Tratamento termoquímico

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Tratamento termoquímico – cementação
Alex Junior Pereira da Silva Faculdade Redentor
Yves William das chagas faculdade Redentor 
 Faculdade Redentor, Rodovia BR 356, numero 25. Bairro Cidade Nova. CEP 28.300-000
Resumo: Este trabalho tem como finalidade mostrar qual a mostra do aço 1020 apresentará uma maior dureza após o tratamento termoquímico pela cementação em caixa utilizando os químicos carvão é grafita em pó 
Introdução 
1 . Os tratamentos termoquímicos têm por objetivo alterar as propriedades superficiais do aço. Em geral materiais extremamente duros têm elevada resistência ao desgaste, porém baixa tenacidade/resistência ao impacto. Por outro lado, materiais menos duros, embora mais tenazes, em geral não apresentam boa resistência ao desgaste.
Em peças como engrenagens, deseja-se um núcleo tenaz e uma superfície resistente ao desgaste. Para essa aplicação, aços com baixo teor de carbono são submetidos ao tratamento termoquímico de cementação, que eleva o teor de carbono na superfície, aumentando sua resistência ao desgaste, ao mesmo tempo que preserva a tenacidade do núcleo, mantido com baixo teor de carbono.
Meios para realizar o tratamento: são as fontes de C e N. Podem ser sólidos, líquidos e gasosos. Inicialmente a cementação foi desenvolvida em meio sólido,
Cementação 
O processo de cementação é um processo clássico de endurecimento superficial, isto é, o enriquecimento superficial de carbono de certos aços, aquecidos convenientemente em contato com substâncias ricas em carbono. A cementação, além de ser a aplicação de carbono em aços com baixo teor de carbono, a mesma só ocorre para aços austeníticos, pois a austenita é a estrutura que apresenta elevada solubilidade para o carbono em sua estrutura cristal estável. Consiste na introdução de carbono na superfície do aço, de modo que este, depois de temperado, apresente uma superfície mais dura. Para que isso ocorra, é necessário que o aço, em contato com a substância capaz de fornecer carbono, seja aquecido a uma temperatura que a solução do carbono no ferro seja fácil. Para isso, a temperatura deve ser superior a zona crítica (850° a 950°C) ou seja, onde o ferro se encontrará na forma alotrópica gama, embora tenham sido usadas temperaturas mais baixas como 790ºC e mais elevadas como 1095ºC.
 Além disso há uma variável contributiva com o tempo e a atmosfera que a cementação é feita, que é o potencial carbono, que é a quantidade máxima de teor de carbono que pode ser acrescentado a um certo aço em uma certa temperatura com sua atmosfera controlada.
Cementação solida 
Na cementação sólida as peças de aço são acondicionadas em caixas metálica, a que se adiciona carvão de madeira (cerca de 5% a 20%) ou coque, catalisador constituído de uma mistura de 50 a 70% de carbonato de bário com outros carbonatos (cálcio,  potássio  e  sódio)  e  um  óleo  ligante  ou  alcatrão  (em quantidades que variam de 5%  a 10%). O carvão de madeira é o mais usual devido a sua reatividade e pureza, com baixo teor de enxofre.  Os ativadores mais comuns são os carbonatos alcalinos  –  ferrosos, como  carbonato  de  sódio,  carbonato  de  potássio,  carbonato  de  cálcio  e  bário.  E por ser mais resistente mecanicamente a quente, é adicionado 20% de coque para aumentar a transferência de calor, e obtenção de temperaturas mais uniformes.
O princípio fundamental do processo de cementação sólida, se baseia na formação através de reações termoquímicas do gás Monóxido de Carbono (CO) e sua reação com a microestrutura austenítica (Fe gama), promovendo em elevada temperatura (850º a 1050ºC) a difusão do carbono a partir da superfície em direção ao núcleo do material.
A formação da atmosfera cementante, através das reações termoquímicas de dissociação do carbonato de cálcio (CaCO3) formando CO2 e a reação entre o carbono do granulado (CG) e o oxigênio, ambos  promovendo  a  formação  do  gás  “CO”.  Portanto, é importante definir que o processo de cementação sólida é  na  realidade  controlado  por  mecanismos  de reação entre a superfície do  material (Ferro gama) e o gás cementante formado (processo gasoso).
As reações principais para a cementação sólida são:
(C) é o carbono nascente, que é absorvido pelo aço
http://www.revistaih.com.br/artigo-tecnico/revelando-contorno-de-grao-austenitico-primario-em-acos-tratados-termicamente/2610
As principais Vantagens e desvantagens da cementação sólida são:
Vantagens:
· Pode utilizar uma maior variedade de fornos, pois produz sua própria atmosfera cementante;
· É ideal para peças que precisam de resfriamento lento após a cementação, como as que serão usinadas antes do tratamento;
· Diminui a tendência ao empenamento das peças devido ao fato delas se apoiarem bem na mistura carburizante sólida.
Desvantagens:
· Não permite controle do potencial de carbono na superfície da peça;
· Não é recomendada para têmpera direta após cementação, devido à dificuldade de desempacotar peças;
· É mais lenta que os outros processos de cementação, pois é preciso aquecer e resfriar a peça junto com a caixa que a contém;
As temperaturas mais utilizadas são normalmente de 815°C a 955°C, chegando as vezes a 1095°C.
A profundidade da camada cementada varia de 0,6 a 6,9 mm dependendo das condições de tempo e temperatura empregadas.Essa profundidade, em termos práticos, é medida por meio da dureza. Considerase camada cementada efetiva a região com dureza maior que 50 RC. Existe ainda a camada cementada total, que é definida como a região, na qual houve aumento do teor de carbono. Pode ser determinada por análise química ou outra propriedade física, como a dureza.
Material em analise aço 1020
Primeiramente o aço-carbono corresponde a um teor de carbono de até 2,11%, acima deste é chamado ferro fundido.
E dentro desta faixa encontramos três tipos de aços:
- até 0,77% de carbono são chamados aços hipoeutetóides
- 0,77% aços euteóides
- 0,77% até 2,11% aços hipereutetóides
Propriedades mecânicas – Basicamente as propriedades mecânicas dos aços-carbonos são afetadas pelos dois fatores seguintes:
- composição química
- microestrutura
No que se refere à composição química, nos aços esfriados normalmente, isto é, em condições tais que se processe transformação total da austenita, o elemento predominante é o carbono que, como se viu, à medida que aumenta, melhora as propriedades relativas à resistência mecânica, isto é, o limite de escoamento, o limite da resistência à tração e a dureza e piora as propriedades relativas à ductilidade e à tenacidade, isto é, o alongamento, a estricção e a resistência ao choque.
No que se refere à microestrutura, esta é inicialmente afetada pela composição química, pois se sabe que os constituintes presentes são ferrita e perlita, ou perlita e cementita ou somente perlita, conforme se trate do aço hipoeutetóide, hipereutetóide ou eutetóide. Como o aço estudado 1020 se refere a 0,20% de carbono, então se trata de um aço hipoeutetóide.
(Imagem retirada do site http://willyank.sites.uol.com.br/)
http://www.ggdmetals.com.br/novo/wp-content/uploads/2011/10/comp1020.gif
http://i49.tinypic.com/nehmqq.jpg
Por outro lado, a microestrutura dos aços depende também dos seguintes fatores:
- estado ou condição do aço, sob o ponto de vista de fabricação; se fundido, trabalhado a quente (laminado forjado, etc.) ou trabalhado a frio (encruado);
- tamanho de grão austenítico;
- velocidade de esfriamento
Aplicação 
É utilizado em componentes mecânicos de uso COMO engrenagens, eixos, virabrequins, eixos-comando, pinos guia, anéis de engrenagem, colunas, catracas, capas.
Forjamento 
O aço GGD 1020 deve ser realizado na temperatura mínima de 900ºC e máxima de 1260ºC.
Por outro lado, a microestrutura dos aços depende também dos seguintes fatores:
- 
MEIOS DE RESFRIAMENTO 
Os recursos necessários para tratar termicamente os materiais são vários e diversos, desde ferramentas simples– como ganchos, tenazes, tanques resfriadores de óleo ou água – até os fornos de atmosferas controladas. As tenazes devem ser construídas em aço ao baixo carbono, para não sofrer alterações em função das variações de temperatura. Devido ao comprimento, longo em alguns casos, os cabos devem ser feitos em aço resistente. Os bicos devem ter o formato adequado às peças. A água para resfriamento das peças deve estar disponível em grande quantidade, corrente, limpa e refrigerada. Tanto os banhos de água como os de óleo devem estar próximos aos fornos para garantir a velocidade crítica de resfriamento.
 Para algumas ligas, entre as quais os aços, que são os mais importantes do ponto de vista dos tratamentos térmicos, o resfriamento é fundamental, pois, através dele, pode-se conseguir, devido à velocidade de resfriamento, a estrutura e as propriedades finais desejadas.
	solução aquosa a 10% NaOH
	água a 50°C
	solução aquosa a 10% NaCI
	tetracloreto de carbono
	solução aquosa a 10% Na2CO3
	água a 75°C
	água a 0°C
	água a 100°C
	água a 18°C
	ar líquido
	água a 25°C
	ar
	óleo
	vácuo
 Fonte: SENAI-SP. Tratamento térmico. 
Os elementos de liga no aço diminuem a velocidade crítica de resfriamento para a formação da martensita. Portanto, o meio de resfriamento deve ser mais brando, como é, por exemplo, o óleo, ou mesmo o ar, por causa do teor dos elementos de liga. Para conseguir a transformação da austenita em martensita, o resfriamento deve serfeito com determinada velocidade, a que se chama "velocidade crítica" de resfriamento. Se for muito alta, pode causar tensões ou mesmo trincas na peça a ser temperada
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAp_4AA/aula-revisao
Por isso, no resfriamento, sempre se aplica velocidade determinada. O diagrama a seguir apresenta curvas de diferentes velocidades de resfriamento contínuo, bem como as estruturas.
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA9JsAA/tratamento-termico-termoquimico
EQUIPAMENTOS PARA TRATAMENTOS TÉRMICOS
Encontram-se equipamentos de tratamento térmico em laboratórios, oficinas e instalações industriais. Sua fonte de aquecimento provém do óleo, do gás ou da energia elétrica.
FORNO
Os fornos, de modo geral, são de fácil manipulação. Quando bem operados e assistidos com manutenção periódica, têm sua vida útil prolongada.
http://www.jung.com.br/fornos-camara
Todos os modelos têm uma carcaça construída com chapas de aço-carbono, com espessura variada. O isolamento da carcaça pode ser feito com lã de rocha ou com material cerâmico refratário, assegurando que o forno preserve o calor com um mínimo de perda. Ao se abrirem as portas, os circuitos de resistência desligam-se automaticamente, o que permite efetuar, com segurança, operações de carga e descarga. As empresas prestadoras de serviço procuram servir-se de diferentes meios de trabalho para realizar o tratamento térmico, mas a produção e a satisfação do cliente são alcançadas de acordo com a disponibilidade econômica
 
Referencias 
Tratamento Fonte: SENAI-SP. Térmico
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfpwEAJ/equipamentos-tratamentos-termicos
http://www.hdutil.com.br/site/arquivos/designer/cad/Tratamento%20termico%20do%20%20aos.pdf
http://www.durferrit.com.br/produtos_resfriamento.asp
http://www.ggdmetals.com.br/aco-construcao-mecanica/sae-1020/
http://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Caracter%C3%ADsticas-e-Propriedades-Mec%C3%A2nicas-Dos-A%C3%A7os/44227264.html
http://www.moldesinjecaoplasticos.com.br/sistematratamentotermoquimico.asp
http://www.ifba.edu.br/metalografia/arq/termoquimicos.pdf
http://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=222