têmpera por indução.
Existem diversos processos de endurecimento superficial. Os mais comuns
são:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Encruamento por conformação mecânica a frio (“shot peening” ou
“roletagem”);
Tratamentos de eletrodeposição ou aspersão térmica (aplicação de “cromo
duro”, revestimentos cerâmicos e etc.)
Têmpera superficial e os
Tratamentos termoquímicos (cementação, nitretação, carbonitretação etc.)
Nesta aula, abordaremos os processos de têmpera superficial e suas variantes
e os tratamentos termoquímicos mais importantes industrialmente.
Marcelo F. Moreira
Endurecimento superficial
2
Têmpera superficial
ƒ
A têmpera superficial produz regiões endurecidas na superfície do componente (de
microestrutura martensítica) de elevada dureza e resistência ao desgaste, sem
alterar a microestrutura do núcleo.
Vantagens comparativas do endurecimento superficial em relação ao total:
ƒ Dificuldades técnicas decorrentes do tratamento térmico de peças de
grandes dimensões;
ƒ Diminuição do risco de trincas em peças de grandes dimensões;
ƒ Possibilidade de endurecimento apenas regiões submetidas ao desgaste;
ƒ Economia - Emprego de aços de baixa temperabilidade (aços ao carbono de
custo mais baixo) no lugar de aços de alta temperabilidade (custo mais
elevado);
ƒ Produtividade – o tratamento de têmpera superficial é mais rápido;
Os processos de têmpera superficial são classificados de acordo com o método
de aquecimento:
ƒ Têmpera superficial por chama
ƒ Têmpera superficial por indução
Têmpera por chama
ƒ
ƒ
O aquecimento é realizado por meio de chama oxiacetilênica até a austenitização
da camada desejada. O resfriamento é realizado com salmoura ou óleo por meio
de spray ou imersão.
Existem 4 métodos para a têmpera superficial:
ƒ Estacionário: Aquece-se apenas o local a ser endurecido com subsequente
resfriamento rápido, por meio de aspersão ou imersão. É o método mais
simples. Emprega apenas um maçarico e um tanque para resfriamento.
ƒ Giratório: o componente, de seção circular, gira a uma velocidade estabelecida
empiricamente, enquanto a tocha oxiacetilênica austenitiza a região ser
endurecida. Para um aquecimento mais rápido e homogêneo são empregadas
diversas tochas.
ƒ Progressivo: método direcionado ao tratamento de peças de grande porte. O
equipamento consiste de uma ou mais tochas de aquecimento e um dispositivo
de resfriamento por aspersão, montados em um carro que pode Ter sua
velocidade controlada. As velocidades variam, normalmente, de 5 a 30 cm/min.
ƒ Progresivo-giratório: O componente gira ao mesmo tempo em que a tocha
sofre deslocamento.
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Endurecimento superficial
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Marcelo F. Moreira
Endurecimento superficial
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Têmpera por indução
ƒ
O aquecimento é realizado por meio de indução eletromagnética. O tempo de
aquecimento é da ordem de segundos. O resfriamento é realizado com salmoura
ou óleo por meio de spray ou imersão.
ƒ
Se uma corrente alternada passa por um bobina, estabelece-se nesta um campo
magnético alternado, o qual induz um potencial elétrico na peça a ser aquecida.
Como a peça é um circuito fechado, a tensão induzida provoca um fluxo de
corrente. A resistência à passagem desta corrente provoca o aquecimento da
região a ser temperada.
ƒ
A camada a ser temperada depende:
ƒ da forma da bobina de indução;
ƒ do número de voltas da bobina;
ƒ da freqüência do campo magnético;
ƒ da densidade de potência.
ƒ
Camadas temperadas com profundidade entre 0,3 a 1,5 mm (dureza entre 58 e 62
HRC) oferecem boa resistência ao desgaste em componentes submetidos a
tensões leves e moderadas. Nestes casos, a profundidade de austenitização pode
ser controlada empregando-se freqüências entre 10 kHz e 2MHz, densidades de
potência na bobina entre 800 e 8000W/cm2 e tempos de aquecimento inferiores a
10 s.
ƒ
Em componentes submetidos á tensões elevadas (> 30% σe) especialmente
aqueles submetidos à tensões cíclicas são recomendadas camadas mais espessas,
entre 1,5 e 6,5mm. Para estes resultados são empregadas freqüências entre 10
kHz e 1 kHz, densidades de potência entre 80 e 1550 W/cm2 e tempos de
aquecimento de até 140s.
Revenimento
ƒ
O revenimento sempre deve ser realizado imediatamente após o resfriamento da
peça.
ƒ
Normalmente o revenimento realizado após a operação de têmpera superficial
emprega temperaturas entre 150 e 300ºC (também chamado de alívio de tensões
pois não há queda acentuada da dureza).
ƒ
Em alguns casos, o revenimento pode empregar aquecimento indutivo ou por
chama.
ƒ
Em componentes com camadas endurecidas espessas (4 a 6mm), o calor residual
presente no núcleo, depois do resfriamento, pode ser suficiente para aliviar as
tensões de têmpera, tornando desnecessário o revenimento. Este procedimento é
conhecido como auto-revenimento.
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ƒ
5
Têmpera por indução em eixo
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Endurecimento superficial
6
ƒ
Exemplo de engrenagem temperada com um indutor em V (dente a dente) e
resfriamento com óleo. Note que parte da camada temperada (topo do dente) é
parcialmente revenida pelo passe posterior.
ƒ
Engrenagem temperada por indução rompida em serviço por fadiga. A nucleação
de trincas de fadiga foi provocada pela ausência de camada temperara na base
dos dentes. Note que a engrenagem era submetida à esforços em ambos os
sentidos de rotação.
Referências bibliográficas
1- Heat Treater´s Guide 2nd editon ASM International
2- ASM Handbook – vol 4 - Heat Treatment 9th edition
3- IPT – Relatórios técnicos
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Endurecimento superficial
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TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS
ƒ
ƒ
ƒ
Os tratamentos termoquímicos promovem um endurecimento superficial pela
modificação da composição química e microestrutura em regiões superficiais.
Seu objetivo é o aumento de dureza e resistência ao desgaste de uma camada
superficial, mantendo-se a microestrutura do núcleo dúctil e tenaz.
Os tratamentos termoquímicos mais importantes industrialmente são:
ƒ cementação;
ƒ nitretação e
ƒ carbonitretação.
1. CEMENTAÇÃO
ƒ
ƒ
ƒ
Consiste na difusão de carbono para a superfície do componente, aquecido em
temperaturas suficientes para produzir a microestrutura austenítica. A austenita é
posteriormente convertida em martensita por meio de têmpera e subsequente
revenimento.
A cementação é realizada somente em aços ao carbono e aços baixa-liga com
teores de carbono inferiores a 0,25%.
A cementação é classificada de acordo com o meio empregado para a difusão de
carbono: cementação gasosa, cementação líquida e cementação solida.
1.1- CEMENTAÇÃO GASOSA
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
É o mais importante processo de cementação industrial.
A aporte de carbono é fornecido pela atmosfera gasosa do forno, que inclui
hidrocarbonetos, como o metano propano e butano ou hidrocarbonetos líquidos
vaporizados.
A atividade de carbono é controlada de modo a produzir camadas superficiais com
teores de carbono entre 0,8 e 1,0% de C.
Os componentes, suportes e grelhas são limpos a quente em soluções alcalinas
antes de serem processados. Outra prática é o aquecimento ao ar até 400ºC
visando a eliminação de contaminantes orgânicos.
As variáveis mais importantes do processo são a temperatura, o tempo e a
composição da atmosfera. Outras variáveis incluem o grau de circulação da
atmosfera no interior do forno e o teor de elementos de liga presentes no aço.
O coeficiente de difusão do carbono na austenita determina o tempo necessário
para a obtenção de uma determinada profundidade de camada:
p = D.t
onde p é a profundidade da camada cementada em [m]; t, o
tempo em [s] e D, o coeficiente de difusão do C em [m2/s], definido como:
 Qd 
D = D0 . exp −
 onde D0 é o coeficiente de difusão inicial [m2/s]; Qd, é a
.
R
T


energia de ativação para difusão em [cal/mol]; R é a constante dos gases [1,987
cal/mol.K] e T, a temperatura absoluta [K].
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ƒ
Verifica-se que o coeficiente de difusão depende fortemente da temperatura do
processo. Por exemplo, o coeficiente de difusão do carbono a 925ºC é 40% maior
que a 870ºC.
ƒ
O efeito combinado do tempo e temperatura na espessura de camada cementada
é apresentado na figura abaixo:
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ƒ
Forno de cementação gasosa de operação descontínua (por lotes)
ƒ
Forno de cementação gasosa de operação contínua
9
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1.2- CEMENTAÇÃO LÍQUIDA
ƒ
ƒ
As camadas cementadas pelo meio líquido são similares às obtidas com o meio
gasoso, entretanto, os ciclos são mais curtos devido ao período de aquecimento
ser mais rápido. Os banhos de sal apresentam coeficientes de transferencia de
calor muito elevados por apresentarem, simultaneamente, condução, convecção e
radiação.
A composição dos banhos é à base de cianetos e o processo dividido em duas
variantes:
ƒ Banhos de baixa temperatura – operam em temperaturas entre 845 e 900°C.
São mantidos com uma camada protetiva de carbono (carvão moído) e são
indicados para camadas com profundidades entre 0,13 a 0,25 mm.
ƒ Banhos de alta temperatura - operam em temperaturas entre 900ºC e 955ºC.
São indicados para profundidades de camada entre 0,5 mm e 3,0 mm,
entretanto, sua principal característica é o rápido desenvolvimento de camadas
entre 1 e 2 mm.
Composição dos banhos empregados em cementação líquida:
Composição dos banhos [%]
Constituinte
Cianeto de sódio (NaCN)
Banhos de baixa
Banhos de alta
temperatura (entre
temperatura (entre
845ºC e 900°C)
900ºC e 955ºC)
10 a 23
6 a 16
-
30 –55
0 a10
0 a 10
0 a 25
0 a 20
Cloreto de sódio (NaCl)
20 a 40
0 a 20
Carbonato de sódio (NaCO3)
30 máx.
30 máx.
0a5
0a2
1,0 máx.
0,5 máx.
Cloreto de bário (BaCl)
Outros
sais
alcalinos
terrosos
(Cloretos de cálcio e estrôncio)
Cloreto de potássio (KCl)
Aceleradores
que
não
contenham
metais alcalinos terrosos (dióxido de
manganês, óxido de boro fluoreto de
sódio e pirofosfato de sódio)
Cianato de sódio
Densidade do sal fundido
3
1,76 g/cm a 900ºC
2,0 g/cm3 a 925ºC
Principais características:
ƒ Processo mais rápido (camadas entre 1 e 2 mm)
ƒ Tempos totais de ciclo mais curtos
ƒ Facilidade de manuseio das peças (uso de ganchos, ou cestas)
ƒ Oferece um controle preciso da camada cementada
Desvantagens do processo
ƒ Requer sistema de exaustão sobre o banho, uso de EPI e cuidados adicionais para
evitar contaminação por cianetos.
ƒ Neutralização dos banhos via processamento químico, após um determinado
período de operação
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1.3- CEMENTAÇÃO SÓLIDA
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Na cementação sólida os componentes são colocados no interior de uma caixa
metálica com tampa, na presença de misturas carbonetantes sólidas.
As misturas carburantes ou preparados para cementação são compostos por:
carvão vegetal e carbonatos como substâncias ativadoras (carbonato de bário,
carbonato de cálcio, carbonato de potássio e carbonato de sódio).
Temperaturas do processo entre 850 e 950ºC
Mecanismo:
ƒ Em temperaturas elevadas o C combina-se com o oxigênio presente na caixa
formando CO2:
C + O2 → CO2
ƒ O CO2 reage o carbono conforme a reação de Bourdoard:
CO2 + C → 2 CO
ƒ O CO gerado decompõe-se em carbono atômico que difunde-se no metal:
2 CO → 2 C + O2
A formação de CO é favorecida pela presença dos carbonatos.
As considerações favoráveis ao emprego da cementação em caixa envolvem:
ƒ possibilidade de ser realizada em uma grande variedade de fornos;
ƒ é mais adequado para peças que são resfriadas lentamente a partir da
temperatura de cementação e
ƒ o processo oferece uma série de técnicas de isolamento de componentes
submetidos à cementação seletiva.
Por outro lado a cementação sólida é menos limpa e menos precisa que os outros
processos de cementação. Adicionalmente,
ƒ é um processo mais lento que os processos de cementação líquida e
gasosa;
ƒ não é adequada para a realização de têmpera diretamente da temperatura
de cementação;
ƒ não é adequada para componentes com camadas finas e/ou com tolerâncias
estreitas e
ƒ exige um maior trabalho manual para montagem e desmontagem do
aparato.
Operação:
ƒ Os compostos para cementação sólida comuns são reutilisáveis e contêm de 10 a
20% de carbonatos de metais alcalinos e carvão vegetal moído ou coque. O
carbonato de bário é o catalisador principal e responde por 70% do teor dos
carbonatos.
ƒ As temperaturas de operação estão entre 815ºC e 955ºC.
ƒ Os componentes devem posicionados no interior da caixa, de maneira
eqüidistante. A distância recomendada entre as peças e entre elas e as paredes da
caixa deve ser de, no mínimo, 25 mm e deverá ser preenchida pelo composto de
cementação
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Endurecimento superficial
ƒ
12
A profundidade de camada obtida em função do tempo de cementação a 925ºC
é apresentada na figura baixo:
Microestrutura obtida após cementação
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TÊMPERA APÓS A CEMENTAÇÃO
a) Resfriamento lento da cementação e têmpera convencional entre 750 e 850ºC
T
T
γ
cementação
γ+α
Têmpera
γ + Fe3C
revenimento
α + Fe3C
0,2%C 0,8%C
ƒ
ƒ
ƒ
%C
tempo
É o procedimento de têmpera após cementação mais empregado.
O resfriamento lento (ao ar) após a cementação refina o tamanho de grão da
microestrutura.
A temperatura austenitização para a têmpera fica entre 750 e 850°C e produz uma
microestrutura de martensita na superfície (0,8%C) e martensita e ferrita no núcleo
(0,2%C).
b) Resfriamento lento da cementação e têmpera convencional na faixa de 900-950ºC
T
T
γ
cementação
Têmpera
γ+α
γ + Fe3C
revenimento
α + Fe3C
0,2%C 0,8%C
ƒ
ƒ
ƒ
%C
tempo
Tem como objetivo principal o aumento de resistência mecânica do núcleo por
meio da microestrutura de martensita de baixo carbono no núcleo e aumento de
dureza da camada cementada (martensita de alto carbono).
O resfriamento lento (ao ar) após a cementação refina o tamanho de grão da
microestrutura.
Devido ao emprego de temperatura de austenitização para têmpera na faixa de
900 - 950ºC há grande probabilidade de presença de austenita retida na camada
cementada.
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Endurecimento superficial
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c) Têmpera direta
T
T
γ
γ+α
cementação
γ + Fe3C
Têmpera
revenimento
α + Fe3C
tempo
0,2%C 0,8%C
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
%C
O objetivo principal é redução de custos de operação e manuseio.
A temperatura de cementação é da ordem de 900ºC.
A operação de têmpera é realizada diretamente da temperatura de cementação e
como não existe resfriamento lento após a cementação o tamanho de grão da
austenita que sofrei cementação permanecerá o mesmo após a têmpera.
Este procedimento é adotado em aços para cementação ligados (ex. SAE 4023,
4118, 4320, 4620, 4820, 8620, 8615, 8822, 9310). A adição de elementos de liga
(particularmente Cr e Mo) forma carbonetos que minimizam o crescimento de grão
da austenita durante a etapa de cementação.
REVENIMENTO
ƒ
ƒ
O revenimento após a têmpera de componentes cementados tem como objetivo
principal aliviar as tensões de têmpera mantendo a dureza e resistência ao
desgaste.
A faixa de temperatura empregada é normalmente de 170 a 300ºC.
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Endurecimento superficial
15
2- NITRETAÇÃO
ƒ
ƒ
A nitretação é um tratamento termoquímico que visa o endurecimento superficial
pela difusão de nitrogênio e conseqüente formação de nitretos.
A nitretação é realizada em temperaturas abaixo do campo austenítico e não é
necessário um tratamento subsequente de têmpera para aumento de dureza.
ƒ
As principais características da nitretação são:
ƒ aumento da dureza superficial;
ƒ aumento da resistência ao desgaste e resistência ao “galling”;
ƒ aumento da resistência à fadiga e
ƒ aumento da resistência à corrosão de aços convencionais (não inoxidáveis).
Adicionalmente, a nitretação provoca menores distorções e deformações que
outros tratamentos superficiais, devido ao emprego de temperaturas mais baixas.
ƒ
Os melhores resultados são obtidos em componentes fabricados com aços (com
teores de C entre 0,2 e 1,2%) contendo elementos de liga formadores de nitretos
(alumínio, cromo, vanádio, tungstênio e molibdênio). Outros elementos como Ni,
Cu, Si e Mn possuem pequeno ou nulo efeito sobre as características da camada
nitretada. Aços contendo 0,85 a 1,5% de Al apresentam os melhores resultados de
resistência ao desgaste. Estes aços são conhecidos como “nitralloys”.
ƒ
A
ƒ
ƒ
ƒ
nitretação pode ser realizada por três processos:
nitretação gasosa;
nitretação líquida e
nitretação iônica (plasma)
2.1- NITRETAÇÃO A GÁS
ƒ
ƒ
O meio nitretante é gasoso, composto, basicamente, por amônia (NH3).
A reação global do processo é dada por:
2 NH3 → 2 N + 3 H2
ƒ
ƒ
A temperatura de nitretação gasosa para todos os aços está entre 495 e 565ºC.
Os aços temperados e revenidos são tratados antes da nitretação, sendo que a
temperatura mínima de revenimento deve ser 30ºC superior à temperatura de
nitretação.
Antes de serem nitretados, os componentes são submetidos a uma limpeza
desengraxante com vapor.
Os tempos de tratamento variam entre 10 h e 100 h e as profundidades de
camada típicas estão entre 0,05 mm à 0,5 mm.
Existem duas práticas de nitretação gasosa:
ƒ Estágio único – em que os componentes são tratados em temperaturas
entre 495ºC e 525ºC e é formada uma camada dura e frágil de nitretos na
superfície, denominada camada branca.
ƒ Duplo estágio (processo Floe) – tem como objetivo reduzir a espessura de
camada branca formada no primeiro estágio.
ƒ
ƒ
ƒ
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Endurecimento superficial
ƒ
Gradientes de dureza Knoop
ƒ
Forno de nitretação gasosa
16
Marcelo F. Moreira
Endurecimento superficial
ƒ
17
Microestrutura obtida em um aço SAE 4140 temperado e revenido e submetido à
nitretação gasosa de único estágio (a) e de duplo estágio (b).
2.2- NITRETAÇÃO LÍQUIDA OU EM BANHO DE SAL
ƒ
As aplicações dos processos de nitretação gasosa e líquida são muito similares. O
processo gasoso é recomendado para camadas mais espessas e aplicações em
que a camada branca não é desejada pois oferece a opção de nitretação de duplo
estágio.
ƒ
Como na nitretação gasosa, os aços submetidos à nitretação líquida são aços com
teores de carbono entre 0,1 e 1,3% de C, podendo apresentar microestruturas
ferríticas, perlíticas, bainíticas ou martensíticas. Os melhores resultados de
resistência ao desgaste são obtidos com aços “nitralloys” (contendo Al e Cr).
ƒ
O meio nitretante é um banho de sal fundido à base de cianetos, operado em
temperaturas entre 510 e 580ºC.
Componente
Composição [%]
Cianeto de sódio (NaCN)
60 a 70
Cianeto de potássio (KCN)
30 a 40
Carbonatos, cianatos e aditivos
até 10
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Endurecimento superficial
18
ƒ
Microestrutura de um componente fabricado em aço baixo carbono após
nitretação líquida
ƒ
Exemplos de componentes automotivos em que os processos de endurecimento
superficiais foram substituídos por nitretação líquida (Heat Treater´s Guide ):
Componente
Requisitos
Material e processo
Problema
utilizado originalmente
resultante
Solução adotada
Arruela de
Suportar
Aço SAE 1010,
Empenamento
Aço SAE 1010
pressão
pressão sem
carbonitretado em
do aço e
nitretado por 90
sofrer
contato com bronze
colagem deste
min a 570ºC
com o bronze
seguido de
deformação ou
“galling”
resfriamento
rápido em água
Eixo
Resistir ao
Aço 4140 temperado
desgaste na
por indução nas regiões inspeção
nitretado por 90
região de
de rolamento
elevado
min a 570ºC
Custo de
Aço SAE 1040
rolamento
Componente
Resistir ao
Aço SAE 1020
Distorções e
SAE 1020
do cinto
desgaste
cementado
problemas com
nitretado por 90
(macho)
superficial
fragilidade
min seguido de
resfriamento
rápido em água
Eixo came
Resistir ao
SAE 1045 temperado
Alto custo do
SAE 1010
desgaste
por indução, polido e
processo e
nitretado 90 min a
superficial
fosfatizado
materiais
580ºC
Desvantagens do processo
ƒ Assim como o processo de cementação em banho de sal, os banhos de nitretação
apresentam cianetos de sódio e potássio, exigindo cuidados especiais de
manuseio, operação e descarte destes sais.
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Endurecimento superficial
ƒ
19
Gradientes de dureza Knoop
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Endurecimento superficial
20
2.3- NITRETAÇÃO IÔNICA ("PLASMA NITRIDING")
ƒ
Consiste em um processo sob vácuo (pressão entre 1 a 10 torr) no qual a
introdução de nitrogênio na superfície do metal é obtida pelo plasma gerado pela
alta tensão entre a carcaça do forno e as peças a serem tratadas. Esta diferença de
potencial ioniza o gás à base de nitrogênio formando íons N3+, que são acelerados
em direção a superfície das peças.
Características:
ƒ
O processo de nitretação iônica, em comparação ao processo de nitretação
gasosa, apresenta um controle mais preciso do potencial de nitrogênio na
superfície do metal. Por meio deste controle é possível selecionar a camada branca
ε (Fe2-3N) ou γ (Fe4N) ou, ainda, evitar completamente a formação de camada
branca.
ƒ
O processo de nitretação iônica vem substituindo a carbonitretação gasosa devido
ao melhor controle dimensional das peças tratadas e a minimização ou eliminação
da usinagem final após o tratamento.
A microestrutura inicial influencia no perfil de dureza após a nitretação. A
microestrutura de martensita revenida nos aços-liga apresenta os melhores
resultados.
ƒ
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Endurecimento superficial
21
Informações operacionais:
ƒ As temperaturas de operação estão entre 375 e 650°C.
ƒ O gás de processo é uma mistura de N2, H2 e, em alguns casos, pequenas
quantidades de metano (CH4). O H2 tem o papel de ajustar o potencial de
nitrogênio (balanço da composição).
ƒ Após o aquecimento da carga, o gás de processo é admitido com uma vazão
previamente calculada com base na área total das peças á serem tratadas.
ƒ A pressão é normalmente regulada entre 1 e 10 torr.
ƒ O resfriamento é realizado com a recirculação do gás de processo ou N2.
Aplicações:
ƒ A dureza após a nitretação depende da presença de elementos de liga formadores
de nitretos. Os aços mais empregados são da série "nitralloys" e possuem em sua
composição aproximadamente 1%Al e 1-1,5%Cr.
ƒ Outras aplicações envolvem o uso aços-liga contendo Cr, aços inoxidáveis, aços
ferramentas, componentes obtidos por metalurgia do pó e ferros fundidos.
Vista geral de componentes
sendo tratados em um forno de
nitretação iônica
Marcelo F. Moreira
Endurecimento superficial
22
3- CARBONITRETAÇÃO
Variante de baixo custo do processo de nitretação gasosa em que ocorre a difusão
simultânea de C e N para a superfície do metal.
ƒ O gás admitido no forno consiste de misturas com diferentes proporções de
amônia e gás natural ou metanol.
ƒ O processo é realizado em aços aquecidos em temperaturas da ordem de 570°C.
ƒ Os tempos de tratamento variam entre 1 h a 3 h.
ƒ A profundidade de camada endurecida varia entre 0,07 e 0,2 mm
ƒ
ƒ
As aplicações da carbonitretação são mais limitadas que os processos de
cementação e/ou nitretação. Normalmente a carbonitretação é aplicada em
componentes de baixa responsabilidade submetidos a situações de desgaste
leves. Os exemplos típicos são componentes de eletrodomésticos (como lâminas,
eixos, engrenagens etc.)
Existem diversas variantes do processo de carbonitretação:
ƒ Nitemper
ƒ Processo Alnat-N
ƒ Nitrocarbonetação negra
ƒ Nitrocarbonetação austenítica
ƒ Nitrocarbonetação via plasma
ƒ
Microestruturas obtidas na carbonitretação
ƒ
Referências bibliográficas
4- Heat Treater´s Guide 2nd editon ASM International
5- ASM Handbook – vol 4 - Heat Treatment 9th edition
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Endurecimento superficial
23
Lista de exercícios – tratamentos termoquímicos
1- Para a fabricação de um eixo rotativo de aço SAE 1050 é necessário a aplicação de
um tratamento superficial. Os eixos foram temperados e revenidos a 450°C para
atingir-se um limite de escoamento de no mínimo de 1000 MPa. Nesta aplicação,
além da resistência mecânica, são exigidas elevadas resistências ao desgaste e à
fadiga. O componente não é submetido ao impacto. A curva de revenimento para
o aço SAE 1050 é apresentada abaixo:
a) Qual o tratamento termoquímico mais indicado?
b) Você faria alguma alteração no aço ou em seu tratamento original?
2- Um componente de aço SAE 1020 (∅ 50 mm) foi cementado durante 4h a 930°C
para a obtenção de uma camada cementada de 1,2 mm e com teor de carbono de
0,8 %.
a) É possível a realização da operação de têmpera diretamente da temperatura de
cementação, isto é, sem resfriamento após a cementação? Justifique sua resposta.
b) Especificar o ciclo térmico de têmpera mais indicado para esta peça (especificar
o ciclo térmico completo).
c) E se o aço foi substituído pelo SAE 8620, qual o ciclo de têmpera mais indicado.
3- Por que o potencial de C vigente nos processos de cementação é normalmente
mantido entre 0,8 e 1,0%. Justifique sua resposta.
4- Apresente alternativas de aços e o tratamentos termoquímicos para um eixo
comando de válvulas de um motor 16 válvulas? Nesta aplicação, além da
resistência mecânica, são exigidas elevadas resistências ao desgaste e ao impacto.
Especificar um ciclo térmico típico deste tratamento.
5- Um determinado lote de peças, fabricadas com o aço SAE 1020 cementado e
temperado, apresentou dureza (medida após a têmpera) de 50 HRC. A dureza
normalmente obtida é de 62 HRC. Pergunta-se:
a)- Apresente duas hipóteses que possam justificar o ocorrido. (1,0 ponto)
b)- Citar duas ações corretivas para produzir a microestrutura objetivada na
camada.
Marcelo F. Moreira
Endurecimento superficial
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6- Sobre o tratamento termoquímico de nitretação:
a)- Qual o teor de carbono típico dos aços passíveis de nitretação?
b)- Qual a vantagem do emprego de aços da classe “nitralloy”?
7- Qual o tratamento termoquímico normalmente indicado para componentes de
eletrodomésticos?
a) Quais as razões que justificam a aplicação deste tratamento nestas aplicações?
b) Especificar um ciclo térmico típico deste tratamento.
8- Um componente com 100 mm (4 pol.) de diâmetro usinado em aço SAE 1020 foi
cementado durante 4 horas para a obtenção de uma camada com 1,2 mm e 0,8%
de C. Sua microestrutura após a têmpera e revenimento deve ser constituída por
martensita revenida na superfície (camada cementada) e uma mistura com,
aproximadamente, 50% de martensita revenida e 50% de ferrita no núcleo. Com o
auxílio do diagrama Fe-C abaixo, especificar os ciclos térmicos (temperaturas,
tempos e meios de resfriamento) de têmpera e revenimento necessários para a
obtenção da microestrutura especificada.
Marcelo F. Moreira