PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS - UNIDADE 8
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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS - UNIDADE 8


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CCE 0291
Lourdes Martins
Unidade 8 
\uf07d 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
\uf07d Endurecimento superficial pela modificação
parcial da composição química ou através de
mudanças estruturais na superfície do
componente.
\uf07d Situações onde se deseja superfície com
elevada dureza, resistente ao desgaste, e
núcleo tenaz capaz de resistir ao impacto
quando em uso \u2013 Engrenagens (gears),
mancais (bearings) e eixos (shafts).
Resultado
\uf07d Melhora da resistência ao desgaste da peça
sem afetar a ductilidade no seu interior.
\uf07d Cementação
\uf07d Nitretação
\uf07d Carbonitretação
\uf07d 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.
\uf07d Usado para aços baixo carbono (0,1 a 0,2 wt%)
\uf07d Temperatura de tratamento \u2013normalmente 850 a 950\u2070C
(790 ou 1095 \u2070C)
\uf07d O C é introduzido na fase austenítica:
\uf07d solubilidade máxima do C na ferrita temp amb. ~ 0,008%
\uf07d solubilidade máxima do C na ferrita à 723 \u2070C ~ 0,02%
\uf07d solubilidade máxima do C na austenita à 723 \u2070C ~ 0,8%
\uf07d solubilidade máxima do C na austenita à 1148 \u2070C ~ 2,0%
\uf07d O teor de C na superfície aumenta para 0,8 a
1,0%
\uf07d Resfriamento \u2192 Em geral, as peças são
resfriadas ao ar
Tratamentos posteriores:
\uf07d Normalização
\uf07d Têmpera (de acordo com a constituição da
parte periférica)
\uf07d Na cementação sólida os componentes são colocados no
interior de uma caixa metálica com tampa, na presença de
misturas carbonetantes sólidas.
\uf07d As misturas carburantes ou preparados para cementação
são compostos por:
\uf07d carvão vegetal e carbonatos como substâncias ativadoras
(carbonato de bário,
\uf07d carbonato de cálcio, carbonato de potássio e carbonato de
sódio).
\uf07d Temperaturas do processo entre 850 e 950 ºC
\uf07d Profundidade de camada cementada \u2013 0,6 e 6,9mm
Vantagens:
\uf07d Possibilidade de ser realizada em uma grande 
variedade de fornos; 
\uf07d É mais adequado para peças que são 
resfriadas lentamente a partir da temperatura 
de cementação; 
\uf07d O processo oferece uma série de técnicas de 
isolamento de componentes submetidos à 
cementação seletiva. 
Desvantagens: 
\uf07d É a menos limpa e menos precisa que os outros processos
de cementação;
\uf07d É um processo mais lento que os processos de
cementação líquida e gasosa;
\uf07d Não é adequada para a realização de têmpera diretamente
da temperatura de cementação;
\uf07d Não é adequada para componentes com camadas finas
e/ou com tolerâncias estreitas e
\uf07d Exige um maior trabalho manual para montagem e
desmontagem do aparato.
\uf07d É o mais importante processo de cementação industrial.
\uf07d A aporte de carbono é fornecido pela atmosfera gasosa do forno,
que inclui hidrocarbonetos, como o metano, propano e butano
ou hidrocarbonetos líquidos vaporizados.
\uf07d A atividade de carbono é controlada de modo a produzir
camadas superficiais com teores de carbono entre 0,8 e 1,0% de
C.
\uf07d 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:
\uf07d a temperatura, o tempo e a composição da atmosfera.
\uf07d O coeficiente de difusão do carbono na austenita determina o tempo
necessário para a obtenção de uma determinada profundidade de
camada:
p = D.t
\uf07d 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:
\uf07d onde D\u2092 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].
\uf07d Profundidade da camada cementada \u2192 0,5 a 2,0 mm
\uf07d 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.
\uf07d A composição dos banhos é à base de cianetos e o processo
dividido em duas variantes:
\uf07d Banhos de baixa temperatura \u2013 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.
\uf07d 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
\uf07d Processo mais rápido (camadas entre 1 e 2 mm)
\uf07d Tempos totais de ciclo mais curtos
\uf07d Facilidade de manuseio das peças (uso de ganchos,
ou cestas)
\uf07d Oferece um controle preciso da camada cementada
Desvantagens
\uf07d Requer sistema de exaustão sobre o banho, uso de
EPI e cuidados adicionais para evitar contaminação
por cianetos.
\uf07d Neutralização dos banhos via processamento
químico, após um determinado período de operação
Definição
\uf07d Nitretação é um tratamento termoquímico
superficial onde o nitrogênio é introduzido na
fase \u3b1 (ferrita) em temperaturas entre 500 e
570\u2070C. Consequentemente, não ocorre
mudança de fase quando o aço é resfriado
atéa temperatura ambiente.
Objetivo
\uf07d Aumentar a dureza e a resistência ao
desgaste mantendo o núcleo dúctil e tenaz.
\uf07d Alta dureza superficial com aumento da
resistência ao desgaste e com pouco risco de
descamação.
\uf07d Alta resistência à fadiga \u2013formação de forças
compressíveis na superfície do aço.
\uf07d Melhora da resistência à corrosão em aços
não inoxidáveis.
\uf07d Elevada estabilidade dimensional.
\uf07d Sem risco de empenamento.
\uf07d Temperatura de Nitretação: 500 \u2013570\u2070C
\uf07d limite superior \u2192 pré-requisito para que não ocorra
transformação de fase
\uf07d limite inferior \u2192 requerimento para que ocorra dissociação
da amônia
\uf07d Reação de Nitretação \u2192 Amônia em contato com a
superfície aquecida do aço se dissocia:
2 NH3\u2192 2 NFe + 3 H2
\uf07d 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.
\uf07d Aços Nitralloy contendo Al \u2192 camada nitretada com
alta dureza.
\uf07d Aços contendo Cr / Mo ou Cr / Mo / V com
2,5 - 3,5 %Cr \u2192 camada com boa dureza.
\uf07d Aços baixa liga 1Cr-0,2Mo \u2192 camada com menor
dureza.
\uf07d Antes de nitretados devem ser temperados e
revenido sem temperaturas superior a de nitretação.
\uf07d Carbono \u2013 0,30% a 0,45% \u2192 confere ao aço não
só temperabilidade como também suporte
adequado á camada nitretada extremamente
dura e muito fina.
\uf07d Alumínio e cromo \u2013 0,85% a 1,20% e 0,90% a
1,80% respectivamente \u2192 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.
\uf07d Molibdênio \u2013 0,15% a 0,45% \u2192 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).
\uf07d Níquel \u2192 normalmente ausente, é adicionado em
teores de 3,25% a 3,75%, quando se deseja um
núcleo de dureza mais elevada.
\uf07d Variante de baixo custo do processo de
nitretação gasosa em que ocorre a difusão
simultânea de C e N para a superfície