PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS - UNIDADE 8

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CCE 0291
Lourdes Martins
Unidade 8 
 São aqueles que combinam a ação do calor com a
ação química e o resultado é o enriquecimento
de uma camada, ou mesmo todo o volume, de
uma peça com um elemento metálico ou não
metálico.
Finalidade
 Endurecimento superficial pela modificação
parcial da composição química ou através de
mudanças estruturais na superfície do
componente.
 Situações onde se deseja superfície com
elevada dureza, resistente ao desgaste, e
núcleo tenaz capaz de resistir ao impacto
quando em uso – Engrenagens (gears),
mancais (bearings) e eixos (shafts).
Resultado
 Melhora da resistência ao desgaste da peça
sem afetar a ductilidade no seu interior.
 Cementação
 Nitretação
 Carbonitretação
 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.
 Usado para aços baixo carbono (0,1 a 0,2 wt%)
 Temperatura de tratamento –normalmente 850 a 950⁰C
(790 ou 1095 ⁰C)
 O C é introduzido na fase austenítica:
 solubilidade máxima do C na ferrita temp amb. ~ 0,008%
 solubilidade máxima do C na ferrita à 723 ⁰C ~ 0,02%
 solubilidade máxima do C na austenita à 723 ⁰C ~ 0,8%
 solubilidade máxima do C na austenita à 1148 ⁰C ~ 2,0%
 O teor de C na superfície aumenta para 0,8 a
1,0%
 Resfriamento → Em geral, as peças são
resfriadas ao ar
Tratamentos posteriores:
 Normalização
 Têmpera (de acordo com a constituição da
parte periférica)
 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 950 ºC
 Profundidade de camada cementada – 0,6 e 6,9mm
Vantagens:
 Possibilidade de ser realizada em uma grande 
variedade de fornos; 
 É mais adequado para peças que são 
resfriadas lentamente a partir da temperatura 
de cementação; 
 O processo oferece uma série de técnicas de 
isolamento de componentes submetidos à 
cementação seletiva. 
Desvantagens: 
 É a menos limpa e menos precisa que os outros processos
de cementação;
 É um processo mais lento que os processos de
cementação líquida e gasosa;
 Não é adequada para a realização de têmpera diretamente
da temperatura de cementação;
 Não é adequada para componentes com camadas finas
e/ou com tolerâncias estreitas e
 Exige um maior trabalho manual para montagem e
desmontagem do aparato.
 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.
 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:
 onde Dₒ é o coeficiente de difusão inicial [m²/s]; Qd, é a 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].
 Profundidade da camada cementada → 0,5 a 2,0 mm
 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 transferência 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:
 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.
 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.
Vantagens
 Processo mais rápido (camadas entre 1 e 2 mm)
 Tempos totais de ciclo mais curtos
 Facilidade de manuseio das peças (uso de ganchos,
ou cestas)
 Oferece um controle preciso da camada cementada
Desvantagens
 Requer sistema de exaustão sobre o banho, uso de
EPI e cuidados adicionais para evitar contaminação
por cianetos.
 Neutralização dos banhos via processamento
químico, após um determinado período de operação
Definição
 Nitretação é um tratamento termoquímico
superficial onde o nitrogênio é introduzido na
fase α (ferrita) em temperaturas entre 500 e
570⁰C. Consequentemente, não ocorre
mudança de fase quando o aço é resfriado
atéa temperatura ambiente.
Objetivo
 Aumentar a dureza e a resistência ao
desgaste mantendo o núcleo dúctil e tenaz.
 Alta dureza superficial com aumento da
resistência ao desgaste e com pouco risco de
descamação.
 Alta resistência à fadiga –formação de forças
compressíveis na superfície do aço.
 Melhora da resistência à corrosão em aços
não inoxidáveis.
 Elevada estabilidade dimensional.
 Sem risco de empenamento.
 Temperatura de Nitretação: 500 –570⁰C
 limite superior → pré-requisito para que não ocorra
transformação de fase
 limite inferior → requerimento para que ocorra dissociação
da amônia
 Reação de Nitretação → Amônia em contato com a
superfície aquecida do aço se dissocia:
2 NH3→ 2 NFe + 3 H2
 O nitrogênio na forma atômica pode ser absorvido pelo
aço. A superfície ao atingir um determinado nível de
saturação de nitrogênio, nitretos são formados através do
mecanismo de nucleação e crescimento.
 Aços Nitralloy contendo Al → camada nitretada com
alta dureza.
 Aços contendo Cr / Mo ou Cr / Mo / V com
2,5 - 3,5 %Cr → camada com boa dureza.
 Aços baixa liga 1Cr-0,2Mo → camada com menor
dureza.
 Antes de nitretados devem ser temperados e
revenido sem temperaturas superior a de nitretação.
 Carbono – 0,30% a 0,45% → confere ao aço não
só temperabilidade como também suporte
adequado á camada nitretada extremamente
dura e muito fina.
 Alumínio e cromo – 0,85% a 1,20% e 0,90% a
1,80% respectivamente → são elementos que
formam prontamente nitretos; quanto maior a
quantidade desses elementos dissolvidos na
ferrita, tanto mais fácil a difusão do nitrogênio e
tanto mais espessa a camada nitretada para um
tempo de nitretação determinado.
 Molibdênio – 0,15% a 0,45% → diminui a
fragilidade de revenido e confere resistência ao
revenido às temperaturas de nitretação (não há
revenido na nitretação; mas devido às
temperaturas usadas no processo, poderia
ocorrer o fenômeno da fragilidade de revenido,
evitado pela presença do molibdênio).
 Níquel → normalmente ausente, é adicionado em
teores de 3,25% a 3,75%, quando se deseja um
núcleo de dureza mais elevada.
 Variante de baixo custo do processo de
nitretação gasosa em que ocorre a difusão
simultânea de C e N para a superfíciedo metal.
 O gás admitido no forno consiste de misturas
com diferentes proporções de amônia e gás
natural ou metanol.
 O processo é realizado em aços aquecidos em
temperaturas da ordem de 570 °C.
 Os tempos de tratamento variam entre 1 h a 3 h.
 A profundidade de camada endurecida varia entre
0,07 e 0,2 mm.
 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.).
	PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
	TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS DOS AÇOS
	Conceito
	�Aplicações �
	Tratamentos Termoquímicos
	Cementação
	Características da Cementação
	Características da Cementação
	Profundidade da camada cementada
	Cementação Sólida
	Cementação Sólida
	Cementação Sólida
	Cementação Gasosa
	Cementação Gasosa
	Slide Number 15
	Cementação Líquida
	Cementação Líquida
	Microestrutura de camada cementada
	Nitretação
	Nitretação
	Nitretação
	Camada Nitretada
	Aços Utilizados na Nitretação
	Nitroalloy
	Nitroalloy
	Carbonitretação
	Carbonitretação
	Microestrutura obtidas por Nitretação