Unidade 8 - Tratamentos Termoquímicos

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Princípios da Ciência e Tecnologia 
dos Materiais
CCE 0291 (2 créditos)
Fábio Oliveira
2015/2
Unidade 8 
Tratamentos Termoquímicos
Introdução
Os tratamentos termoquímicos visam o
edurecimento superficial dos aços, pela
modificação parcial da sua composição química,
nas secções que se deseja
endurecer.
Introdução
A aplicação do calor num meio apropriado pode
levar à referida alteração da composição química
do aço até uma profundidade que depende da
temperatura de aquecimento e do tempo de
permanência em contato com o meio em questão.
Introdução
A modificação parcial da composição química
produz uma modificação na estrutura do
material, resultando assim numa modificação
igualmente parcial nas propriedades
mecânicas.
Introdução
O objetivo principal dos tratamentos
termoquímicos é o de aumentar a dureza e a
resistência ao desgaste superficiais, ao mesmo
tempo que o núcleo do material permanece
dúctil e tenaz.
Cementação
A cementação, o processo mais clássico de
endurecimento superficial, consiste no
enriquecimento superficial de carbono em
certos aços, aquecidos convenientemente em
contato com substâncias
carbonáceas.
Cementação
Para este processo, o aço deve estar em
contato com a substância capaz de fornecer
carbono e ser aquecido a uma temperatura
superior à zona crítica (850 à 950 °C), onde o
ferro se encontra na forma gama, sendo então
possível a solubilização do carbono na
superfície do aço.
Cementação
Os processos usuais de cementação elevam o teor
superficial de carbono até 1,0%.
Fundamentalmente, a cementação é um processo
de difusão portanto, a velocidade de
enriquecimento superficial
de carbono depende do seu
coeficiente de difusão.
Cementação
Cementação
As reações fundamentais para duas fontes de
carbono utilizadas na cementação são:
2 CO + 3 Fe ↔ Fe3C + CO2
CH4 + 3 Fe ↔ Fe3C + 2 H2
Cementação
Após a cementação, os aços são submetidos ao
tratamento térmico de têmpera. Tal
procedimento visa garantir a obtenção de
microestrutura martensítica (dura) na superfície
da peça.
Nitretação
A nitretação, é um processo de endurecimento
superficial em que se introduz superficialmente
no aço, até uma certa profundidade, nitrogênio,
sob a ação de um ambiente nitrogenoso, a uma
temperatura determinada.
Nitretação
Este processo é realizado em temperaturas abaixo
do campo austenítico. A temperatura de nitretação
fica entre 500 e 575 °C e as peças podem ser
resfriadas ao ar, não sendo necessário tratamento
térmico posterior para a elevação da dureza
superficial.
Nitretação
A reação fundamental para a principal fonte de
nitrogênio utilizada na nitretação é:
2 NH3 ↔ 2 N + 3 H2
O nitrogênio ativo combina-se com elementos
de liga do aço formando nitretos complexos de
elevada dureza.
Nitretação
Nitretação Gasosa
Nitretação
Profundidade da camada versus tempo de exposição
Nitretação
A nitretação é realizada com os seguintes
objetivos:
- obtenção de elevada dureza superficial;
- aumento da resistência ao desgaste, à fadiga e à
corrosão;
- melhora da resistência superficial ao calor, até as
temperaturas de nitretação.
Cianetação
A cianetação, é um processo de endurecimento
superficial, semelhante à cementação, em que se
introduz superficialmente no aço, até uma certa
profundidade, nitrogênio e carbono, a uma
temperatura determinada.
Cianetação
O aquecimento do aço é feito acima da temperatura
crítica da austenitização, com posterior resfriamento
em óleo, água ou salmoura. A faixa de temperaturas
dos banhos de cianetação varia entre 760 à 870 °C.
Após, é necessário a aplicação do tratamento térmico
de têmpera na peça cianetada.
Cianetação
As reações fundamentais para a fonte de cianeto mais
utilizada na cianetação são:
2 NaCN + O2  2 NaCNO
4 NaCNO  Na2CO3 + 2 NaCN + CO + 2N
O tempo de imersão no banho varia de 30 à 60 minutos e,
a espessura da camada cianetada entre 0,10 à 0,30 mm.
Carbonitretação
A carbonitretação, também chamada de “cianetação
a gás” ou “nitrocarbonetação”, é um processo de
endurecimento superficial, em que se introduz
superficialmente no aço, até uma certa profundidade,
nitrogênio e carbono, a uma temperatura
determinada.
Carbonitretação
Este processo é realizado em temperaturas acima do
campo austenítico e, consite em submeter-se o aço a
uma temperatura na faixa de 705 e 900 °C, numa
atmosfera gasosa (gás natural e amônia). Após a
carbonitretação deve-se temperar e revenir as peças.
Carbonitretação
As reações fundamentais para a carbonitretação
são:
CH4 + 3 Fe ↔ Fe3C + 2 H2
2 NH3 ↔ 2 N + 3 H2
Carbonitretação
O objetivo principal da carbonitretação é conferir ao aço
uma camada dura e resistente ao desgaste, com
espessura variando entre 0,07 à 0,7 mm. Além disso,
uma peça carbonitretada apresenta melhor
temperabilidade que uma outra cementada, obtendo-se
assim uma camada mais dura a um custo menor.
Exercícios
1. Defina cementação.
2. Em relação à temperabilidade do aço, que
tratamento termoquímico é mais vantajoso:
cementação ou carbonitretação? Explique.
3. Quais os principais objetivos da nitretação?
4. Qual o tempo de imersão no banho de cianetação?
E qual a espessura da camada obtida?