Tratamentos Termoquímicos em Aços

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Tratamentos Termoquímicos 
 
Os tratamentos termoquímicos visam o endurecimento superficial dos aços pela 
modificação parcial da sua composição química nas secções que se deseja endurecer. O 
objetivo é aumentar a dureza e a resistência ao desgaste superficial, ao mesmo tempo em 
que o núcleo do material permanece dúctil e tenaz. 
 
Cementação 
 
Definição 
A cementação é um processo utilizado nas indústrias metalúrgicas pelas propriedades que 
alcança, pois outros tratamentos térmicos não fornecem características tais como as da 
mesma. É um tratamento termoquímico que se consiste em introduzir carbono na superfície 
do metal, já que os metais com baixo teor de carbono ajudam a aumentar sua dureza. 
Uma engrenagem, cuja aplicação se necessita elevadas dureza e resistência ao desgaste nos 
dentes, onde se há contato com outros elementos de máquinas, mas ductilidade e tenacidade 
no núcleo, para absorver choques eventuais. Uma das alternativas para se atingir esse 
conjunto de propriedades é submetendo o material aos processos de cementação e alguns 
outros que, se realizados sob condições adequadas, proporcionarão ao material essas 
características. 
 
Objetivo 
A escolha do material e dos tratamentos aos quais ele será submetido é crucial para o sucesso 
de um projeto. Uma vez determinado o material, é fundamental apresentar certo nível de 
controle sobre a sua microestrutura e sobre as suas propriedades, para que os resultados 
estejam conforme o seu esperado. ​O seu principal objetivo é de se aumentar a dureza e a 
resistência superficial do material, assim como pode-se aplicar para outros propósitos, como, 
aumentar a resistência à fadiga, à corrosão, à oxidação em altas temperaturas. Ela ​serve para 
melhorar a dureza e a durabilidade de alguns produtos, assim como, molas de arame de aço 
ao carbono, ​pistas e roletes de rolamento, engrenagens, buchas e juntas homocinéticas. 
 
Processo 
O metal é submetido a altas temperatura em uma atmosfera rica em carbono, sendo assim, o 
calor irá causar a fundição dos átomos na superfície do metal, este processo é feito abaixo do 
ponto de fusão do mesmo. 
A cementação é um fenômeno difusivo e adicionado o potencial do carbono ​é relativo ao 
movimento de carbono no interior do aço. Com isso a velocidade de enriquecimento 
superficial de carbono nos aços depende, em primeiro lugar do seu coeficiente de difusão. 
Foram estabelecidas alguns fatores que influenciam na velocidade de enriquecimento na 
superfície dos aços, considerando que a cementação é influenciada pela fonte de suprimento 
de carbono, vejamos os fatores: 
 
A. Teor inicial de carbono no aço: ​quanto menor o teor de carbono no aço é maior a 
velocidade de carbonetação. 
B. Coeficiente de difusão do carbono no aço: ​é fundamental para a cementação, pois o 
enriquecimento superficial de carbono é um fenômeno de difusão, isto é, de 
movimento relativo de carbono no interior do aço. O que é visado na carbonetação é a 
solução do carbono no ferro gama. Este coeficiente de difusão, é uma função da 
temperatura e da concentração de carbono. Sendo não afetado por impurezas, tamanho 
de grão e nem de elementos de ligas nos teores que são usualmente encontrados nos 
aços ligas para cementação. 
C. Temperatura: ​a temperatura além de afetar a difusão acelerando-a com a sua 
elevação, também na concentração de carbono na austenita e na velocidade de reação 
de carbonetação na superfície do aço. 
D. Concentração de carbono na austenita: elementos de ligas tendem a deslocar a 
linha de solubilidade da austenita no diagrama Fe-C para esquerda, diminuindo os 
limites de concentração ou a solubilidade do carbono no ferro na austenita, contudo 
essa influência é relativamente pequena para os teores usuais nos aços-ligas para 
cementação, com exceção do níquel. 
E. N​atureza do agente carbonetante ou gás de carbonetação: ​a reação de 
transferência ocorre na superfície do aço. Os agentes supridores de carbono mais 
comuns são CO e CH4. 
F. Velocidade de fluxo de gás: ​esse fator influencia a velocidade de reação na 
superfície e, dependendo da natureza do gás, pode ser decisiva, pois, com alguns 
gases de cementação pode se ter alguma deposição indesejada ou insuficiente de 
carbono na superfície do material, exigindo melhor controle na velocidade de fluxo. 
 
Temperatura 
A velocidade de difusão do carbono no aço está estreitamente ligada à temperatura. Quanto 
maior a temperatura menor o tempo que a peça terá que permanecer no forno. Para peças 
menos solicitadas de menor responsabilidades podemos utilizar temperaturas mais altas, mas, 
para peças mais solicitadas devemos utilizar temperaturas mais baixas, a menos que se faça 
um tratamento térmico posterior para corrigir o problema. 
 
Tipos de cementação: 
A grande maioria dos aços cementados são processados por cementação gasosa, usando o gás 
natural propano ou butano. A cementação a vácuo e a plasma são feitos em atmosferas 
redutoras com ausência de oxigênio, e mesmo sendo feitas ocasionalmente, a cementação 
líquida e sólida têm pouca importância comercial. 
 
1. Cementação em Sólida: 
Neste processos é utilizado como fonte de carbono materiais sólidos a uma temperatura 
ambiente. As peças que serão submetidas ao tratamento são colocadas em uma caixa metálica 
e envoltas pela mistura cementante, normalmente composta: por uma fonte de carbono, 
carvão vegetal, coque ou osso e um ativador: carbonato de bário ou carbonato de sódio. Este 
processo de cementação geralmente é levada a uma temperatura entre 850º e 950ºC, que 
pode-se utilizar vários tipos de fornos, com a vantagem de ter um enriquecimento superficial 
de carbono e um gradiente de carbono entre a superfície e o centro mais gradual. 
 
1.1. Vantagens: 
➔ Maior variedade de fornos, pois produz sua própria atmosfera cementante; 
➔ Diminui a tendência do empenamento das peças, devido a facilidade delas se 
apoiarem na sua nova estrutura com carbono; 
➔ Ideal para peças que necessitam de um resfriamento lento; 
 
1.2. Desvantagens: 
➔ Não permite um controle do potencial de carbono da peça; 
➔ Não recomendado para têmpera direta após o processo de cementação, devido a 
dificuldade de ser desempacotada; 
➔ É um processo mais lento, pois precisamos aquecer e resfriar a peça junto com a caixa 
que a contém; 
 
 
2. Cementação Gasosa: 
Este processo nos permite melhor controle do teor de carbono, da espessura da camada 
cementada e é mais rápido. Porém suas reações são mais complexas exigindo maiores 
cuidados. É um processo que devido a evolução dos fornos e métodos de análises químicas 
acabou de popularizando, usaremos gases com fontes de carbono, podendo ser gases naturais 
ou manufaturados, assim como monóxido, carbono e metano. A mistura adequada desses 
gases iremos conseguir controlar o potencial de carbono na superfície do aço. 
2.1. Vantagens: 
➔ Mistura carburizante mais estável; 
➔ Processo mais limpo pois elimina os pós; 
➔ Melhor controle de teor de carbono e da espessura da camada cementada; 
➔ Processo mais rápido e oferece possibilidades de uma só têmpera direta; 
 
2.2. Desvantagens: 
➔ Reação de carbonetação mais complexa; 
➔ O custo da instalação é alta, aparelhos maiscomplicados de serem 
manuseados, que acaba ocasionando a necessidades de um pessoal mais 
experiente; 
➔ Controle não só da temperatura, mas também da constância da mistura 
carburiante; 
 
3. Cementação Líquida: 
Este processo é rápido e limpo, ele protege as peças contra corrosão e descarbonetação, 
elimina praticamente o empenamento, possibilita melhor controle do teor de carbono, 
possibilita a cementação localizada, visto que as peças são mergulhadas suspensas no banho 
de sal. Contudo, os fornos de banho de sal para cementação líquida exigem exaustão, porque 
os cianetos a altas temperaturas podem ser venenosos; além disso, o banho de sal deve ser 
protegido com uma cobertura obtida pela adição de grafita de baixo teor em sílica no banho 
fundido. 
3.1. Vantagens: 
➔ Profundidade de penetração em tempo curto, pois a peça está em contato 
direto com a massa líquida; 
➔ Proteção efetiva contra a descarbonetação; 
➔ Operação contínua, pois conseguimos colocar e retirar as peças, enquanto 
outras ainda estão em tratamento; 
➔ Tempo é mais curto; 
 
3.2. Desvantagens: 
➔ Alta toxidez dos cianetos; 
➔ Necessita de limpeza posterior; 
 
4. Cementação sob vácuo: 
As peças são introduzidas no forno, em seguida, a temperatura é elevada entre 925º a 1040ºC 
adiciona-se um fluxo controlado de hidrocarbonetos gasosos (metano, propano, ou outro gás) 
em quantidade que vai depender da carga, da área das superfícies a serem cementadas, do teor 
de carbono desejado e da profundidade de cementação. ​Já no processo o gás, ao entrar em 
contato com a superfície do aço, desprende vapor de carbono, depositando uma camada muito 
fina de carbono na superfície do material. Esse carbono é absorvido pelo aço, até o limite de 
saturação. O fluxo de gás é interrompido, e as bombas de vácuo, que estão operando durante 
todo o processo, retiram o excesso de gás. Começa a segunda fase do processo, atingindo os 
desejados teores de carbono e de profundidade da camada cementada. As peças assim 
cementadas são menos suscetíveis à formação de óxidos, microfissuras, descarbonetação e 
outros defeitos. 
4.1. Vantagens: 
➔ Melhor uniformidade; 
➔ Evita a oxidação intergranular; 
➔ Peças mais limpas, não precisando de limpeza posterior; 
 
4.2. Desvantagens: 
➔ Custo de equipamentos é maior; 
 
5. Cementação a plasma: 
Plasma é uma mistura gasosa constituídas de íons positivos e negativos, além de 
partículas neutras, embora a carga global desta mistura seja neutra. A cementação a 
plasma usa a tecnologia de descargas luminescentes para fornecer íons de carbono 
para a superfície da peça. O plasma por descarga luminescente pode ser obtido e 
mantido colocando-se dois eletrodos metálicos dentro de um tubo de vidro evacuado, 
no qual foi injetado gás a baixa pressão (da ordem de 1,0 torr) e aplicando-se uma 
diferença de potencial de algumas centenas de volts nestes eletrodos. Formam-se no 
tubo várias regiões de descargas visíveis. Para a cementação, apenas as descargas 
muito próximas do catodo são relevantes, pois, nessa região, o campo alétrico é mais 
potente e as velocidades dos elétrons suficientemente altas para provocarem a 
dissociação das moléculas do gás contido no tubo. Como esta éregião é muito 
próxima do catodo, fica mais fácil para os íons formados atingirem a superfície do 
catodo e serem absorvidos por ela. 
5.1. Vantagens: 
➔ Camada cementada mais uniforme; 
➔ Processo mais rápido que a gás e a vácuo; 
➔ Processo livre de oxidação; 
 
Alterações dimensionais: 
É impossível ter uma peça que depois da passagem por este tratamento sem ter algumas 
alterações dimensionais. A quantidade destas mudanças varia com base: 
-Tipo de material que é usado; 
-O processo de cementação que ele sofre; 
-O tamanho e a forma da peça; 
 
Obs: no entanto as alterações são pequenas comparando com as de tratamento térmico. 
 
Trabalho das propriedades dos 
materiais 
Efeitos da cementação 
Mecânico ● O aumento da dureza superficial; 
● Aumento da resistência ao desgaste; 
● Aumento da fadiga/tração forças; 
Físico ● Pode ocorrer o crescimento do grão; 
● Mudança no volume podem ocorrer; 
Químico ● Aumento do teor de carbono da 
superfície; 
 
 
 
 
 
 
Glossário 
 
Solubilidade 
CO 
CH4 
 
 
 
 
 
 
Referências: 
 
Data: 24.08.2018 14h32min 
Link: ​http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAM3EAA/cementacao-nitretacao 
 
Data: 24.08.2018 15h50min 
Link: ​https://pt.wikipedia.org/wiki/Cementa%C3%A7%C3%A3o#cite_note-efunda-5 
 
Data: 14.09.2018 13h45min 
Link: ​http://tratamentotermico.com/cementacao.html 
 
Data: 14.09.2018 15h26min 
Link: ​http://www.fem.unicamp.br/~caram/capitulo8.pdf 
 
Data: 14.09.2018 15h36min 
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Link: ​https://www.mecanicaindustrial.com.br/524-o-que-e-cementacao/ 
 
Data: 14.09.2018 16h00min 
Link:​https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=222 
 
Data: 25.09.2018 14h50min 
Link: 
http://mecanica-blog.blogspot.com/2013/09/tratamentos-termoquimicos-cementacao.html?m
=1 
https://www.mecanicaindustrial.com.br/524-o-que-e-cementacao/
https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=222
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