Tratamentos-termoquímicos

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TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS 
 
Visam a adição por difusão de elementos, em geral não metálicos na superfície de metais, com o 
objetivo de aumentar a dureza e a resistência ao desgaste superficial, mantendo um núcleo dúctil. Para os aços, 
é utilizada a adição de C, N ou B a temperaturas entre 500-1000oC. 
 
Variáves críticas de processo 
 
 Potencial do meio em que a peça será tratada de fornecer o elemento químico desejado. 
 Capacidade da peça de absorver estes elementos químicos. 
 
Cementação 
 
Introdução de carbono na superfície do aço de modo que após a têmpera, apresente uma superfície 
mais dura, com um núcleo tenaz. Para tanto parte-se de aços baixo carbono (< 0,30%pC), que são tratados 
entre 815 e 950oC. 
 
Meios de cementação 
 
Sólido: Peças de aço são acondicionadas em caixas metálicas, onde se adiciona carvão vegetal ou 
coque, um catalisador (carbonato de bário ou sódio) e um óleo ligante. Aquecimento da faixa de 815-1030oC. 
 
Reações: 
 
Carvão + O2 → CO2 
Carvão + CO2 → CO 
BaCO3 + carvão → BaO + CO + energia 
2CO → CO2+(C) 
( C ) = carbono nascente, que é absorvido pelo aço. 
 
Vantagens: Não é necessário atmosfera controlada; econômica para pequenos lotes ou peças grandes; 
menor experiência do operador. 
Desvantagens: Não permite controle da camada cementada; não permite têmpera imediata, dado a 
dificuldade em desempacotar; taxas de aquecimento e resfriamento lentas (aquecimento e resfriamento do 
conjunto). 
 
Cementação gasosa: A peça é cementada em um forno saturado de carbono (atmosfera controlada). 
Meio gasoso: GNV (80-90% CH4 e 10-20% de C2H6), propano (C3H6), Butano (C4H10) ou álcool 
etílico volatilizado (C3H5OH) 
Gás veicular: Empregados para diluir o gás cementante e manter uma pressão positiva no forno. 
Formados a partir da mistura dos gases: N2 (40-97%); CO (2-35%); CO2 (0-5%); H2 (1-40%); CH4 (0-1%). 
Reações principais 
CH4 → ( C ) + 2H2 
CO + H2O → CO2 + H2 
CO → ( C ) + CO2 
Como estas reações são reversíveis, dependendo da temperatura e das concentrações de metano (CH4) 
e hidrogênio (H2), o aço pode tanto receber carbono ( C ), como perdê-lo. A profundidade da camada 
cementada varia entre 0,5 e 2 mm. 
Vantagens: 
Processo limpo; controle da camada cementada; produtividade; permite têmpera imediata. 
Desvantagens: 
Alto custo dos equipamentos; Pessoal habilitado. 
 
Cementação líquida: O aço é mantido em um banho de sal líquido a uma temperatura acima da crítica. 
A profundidade da camada cementada é dependente da composição do banho e da temperatura utilizada. Para 
temperaturas entre 840-900oC são obtidas camadas cementadas entre 0,08 e 0,8mm. Para temperaturas entre 
900-955oC, obtém-se camadas entre 0,5 e 3 mm. 
Reações principais 
Banho baixa temperatura: 
2NaCN → Na2CN2 + ( C ) 
2 NaCN + O2 → 2 NaNCO 
NaCN + CO2 → NaNCO + CO 
Banho alta temperatura: 
Ba(CN)2 → BaCN2 + ( C ) 
Vantagens: boa camada cementada em pouco tempo; difícil descarbonetação; produtividade. 
Desvantagens: Toxidez dos cianetos; limpeza posterior. 
 
Nitretação: Introdução superficial de nitrogênio no aço, pelo aquecimento entre 500-570oC, formando 
uma dura camada de nitretos. Por utilizar temperaturas inferiores as da cementação, a nitretação gera menores 
distorções e menor tendência a trincas. Ao final é aplicado têmpera para o endurecimento da camada nitretada 
(dureza e resistência ao desgaste maior que da camada cementada). São empregados aços que contém 
elementos formadores de nitretos como alumínio, cromo e vanádio. 
Nitretação a gás: Atmosfera de amônia. Temperatura de 500-550oC. Reação: 
NH3 → (N) + 3/2 H2 
Sequência de operações: 
(1) Têmpera e revenimento a 25oC acima da temperatura de nitretação. 
(2) Usinagem grosseira 
(3) Alívio de tensões (500-600oC) 
(4) Usinagem final 
(5) Nitretação 
(6) Retífica 
Nitretação líquida: Banho a base de cianeto, que também adiciona algum carbono a peça. Temperatura 
de 500-570oC. 
 
Cianetação 
 
Aquecimento do aço a temperaturas acima da crítica em banho de sal fundido, de modo que a superfície 
absorva carbono e nitrogênio, seguido de têmpera em óleo ou água. O banho de sal é composto de cianeto de 
sódio (30-97%), carbonato de sódio (2-40%) e cloreto de sódio (0-30%). Estes dois últimos são sais inertes 
para controlar o ponto de fusão da mistura e sua fluidez. São aplicadas temperaturas entre 760-870oC e aços 
baixo carbono. 
Reações: 
Para gerar carbono e nitrogênio ativos o cianeto de sódio reage com o oxigênio do ar: 
2NaCN + O2 → 2NaNCO 
4NaNCO→ Na2CO3 + 2NaCN + 2 (N) 
2CO → CO2 + ( C ) 
NaCN + CO2 → NaNCO + CO 
 
Carbonitretação 
 
Consiste na introdução de carbono e nitrogênio a partir de uma mistura gasosa. Temperaturas de 700-
900oC. A mistura de carbono e nitrogênio fornece maior resistência ao impacto e menor camada endurecida. 
 
Boretação 
 
Enriquecimento superficial em boro com formação de boretos de ferro (Fe2B e FeB). 
Boretação gasosa: Emprego de um gás 100 vezes mais venenoso que o cianogênio. 
Boretação líquida: Banhos de sais não tóxicos, porém com dificuldades de penetração no aço devido a 
formação de camadas bifásicas contendo Fe2B e FeB (este último formador de trincas). 
Boretação sólida: A mais empregada. Utiliza-se carboneto de boro, com a formação de camadas 
monofásicas de Fe2B. 
Em seguida ao tratamento é aplicado têmpera e revenimento, sendo este último em meio inerte. A 
microdureza da camada boretada é extremamente alta e resistente a corrosão em meio ácido. 
 
Bibliografia: 
 
Aços e ligas especiais – Costa e silva.