Aula 06 Tratamentos superfíciais

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Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia - ICET 
Materiais de Construção Mecânica Aplicada - MCMA
Aula 06 – Tratamentos superficiais e termoquímicos
Setembro de 2017
Professor: Ms. Winston F. de L. Gonçalves
Referências:
Callister, W. “Engenharia e Ciências dos Materiais: Uma introdução” LTC Editora, 5ª Edição, 2002.
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Têmpera Superficial
Tratamentos termoquímicos da superfície: cementação, nitretação, carbonitretação, cianetação, etc.
Conformação mecânica à frio: encruamento
Tratamentos químicos de superfície: cromagem eletrolítica, siliconização
Tratamentos Superficiais- métodos
Têmpera Superficial
Vantagens: 
* Permite obter a combinação de altas resistências ao desgaste e dureza na superfície, com ductilidade e tenacidade no núcleo da peça;
* Não exige fornos de aquecimento;
* É rápida e pode ser aplicada na oficina;
* Não produz grandes oxidações e descarbonetações no aço;
* Aplica-se a peças de grandes dimensões (engrenagens de 2 – 3 m);
* Permite o endurecimento em áreas localizadas;
* Pode ser usada quando a geometria da peça ocasionar grandes deformações.
* A superfície adquire propriedades e características da estrutura martensítica.
* A superfície endurecida pode ter até 10 mm.
* Processos usuais de têmpera: por chama e por indução.
Têmpera Superficial por chama
A profundidade da camada temperada é controlada pela:
♦ intensidade da chama aplicada 
♦ distância da chama aplicada 
♦ tempo de duração da chama aplicada 
A superfície é aquecida, acima da temperatura crítica (850-950ºC), por meio de chama oxiacetilênica.
O resfriamento é feito por meio de um jato de água.
Posteriormente, faz-se um revenido para alívio de tensões.
Têmpera superficial por indução
A profundidade da camada temperada é controlada por:
	♦ forma da bobina;
	♦ distância entre a bobina e a peça;
	♦ frequência do campo magnético;
	♦ tempo de aquecimento.
A profundidade da camada temperada é dada por:
 		
p = profundidade da camada (cm)
ρ = resistividade do material (ohm.cm) – Fe = 1,229 x 10-7 à 9,71 x 10-8 ohm.m
μ = permeabilidade magnética (Gauss/Oersted)
f = frequência (Hertz) – geralmente usa-se 450 kHz
P = 5030 . (ρ/ μ.f)1/2
Variação da indução B com a força magnetizante H
Têmpera superficial por indução
O calor é gerado na peça, por indução eletromagnética, utilizando-se bobinas de indução, nas quais flui uma corrente elétrica de alta frequência.
A quantidade de calor (Q) gerada é dada pela lei de Joule:
i = corrente elétrica em ampéres
R = resistência do condutor em ohms
t = Tempo que circula a corrente em segundos
Q = 0,239. i2 .R. t
Tempera por indução
Têmpera superficial por indução
Vantagens:
* Pode-se determinar, com precisão, a profundidade da camada temperada;
* O aquecimento é rápido
* As bobinas podem ser facilmente confeccionadas e adaptadas à forma da peça;
* Não produz o superaquecimento da peça permitindo a obtenção de uma estrutura maternsítica acicular fina;
* Geralmente, possibilita um maior aumento da dureza e da resistência ao desgaste e à fadiga;
* Não tem problema de descarbonetação.
Tratamentos termoquímicos
1. Cementa Cementação (C) 
2. Nitreta Nitretação (N) 
3. Cianeta Cianetação (CN) (CNX) 
4. Carbonitretação (C + N)(C >N) 
5. Nitrocarbonetação (C + N) (N >C)
6. Boretação (B) 
7. Tratamentos Termorreativos (CX + NX + CyNzX) (V, Nb, Ta, Cr , W e Mo)
Difusão
É o fenômeno de transporte de material através do movimento dos átomos.
Muitas reações e processos que são importantes no tratamento de materiais dependem da transferência de massa, seja no interior de um sólido específico (geralmente em um nível microscópico) ou a partir de um líquido, gás ou outra fase sólida
Mecanismos da Difusão
É a migração em etapas dos átomos de um sítio para outro sítio do reticulado cristalino
Duas condições devem ser atendidas:
1-Deve existir um sítio adjacente vazio.
2-O átomo deve possuir energia suficiente para quebrar as ligações que o une à seus átomos vizinhos, e causar alguma distorção na rede cristalina durante o deslocamento.
Energia é de natureza vibracional 
Efeito da Temperatura
A uma temperatura específica uma pequena fração do número total de átomos é capaz de realizar movimentos por difusão em virtude de suas energias vibracionais.
Essa fração de átomos aumenta com o aumento da temperatura, pois aumentam suas energias vibracionais.
Além disso o número de vazios aumenta com a temperatura segundo a relação
Difusão no estado estacionário
A difusão é um processo que depende do tempo. A quantidade de um elemento que é transportado no interior de outro elemento é uma função do tempo. Essa taxa é expressa em:
FLUXO DE DIFUSÃO (J):
Onde M é a massa ou o número de átomos, que está se difundindo através e perpendicularmente uma área reta A em um tempo t .
Em formato diferencial:
Cementação
Cementação
2 CO + 3 Fe→ Fe3C + CO2 
CH4 + 3 Fe → Fe3C + 2 H2
Aços Carbono 
1016 / 1018 / 1019 / 1022 (peças pequenas / temperadas em água) 
Aços baixa os baixa-liga 
4023 / 5110 / 4118 / 8620 / 4620 (temperados em óleo / baixa distorção)
 
Aços média-liga 
aplicações onde é exigido menor distorção 
4320 / 4817 / 9310
Cementação Sólida
Carvão + O2 → CO2 
Carvão + CO2 → CO 
BaCO3 + Carvão → BaO + CO + Energia 
Cementação Líquida
2 NaCN → Na2CN2 + (C) 
2 CO + 3Fe → Fe3C + CO2 
NaCN + CO2 → NaCNO + CO
Nitretação
Aços de baixa liga contendo alumínio
Aços de médio carbono, ao cromo, das séries 41xx, 43xx, 51xx, 61xx, 86xx, 87xx e 98xx 
Aços ferramenta com 5% cromo 
Aços inoxidáveis nitrônicos, Ferríticos, Martensíticos
Diagrama de fases Fe - N
Tipos de Nitretação
Gás
Plasma (iônica)