Cementação Sólida

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
CAMPUS DE GUARATINGUETÁ
Propriedades Mecânicas dos Materiais
Assunto: Cementação Sólida
 
Professor: Thomaz Manabu
Luiz Henrique Torres da Costa nº101031
2012
Introdução
As peças submetidas a grandes solicitações já são cementadas há várias dezenas de anos em banhos de sais. A cementação, que consiste num enriquecimento superficial de carbono, é ainda hoje o tratamento termoquímico mais utilizado para se obter peças de aço com superfícies que suportem elevadas pressões e que sejam resistentes ao desgaste, mantendo ao mesmo tempo o núcleo dúctil.
Objetivo
A experiência realizada objetiva obter diversas amostras provenientes de um processo de cementação a fim de se aferir o efeito de tal processo no endurecimento superficial de uma peça cementada.
Fundamentação Teórica
ƒ Na cementação sólida os componentes são colocados no interior de uma caixa 
metálica com tampa, na presença de misturas carbonetantes sólidas. 
ƒ 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). 
ƒ Temperaturas do processo entre 850 e 950ºC 
ƒ 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
ƒ 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, 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 reutilizáveis 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. As temperaturas de operação estão entre 815ºC e 955ºC. 
ƒ Os componentes devem posicionados no interior da caixa, de maneira equidistante. 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.
Procedimento Experimental
Para a realização deste foi utilizado uma amostra de aço 1014 de baixo teor de carbono (embutida em baquelite) aquecida a uma temperatura de 950°C dentro de uma caixa com granulado de carbono, que foi retirada do forno e deixada esfriar dentro da caixa. O processo foi realizado para 5 amostras, cada uma mantida durante um tempo diferente (1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas e 5 horas), após isso foi realizado o embutimento em cada amostra.
Após isso foi realizado o ensaio metalográfico de amostra. Cada amostra foi lixada com as seguintes lixas: 220 320 400 600, sendo que quando mudou-se de lixa girou a peça de 90° para eliminar o risco da lixa anterior, depois realizou-se o polimento na politriz, com pasta para polimento, polindo ate não haver mais nenhum risco na amostra , após o polimento fez-se o ataque com nital a 2%, (mistura de acido nítrico + água) ataque rápido 5 a 10 seg, acabando o brilho interrompe-se e coloca na água para lavar secar. Em seguida as amostras foram levadas para outra sala para realizar as medidas da camada cementada.
Resultados e discussões
Tabela de dados das profundidas para as diversas temperaturas:
	Amostra
	P1[µm]
	P2[µm]
	P3[µm]
	Pmed [µm]
	1
	403,2
	249,7
	324,4
	325,7667
	2
	482,8
	950,9
	497,3
	643,6667
	3
	628,5
	722,2
	643,5
	664,7333
	4
	792
	829,5
	741,8
	787,7667
	5
	647,4
	717,2
	731,7
	698,7667
Tabela 1 – Profundidades de Carbono
Figuras das imagens obtidas a partir da micrografia:
Figuras 1- 1 hora
Figura 2 - 2 horas
Figura 3 - 3 horas
Figura 4- 4 horas
Figura 5- 5 horas
Gráfico 1 – Profundidade x Tempo
Conclusão 
Analisando o gráfico da profundidade em função do tempo podemos perceber claramente que os últimos dados fogem dos valores esperados pela teoria, onde deveríamos encontrar profundidades para a carbonetação de 5 horas maiores que as de 4 horas. Esse erro, pode ter diversas causas, tais como erro no processo de medição até o erro no processo de carbonetção.
	De uma forma mais geral podemos ver que o experimento demonstrou aquilo que queríamos comprovar, que a medida que mantemos a amostra em uma atmosfera rica em carbono a mesma irá absorver carbono pela superfície tornando-se mais resistente nessa camada provocando assim um aumento da resistência superficial, mantendo as características do núcleo da peça.
Bibliografia
[1] Ciência de Engenharia de Materiais: uma Introdução, 5o.edição, autor Willian D.Callister Jr. 
[2] http://www.durferrit.com.br/produtos_cementacao.asp