Tratamentos Termoquímicos

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Tratamentos Termoquímicos
Definições
O objetivo principal é aumentar a dureza e a resistência ao desgaste superficial dos aços, pela modificação parcial da sua composição química, nas seções que se deseja endurecer, ao mesmo tempo que o núcleo do material permanece dúctil e tenaz.
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Difusão
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Meio
Núcleo
Superfície
No caso da ligas a difusão é realizada concomitantemente pela: 
Superfície
Contorno de Grão
Através do volume sólido (Grão)
Dentro dos grãos a movimentação dos átomos se dá: Através dos defeitos na rede cristalina; Através dos interstícios ou Forçosamente substituindo átomos.
Cementação
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Enriquecimento superficial de certos tipos de aços por carbono, aquecidos convenientemente em contato com substâncias carbonáceas.
A temperatura de aquecimento deve ser de 850° a 950°C, região na qual o ferro se encontra na forma alotrópica gama. Usualmente também se empregam temperaturas mais baixas, como 790°C e mais elevadas como 1095°C.
Os processos usuais de cementação devem elevar o teor superficial de carbono até 0,8% ou 1,0%.
A profundidade de penetração do carbono depende da temperatura e do tempo. Sendo rápido no início, e decrescendo depois.
Cementação
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Os processos usais de cementação devem elevar o teor superficial de carbono até 0,8 ou 1,0%. 
A cementação é um fenômeno de difusão, isto é, está relacionado com o movimento de carbono no interior do aço.
A velocidade de enriquecimento superficial de carbono depende, em primeiro lugar do seu coeficiente de difusão.
FEA
CCC
CFC
Solubilidade
Difusão
A profundidade de penetração do carbono depende da temperatura e do tempo. Sendo rápido no início, e decrescendo depois.
Cementação
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FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DE ENRIQUECIMENTO DE CARBONO NA SUPERFÍCIE DO AÇO
Teor de carbono do aço: quanto menor o teor de carbono no aço, maior será a velocidade de carbonetação (permanecendo as outras variáveis constante).
Coeficiente de difusão do carbono no aço: é uma função da temperatura e da concentração de carbono 
Cementação
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FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DE ENRIQUECIMENTO DE CARBONO NA SUPERFÍCIE DO AÇO
Temperatura: é o fator mais importante, pois além de afetar a difusão, influi também na concentração de carbono na austenita e na velocidade de reação de carbonetação na superfície.
Concentração de carbono na austenita: a solubilidade do carbono na austenita é determinada pela linha Acm. Os elementos de liga tendem a deslocar a linha Acm para direita (diminuindo a solubilidade de carbono na austenita), entretanto, essa influência é relativamente pequena para os teores de usualmente encontrados nos aços-ligas para cementação.
Os aços liga mais empregados na cementação são os tipos SAE 3100, 4100, 4600, 5100 e 6100, 8600 com teor máximo de carbono de 0,23%.
Cementação
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FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DE ENRIQUECIMENTO DE CARBONO NA SUPERFÍCIE DO AÇO
Natureza do agente carbonetante ou do gás de carbonetação: Os agente mais comuns fornecedores de carbono são o CO e o CH4, e as reações que ocorrem na superfície do aço podem ser representadas da seguinte maneira:
 2CO +3Fe ⇌ Fe3C + CO2
 CH4 + 3Fe ⇌ Fe3C + 2H2
Carbono dissolvido na superfície do aço
Começando com CO e CH4 adiciona-se carbono à superfície
Começando com CO2 e H2 remove-se carbono da superfície
Cementação
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CONSIDERAÇÕES GERAIS
Deve-se partir, em princípio, de um aço de baixo carbono;
Aplicação de temperaturas que coloque o aço no
 estado austenítico (850° a 950°C);
Deve-se evitar uma linha nítida de demarcação entre a camada cementada e o núcleo. Deve-se buscar uma distribuição suave do carbono, evitando quedas bruscas.
Quando os gradientes de teor de carbono são muito altos há risco de lascamento da cama cementada.
Os aços antes da cementação devem ser geralmente normalizados para permitir a usinagem, pois as dimensões e tolerâncias só podem ser corrigidas por retificação;
Processos de Cementação
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CEMENTAÇÃO SÓLIDA OU EM CAIXA
Nesse processo, as peças de aço são colocadas em caixas metálicas, geralmente de aços-liga resistente ao calor, na presença de uma mistura carburizante.
As misturas mais usadas apresentam carvão de madeira (substância carbonetante), aglomerado com cerca de 5 a 20% de uma substância ativadora, por meio de óleo comum ou óleo de linhaça em quantidades que variam de 5 a 10%.
Os ativadores mais comuns são os carbonatos alcalinos ou alcalinos-terrosos, como carbonato de sódio (NaCO3), carbonato de potássio (KCO3), carbonato de cálcio (CaCO3) e carbonato de bário (BaCO3).
Processos de Cementação
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A temperaturas elevadas (900°C) o carbono se combina com o oxigênio, inicialmente presente no carvão.
O CO2 reage com o carbono do carvão incandescente.
O CO por sua vez reage com o ferro do aço, se depositando na superfície, e formando o CO2.
O CO2 reage novamente com o carbono do carvão incandescente formando novo CO.
A presença do ativador (BaCO3) contribui para aumentar a velocidade de fornecimento de CO.
C +O2 ⇌  CO2
CO2 + C⇌ 2CO
3Fe + 2CO ⇌ Fe3C + CO2
BaCO3 → BaO + CO2 
CO2 + C → 2CO
Processos de Cementação
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Vantagem
Diminui a tendência ao empenamento; 
É econômico para peças grandes ou lotes pequenos;
Desvantagem
Não recomendado para a produção de camadas cementadas finas;
Não proporciona um controle preciso do gradiente de carbono;
Cuidados
As peças devem estar limpas antes da cementação;
As caixas de cementação devem ser resfriadas rapidamente ao ar, para evitar a descarbonetãção;
Não exige o uso de atmosfera controlada.
Longos tempos de operação.
As misturas carburizantes devem ser empregadas secas.
Tratamentos Térmicos
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Têmpera simples (A, B e C) – consiste em temperar o material normalmente, após tê-lo cementado e resfriado ao ar.
Têmpera direta (E e F) – consiste em resfriar rápido e diretamente da temperatura de cementação. 
Têmpera dupla (D e F) – A partir da temperatura de austenitização do núcleo, em seguida na temperatura de austenitização da camada cementada.
Tratamentos Térmicos
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	Tratamentos		Granulação inicial do aço
	Têmpera Simples	A	Aplicados a aços de granulação fina, porém não refina o núcleo.
		B	Refino parcial do núcleo, tornando-o mais resistente e tenaz.
		C	Refina completamente o núcleo, mas favorece o crescimento do grão da camada cementada.
	Têmpera direta (E e F)		Recomendado para aços de granulação fina. Favorece a retenção da austenita da camada cementada (E), que pode ser reduzida, por têmpera posterior (F).
	Têmpera Dupla (D e F)		Após a primeira têmpera, para refiná-lo, tempera-se novamente de uma temperatura logo acima da temperatura crítica. Promove uma estrutura fina e um núcleo tenaz.
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O aço cementado apresenta duas seções distintas: uma superfície de alto carbono (geralmente acima da composição eutetóide e de alta temperabilidade); e um núcleo de baixo carbono, entre uma zona de transição.
Superfície de alto carbono
Zona de transição
Núcleo
Processos de Cementação
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Questão Enade 2018		
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Nitretação
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Tratamento de endurecimento superficial em que se introduz superficialmente, até uma certa profundidade, nitrogênio, sob ação de um ambiente nitrogenoso, a uma determinada temperatura.
OBJETIVOS
Obtenção de elevada dureza superficial
Aumento de resistência ao desgaste
Aumento de resistência à fadiga
Aumento de resistência à corrosão
Aumento da resistência superficial ao calor
Processos de Nitretação
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NITRETAÇÃO GASOSA
Submissão da peça a ser nitretada a temperatura na faixa de 500 a 575°C, sob ação de um meio gasoso contendo nitrogênio (geralmente amônia – NH3).
A amônia se decompõe parcialmente em nitrogênio
O nitrogênio ativo produzido combina-se com os elementos de liga do aço (alumínio, cromo, vanádio, e molibdênio) formando nitretos complexos de elevada durezae estáveis às temperaturas de nitretação.
Nesse processo a difusão é muito lenta (a operação demora até cerca de 90 horas). 
2NH3 → 2N + 3H2
Resulta em uma camada nitretada inferior a camada cementada, não ultrapassando 0,8 mm.
Não necessita de qualquer tratamento térmico posterior.
Processos de Nitretação
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PROCEDIMENTO
Antes da nitretação, o aço é submetido ao tratamento térmico de recozimento, seguido de usinagem posterior;
Têmpera e revenido (600 a 700°C), seguida de usinagem para remoção de material em torno de 0,8 a 1,0 mm;
Pode-se realizar um novo revenimento a 500 a 600°C, seguido de usinagem para conferir suas dimensões definitivas;
Nitretação seguido de retificação final.
Questão BR Distribuidora		
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Cianetação
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Também chamada de Carbonitretação líquida.
Consiste no aquecimento da peça acima da temperatura crítica (AC1) e o resfriamento posterior em óleo, água ou salmora.
 Devido a maior eficiência e menor custo, usa-se o cianeto de sódio, em teores variando de 30 a 97%, e o restante é composto de Na2CO3 (40 a 23%) e NaCl (30% a traços).
A faixa de temperatura de operação dos banhos de cianetação varia de 760 a 780°C, com tempo de imersão no banho variando de 30 minutos a 1 hora. A camada cianetada resultando varia geralmente de 0,1 a 0,3 mm.
Temperaturas mais baixas diminuem a possibilidade de empenamento durante a têmpera subsequente;
As temperaturas mais elevadas contribuem para maior velocidade de penetração, além de produzir um núcleo completamente endurecido após a têmpera.
Processos de Cianetação
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Passagem do cianeto de sódio a cianato de sódio na presença de oxigênio do ar.
Decomposição do cianato de sódio
O nitrogênio formado combina-se diretamente com o ferro.
O CO formado em contato com o ferro passa para CO2.
2NaCN +O2 →   2NaCNO
4NaCNO → Na2CO3 + 2NaCN + CO + 2N
3Fe + 2CO → Fe3C + CO2
2CO → CO2 + C
3Fe + C → FE3C
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Carbonitretação
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Também chamada de Cianetação a gás ou Nitrocarbonetação.
Consiste em submeter o aço a uma temperatura elevada (acima da temperatura de transformação) numa atmosfera gasosa, que pode fornecer carbono e nitrogênio simultaneamente, os quais são absorvidos pela superfície do aço.
Os constituintes da atmosfera utilizada é composta de:
 Gás endotérmico, essencialmente constituído de uma mistura de nitrogênio, hidrogênio e CO;
 Gás natural, propano ou butano, e
 Amônia anidra (NH3).
Carbonitretação
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 O objetivo do processo é conferir uma camada dura e resistente ao desgaste com espessura variando de 0,07 a 0,7 mm.
 Resulta em uma camada carbonitretada de melhor temperabilidade do que uma camada cementada.
Aços comumente carbonitretados: 1000, 1200, 1300, 4000, 4100, 4600, 5100, 86200 e 8700 com teor de carbono até 0,25%, ou médio carbono.
Carbonitretação
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 O objetivo do processo é conferir uma camada dura e resistente ao desgaste com espessura variando de 0,07 a 0,7 mm.
 Resulta em uma camada carbonitretada de melhor temperabilidade do que uma camada cementada.
Aços comumente carbonitretados: 1000, 1200, 1300, 4000, 4100, 4600, 5100, 86200 e 8700 com teor de carbono até 0,25%, ou médio carbono.
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Tratamentos Termoquímicos