cementação_1

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Belo Horizonte 
2018 
ANDRÉ FERNANDES FERREIRA GOMES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UM ESTUDO DE TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS DOS 
AÇOS 
IMPORTÂNCIA E APLICAÇÕES DA NITRETAÇÃO A GÁS 
 
 
Belo Horizonte 
2018 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UM ESTUDO DE TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS DOS 
AÇOS 
IMPORTÂNCIA E APLICAÇÕES DA NITRETAÇÃO A GÁS 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado 
à Faculdade Pitágoras BH Barreiro, como 
requisito parcial para a obtenção do título de 
graduado em Engenharia Mecânica. 
Orientador: Haustin Stelmastchuk Vieira 
 
 
 
ANDRÉ FERNANDES FERREIRA GOMES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANDRÉ FERNANDES FERREIRA GOMES 
 
UM ESTUDO DE TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS DOS 
AÇOS 
IMPORTÂNCIA E APLICAÇÕES DA NITRETAÇÃO A GÁS 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado 
à Faculdade Pitágoras BH Barreiro, como 
requisito parcial para a obtenção do título de 
graduado em Engenharia Mecânica. 
 
 
BANCA EXAMINADORA 
 
 
Prof (a). Titulação Nome do Professor (a) 
 
 
Prof (a). Titulação Nome do Professor (a) 
 
 
Prof (a). Titulação Nome do Professor (a) 
 
 
Belo Horizonte, 19 de junho de 2018. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho a minha mãe, 
guerreira, e a minha filha, minha maior 
inspiração. 
AGRADECIMENTOS 
 
Agradeço a Deus, a minha mãe Eva Ferreira, a minha filha Tainá Tábata, ao 
parceiro Anderson Rodrigues, aos amigos de tantas turmas que foram capazes de 
conviver com as mais variadas dificuldades e superá-las não deixando que as 
mesmas sejam capazes de nos fazer desistir e parar pelo caminho, a cada um e a 
todo corpo docente da Faculdade Pitágoras que dedicaram seu tempo a me 
proporcionar caráter no processo da minha formação profissional, em especial aos 
Mestres Flaudilenio Lima e Arian Guedes, exemplos de comprometimento e 
profissionalismo. Agradeço ao Daniel Cota da empresa Nitretos, pelos materiais e 
informações fornecidas. A todos, os meus mais sinceros agradecimentos. 
 
 
GOMES, André Fernandes Ferreira. Tratamentos termoquímicos dos aços: 
importância e aplicações da nitretação a gás. 2018. 47 f. Trabalho de Conclusão de 
Curso (Graduação Engenharia Mecânica) – Faculdade Pitágoras, Belo Horizonte, 
2018. 
 
RESUMO 
 
Os tratamentos térmicos e termoquímicos são amplamente empregados na indústria 
em diversos seguimentos, a fim de melhorar as propriedades dos aços e assegurar 
um maior desempenho e aumento da vida útil dos componentes. Os tratamentos 
termoquímicos consistem em modificar a composição química superficial das peças 
ou de partes das peças, aumentando a dureza, resistência a abrasão, corrosão, 
fadiga e ao desgaste. Existem diversos tipos de tratamentos termoquímicos 
empregados nesse sentido, com características e limitações próprias. Nesse sentido, 
o trabalho teve por objetivo realizar uma revisão de literatura aprofundada sobre o 
tema, apresentando os tratamentos termoquímicos, e em especial a nitretação, 
apresentando seus principais processos e as aplicações da nitretação a gás. Esse 
estudo permitiu vislumbrar os diferentes tratamentos superficiais existentes, como: 
cementação sólida, cementação líquida, cementação gasosa, cementação a plasma, 
nitretação, cianetação, carbonitretação e boretação. Foi possível perceber as 
características, limitações e aplicações de cada processo. Em seguida foi tratado 
sobre o processo de nitretação, apresentando os processos a gás, líquido e a 
plasma, onde foi possível verificar que a nitretação a gás difere da líquida 
essencialmente em função da dureza das camadas nitretadas, que geralmente são 
mais elevadas. Também foi possível perceber que a nitretação a plasma é mais 
eficiente que as outras técnicas de nitretação, com tempo e temperaturas de 
processos menores, bem como maior controle sobre a composição química e 
profundidade das camadas. No entanto, ela é um processo mais oneroso e requer 
maior conhecimento técnico e experiência por parte do profissional, o que faz com 
que ela não esteja tão difundida no mercado. Por fim, foram vistos os principais aços 
empregados no processo de nitretação, como os aços Nitralloy, que são os 
compostos por elementos de liga, como: cromo, alumínio e molibdênio, e os aços 
baixo carbono, e aços inoxidáveis. Também foram vistos os principais componentes 
que empregam a nitretação a gás, como: eixos e virabrequins, engrenagens, pinos e 
chavetas, parafusos e anéis de pistão. E como a nitretação influi no aumento da 
resistência e vida útil desses componentes. 
 
Palavras-chave: Tratamentos termoquímicos; Tratamentos de superfície; 
Nitretação, Nitretação a gás; Nitretação líquida; Nitretação a plasma. 
 
 
GOMES, André Fernandes Ferreira. Thermochemical treatments of steels: 
importance and applications of gasnitriding. 2018. 47 f. Trabalho de Conclusão de 
Curso (Graduação Engenharia Mecânica) – Faculdade Pitágoras, Belo Horizonte, 
2018. 
ABSTRACT 
The thermal treatments and thermochemical are widely used in industry in various 
segments, in order to improve the properties of steels and ensure a better 
performance and increase the lifetime of the components. Thermochemical 
treatments consist in modifying the superficial chemical composition of parts or parts 
of parts, increasing the hardness, resistance to abrasion, corrosion, fatigue and wear. 
There are several types of treatments thermochemical employees in this direction, 
with its own characteristics and limitations. In this sense, the study aimed to conduct 
a thorough review of the literature on the subject, presenting the thermochemical 
treatments and, in particular, the nitration, presenting their main processes and 
applications of gas nitriding. This study allowed us to glimpse the different surface 
treatments, such as cementing existing: solid, liquid, gaseous carburizing carburizing, 
cementing the plasma nitriding, cyanidation, carbonitriding and boriding. It was 
possible to perceive the characteristics, limitations and applications of each process. 
Then was treated on the process of nitriding, presenting the processes the gas, liquid 
and the plasma, where it was possible to verify that the gas nitriding differs from 
essentially net depending on the hardness of nitretadas layers, which are generally 
higher. It was also possible to realize that the plasma nitriding is more efficient than 
other techniques of nitriding with time and temperatures of minor processes, as well 
as greater control over the chemical composition and depth of layers. However, it is a 
process more expensive and requires greater technical knowledge and experience 
on the part of the professional, which means that it is not so widespread on the 
market. Finally, were seen the main steels employed in the process of nitriding, as 
Nitralloy steels, which are composed of alloy elements, such as: aluminum, 
chromium and molybdenum, and low-carbon steels and stainless steels. Were also 
seen the major components that employ the gas nitriding, such as: axles and 
crankshafts, gears, splines and pins, screws and piston rings. And as the nitriding 
influences the increase in resistance and useful life of these components. 
 
Key-words: Thermochemical treatments; Surface treatments; Nitriding; Gas nitriding; 
Liquid nitriding, Plasma nitriding. 
https://dictionary.cambridge.org/pt/dicionario/ingles-portugues/of
https://dictionary.cambridge.org/pt/dicionario/ingles-portugues/importance
https://dictionary.cambridge.org/pt/dicionario/ingles-portugues/and
https://dictionary.cambridge.org/pt/dicionario/ingles-portugues/of
https://dictionary.cambridge.org/pt/dicionario/ingles-portugues/gas
https://dictionary.cambridge.org/pt/dicionario/ingles-portugues/surface
https://dictionary.cambridge.org/pt/dicionario/ingles-portugues/gas
https://dictionary.cambridge.org/pt/dicionario/ingles-portugues/liquid
https://dictionary.cambridge.org/pt/dicionario/ingles-portugues/plasmaLISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
 
Figura 1 – Principais tratamentos termoquímicos ..................................................... 15 
Figura 2 – Processo de cementação ........................................................................ 16 
Figura 3 – Aspecto de uma engrenagem depois de passar pelo processo de 
cementação ............................................................................................................... 17 
Figura 4 – Processo de cementação sólida .............................................................. 17 
Figura 5 – Efeito da temperatura e tempo de cementação ....................................... 18 
Figura 6 – Processo de cementação líquida............................................................. 19 
Figura 7 – Lote de componentes preparados para cementação a plasma ............... 21 
Figura 8 – Filete de rosca cianetado: peça atacada com Nital a fim de apresentar 
melhor sua microestrutura ......................................................................................... 22 
Figura 9 – Peça carbonitretada ................................................................................ 23 
Figura 10 – Matrizes para trefilação boretadas ........................................................ 24 
Figura 11 – Aço AISI 4340 temperado, revenido e nitretado .................................... 25 
Figura 12 – Dissociação da amônia em nitrogênio e absorção pelo aço .................. 26 
Figura 13 – Influência do tempo de nitretação a gás sobre a espessura da camada 
nitretada .................................................................................................................... 27 
Figura 14 – Microestrutura do aço AISI 1015 nitretado por meios gasosos ............. 27 
Figura 15 – Esquema típico do processo de nitretação a gás .................................. 28 
Figura 16 – Forno elétrico de cadinho para nitretação em banhos de sais .............. 30 
Figura 17 – Microestrutura do aço carbono nitretado por banho líquido .................. 30 
Figura 18 – Mecanismo de nitretação a plasma ....................................................... 31 
Figura 19 – Reator de nitretação a plasma .............................................................. 32 
Figura 20 – Esquema de um forno de nitretação a plasma típico ............................. 33 
Figura 21 – Espessura das camadas nitretadas: nitretação gasosa e nitretação 
plasma ....................................................................................................................... 33 
Figura 22 – Curvas referentes à relação espessura da camada por tempo de 
operações dos diferentes processos de nitretação ................................................... 34 
Figura 23 – Virabrequim nitretado a gás .................................................................. 38 
Figura 24 – Engrenagem M8 Z15 nitretada .............................................................. 39 
Figura 25 – Gradiente de dureza de engrenagem de aço nitralloy 135 M nitretada e 
engrenagem de aço SAE 8620 cementada e temperada .......................................... 39 
Figura 26 – Pino extrator tipo B 8694 de aço prata nitretado ................................... 40 
Figura 27 – Parafuso sextavado ANSI B18.2.1 nitretado ......................................... 41 
Figura 28 – Células de potência típicas com os anéis do pistão .............................. 41 
Figura 29 – Anel de pistão da primeira canaleta composto de aço nitretado ........... 42 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
Tabela 1 – Composição de banhos de sal para cementação líquida ........................ 20 
Tabela 2 – Sais comumente empregados na nitretação líquida ............................... 29 
Tabela 3 – Efeitos dos elementos de liga em relação à formação de nitretos .......... 35 
Tabela 4 – Propriedades mecânicas dos principais aços nitralloy ............................ 36 
Tabela 5 – Classificação dos aços comumente utilizados ........................................ 37 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................... 13 
2 TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS ............................................................ 15 
2.1 CEMENTAÇÃO .............................................................................................. 16 
2.1.1 Cementação sólida ......................................................................................... 17 
2.1.2 Cementação gasosa ....................................................................................... 19 
2.1.3 Cementação líquida ........................................................................................ 19 
2.1.4 Cementação a plasma .................................................................................... 20 
2.2 NITRETAÇÃO ................................................................................................. 21 
2.3 CIANETAÇÃO ................................................................................................ 22 
2.4 CARBONITRETAÇÃO .................................................................................... 23 
2.5 BORETAÇÃO ................................................................................................. 24 
3 TIPOS DE NITRETAÇÃO ............................................................................... 25 
3.1 NITRETAÇÃO A GÁS ..................................................................................... 26 
3.2 NITRETAÇÃO LÍQUIDA .................................................................................. 29 
3.3 NITRETAÇÃO A PLASMA .............................................................................. 31 
4 APLICAÇÕES DA NITRETAÇÃO A GÁS ..................................................... 35 
4.1 AÇOS PARA NITRETAÇÃO ........................................................................... 35 
4.2 EIXOS E VIRABREQUINS .............................................................................. 37 
4.3 ENGRENAGENS ............................................................................................ 38 
4.4 PINOS E CHAVETAS ..................................................................................... 40 
4.5 PARAFUSOS .................................................................................................. 40 
4.6 ANÉIS DE PISTÃO ......................................................................................... 41 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................... 43 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 45 
 
 
 13 
1 INTRODUÇÃO 
 
Os tratamentos térmicos e de superfícies dos aços são amplamente utilizados 
nas indústrias desde o início do século, com o intuito de melhorar a resistência 
mecânica, resistência a corrosão, fadiga, abrasão e desgaste, aumentando a vida 
útil de peças e maquinários. A evolução dos tratamentos superficiais proporcionou o 
desenvolvimento de propriedades que anteriormente só eram possíveis através de 
conformação mecânica ou tratamentos térmicos da peça inteira (COLPAERT, 2008). 
Peças como engrenagens, por exemplo, necessitam de um núcleo tenaz a fim 
de resistir aos esforços mecânicos e uma superfície dura, a fim de resistir aos atritos 
decorrentes das suas condições de trabalho. Nesse sentido, podem ser feitos 
tratamentos superficiais, a fim de manter a integridade do núcleo e melhorar a 
resistência superficial da peça (QUEIROZ, 2014). Existem diversos tipos de 
tratamentos termoquímicos, dentre os quais se destacam: Boretação, Cementação, 
Cianetação, Nitretação e Carbonitretação. Cada qual com características e 
aplicações distintas, conferindo propriedades específicas ao material (CHIAVERINI, 
2015). 
Dentre esses tratamentos a Nitretação é uma das mais empregadas e com 
maior maturidadeno mercado, podendo ser aplicada aos ferros fundidos, aços 
carbonos, aços inoxidáveis e aços ligados. Sendo realizado através do processo á 
gás, líquida ou a plasma, conferindo ao material alta resistência a corrosão, 
desgaste e fadiga (DENARDI e ELIAS, 2013). 
Nesse sentido, o trabalho definiu como problema de pesquisa averiguar quais 
os principais tipos de tratamentos termoquímicos e qual a importância e aplicações 
da Nitretação, em especial a Nitreção a gás para a fabricação de peças? 
O objetivo geral do trabalho foi realizar uma revisão de literatura aprofundada 
acerca dos tratamentos termoquímicos, dando uma atenção especial ao processo de 
Nitretação, demonstrando seus principais tipos, e as algumas aplicações da 
Nitretação a gás. Para tanto, foram traçados três objetivos específicos. 
• Conceituar e demonstrar alguns dos principais tipos de tratamentos 
termoquímicos; 
• Descrever os processos de Nitretação; e 
 14 
• Elencar alguns aços empregados na nitretação e algumas das 
principais aplicações da Nitretação a gás, ressaltando sua importância 
para a fabricação de peças. 
A pesquisa realizada nesse trabalho se tratou de uma Revisão de Literatura, 
de natureza exploratória e descritiva, na qual foi realizada uma consulta a teses, 
monografias, dissertações, artigos científicos, apostilas e livros, a fim de 
compreender os conceitos relacionados aos tratamentos termoquímicos, suas 
características, aplicações e sua importância para Engenharia. 
Foram consultados os referencias teóricos disponibilizados por entidades 
como: a ABM (Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração), Villares 
Metals, Gerdau, a LTC (Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda.), a editora 
CENGAGE Learning, o SENAI (Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial) e 
instituições de ensino, como: UFGRS (Universidade Federal do Rio Grande do Sul), 
UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro), UTPR (Universidade Tecnológica 
do Paraná), IFSC (Instituto Federal de Santa Catarina), IFPA (Instituto Federal de 
Educação, Ciência e Tecnologia do Pará) e UFSC (Universidade Federal de Santa 
Catarina). Essas são instituições sérias, que tem experiência no mercado, 
atendendo as diversas demandas relacionadas ao estudo, pesquisa, formação de 
profissionais e fornecimento de materiais e tecnologia. Esse arcabouço teórico 
fundamentou toda a pesquisa, culminando na elaboração desse projeto. 
O primeiro capítulo tratou acerca dos conceitos relacionados aos tratamentos 
termoquímicos, apresentando os principais processos disponíveis no mercado, 
como: Cementação, Nitretação, Cianetação, Carbonitretação e Boretação, 
demonstrando suas características e aplicações. 
O segundo capítulo deu atenção especial ao processo de Nitretação, 
demonstrando as principais técnicas existentes, como: Nitretação a gás, Nitretação 
líquida, e Nitretação a plasma. Ressaltando as qualidades e limitações de cada uma 
dessas e as diferenças entre elas. 
Por fim, foi tratado acerca da utilização da Nitretação a gás, elencando alguns 
dos principais aços que recebem esse tratamento e os modelos de peças que 
empregam esse processo e as vantagens de aplicação dessa técnica em relação 
aos outras existentes. 
 
 
 15 
2 TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS 
 
Os tratamentos termoquímicos geralmente acontecem em conjunto com 
algum tipo de tratamento térmico. Os tratamentos térmicos consistem em um 
conjunto de operações sob condições controladas de tempo, temperatura, atmosfera 
e velocidade de resfriamento, a fim de modificar as propriedades dos materiais e 
lhes conferir características determinadas, sem alterar sua composição química 
(CALLISTER, 2014). No entanto, quando se deseja modificar apenas as 
propriedades superficiais ou somente em uma parte da peça os tratamentos 
termoquímicos são mais indicados, em face das características do processo 
(ASKELAND, 2014). A Figura 1 apresenta alguns dos principais tratamentos 
termoquímicos. 
 
Figura 1 – Principais tratamentos termoquímicos 
 
Fonte: VALE (2011, p. 115). 
 
Esses tratamentos consistem em alterar a composição química das seções da 
peça que se deseja endurecer, através da aplicação de calor em um meio adequado 
sob condições controladas. O objetivo principal é obter um aumento da dureza do 
material e resistência, mantendo um núcleo com boa ductilidade e tenacidade. 
 16 
Lembrando que ductilidade é a capacidade do material deformar sem se romper. E 
tenacidade a capacidade do material de absorver energia mecânica até seu ponto 
de ruptura (ASKELAND, 2014). Os tópicos seguintes trataram de cada um desses 
processos de forma detalhada, demonstrando os procedimentos empregados nos 
tratamentos, bem como suas principais características e limitações. 
 
2.1 CEMENTAÇÃO 
 
A cementação ou carbonetação é um processo muito empregado para 
introduzir carbonos na superfície de aços com baixos teores de carbono, a fim de 
aumentar sua dureza superficial e resistência ao desgaste. Esse processo é indicado 
para aços carbono e aço liga com teor de carbono igual ou inferior a 0,25 % (SENAI 
- SP, 1999). A Figura 2 ilustra esse processo. 
 
Figura 2 – Processo de cementação 
 
Fonte: Adaptado COSTA, C.e COSTA, E., (2017, p. 4). 
 
Os teores de carbono superficiais podem chegar a valores em torno de 1% 
após o processo, garantindo uma superfície com dureza elevada e núcleo tenaz, 
ideal para peças sujeitas a grandes esforços mecânicos e desgastes superficiais, 
como engrenagens, eixos, pinos, entre outros. Peças fabricadas com porcentagem 
média de carbono tendem a se trincar quando sujeitas a esforços de dobramento, 
porém, quando fabricadas em baixo carbono, como (SAE 1010), e depois forem 
conformadas e cementadas é possível obter um bom resultado, sem o risco de 
 17 
trincar (COSTA, C.e COSTA, E., 2017). A Figura 3 apresenta um modelo de 
engrenagem após passar pelo processo de cementação. 
 
Figura 3 – Aspecto de uma engrenagem depois de passar pelo processo de 
cementação 
 
Fonte: VALE (2011, p. 116). 
 
O processo de cementação pode ser sólida, gasosa ou líquida, os próximos 
tópicos trataram de cada um desses processos de forma detalhada, mostrando as 
vantagens e desvantagens de cada um. 
 
2.1.1 Cementação sólida 
 
A Figura 4 apresenta o processo de cementação sólida. 
 
Figura 4 – Processo de cementação sólida 
 
Fonte: SENAI - SP (1999, p. 34). 
 18 
Nesse tipo de processo a peça é colocada em uma caixa de aço térmica, 
junto com substâncias ricas em carbono, como: coque, carvão, carbonato de cálcio e 
óleo de linhaça. Logo após a caixa é colocada no forno, a uma temperatura em torno 
de 850° a 930°C (acima da zona crítica) onde é mais fácil difundir o carbono no aço 
(SENAI - SP, 1999). A peça fica durante o tempo necessário para obter a camada 
especificada, sendo submetida ao tratamento térmico de têmpera logo em seguida, a 
fim de adquirir dureza (GALLEGO, 2015). O gráfico da Figura 5 ilustra o efeito da 
temperatura e tempo no processo de cementação. 
 
Figura 5 – Efeito da temperatura e tempo de cementação 
 
Fonte: CHIAVERINI (2015, p. 131). 
 
A cementação sólida é a técnica mais primitiva de cementação, é amplamente 
utilizada devido aos seguintes fatores: à variedade de fornos que podem ser 
utilizados; é mais econômico que os outros processos; exige menor conhecimento 
técnico e experiência por parte do operador; tem menor tendência ao empenamento 
e o resfriamento acontece de forma lenta. Apesar dessas qualidades ela apresenta 
algumas limitações, como: o processo não é tão limpo quanto os outros; menor 
controle sobre a profundidade, quantidade de carbono e tolerâncias da camada 
superficial; e maior tempo de operação (CHIAVERINI, 2015). 
 19 
2.1.2 Cementação gasosa 
 
Esse processo é mais eficiente, visto que permite cementar às peças com boa 
uniformidade, controle e economia de energia. Geralmenteé empregado o gás 
butano para geração de carbono em uma atmosfera controlada, com temperatura 
variando de 850° a 930°C. O aço geralmente é temperado em óleo após o processo 
(VALE, 2011). 
 
2.1.3 Cementação líquida 
 
Na cementação líquida são empregados sais fundidos, com grandes 
quantidades de carbono, principalmente sais à base de cianeto e carbonato. A 
temperatura desse processo varia de 840° a 955°. As peças geralmente são 
preaquecidas a uma temperatura de aproximadamente 400ºC antes de serem 
mergulhadas no banho de sais fundidos, a fim de evitar possíveis choques térmicos 
(VALE, 2011). Após o processo a peça é resfriada em salmoura com porcentagem 
de 10 a 10 a 15%, ou óleo de têmpera. A Figura 6 ilustra o processo. 
 
Figura 6 – Processo de cementação líquida 
 
Fonte: SENAI - SP (1999, p. 34). 
 
Dentre as vantagens da cementação líquida se destacam: maior rapidez na 
operação; menor tempo para atingir temperatura crítica; proteção efetiva contra 
oxidação; facilidade de colocar as peças no banho de sais; controle mais efetivo da 
 20 
profundidade de penetração; operações podem ser contínuas; menor possibilidade 
de empenamento das peças; e facilidade de produzir cementação em partes 
específicas da peça (GALLEGO, 2015). A Tabela 1 apresenta algumas das 
principais substâncias empregadas na cementação líquida. 
 
Tabela 1 – Composição de banhos de sal para cementação líquida 
Constituinte 
Composição do banho % 
Camada de pequena 
espessura Baixa 
temperatura (840° a 900 °C) 
Camada de grande 
espessura Alta temperatura 
(900° a 955°) 
Cianeto de Sódio 
10 a 23 6 a 16 
Cloreto de bário 0 a 40 30 a 35 
Outros sais 
alcalinos 
0 a 10 0 a 10 
Cloreto de potássio 0 a 25 0 a 20 
Cloreto de sódio 20 a 40 0 a 20 
Carbonato de sódio 30 max 30 max 
Aceleradores de 
outros compostos 
de metais alcalinos 
ferrosos 
0 a 5 0 a 2 
Cianeto de sódio 1 max 0,5 max 
Fonte: Adaptado CHIAVERINI (2015, p. 139). 
 
Apesar das qualidades descritas devem ser tomados alguns cuidados com 
relação a esse tipo de processo, como: as peças devem ser introduzidas no banho 
de sais limpas e secas; os fornos devem ter exaustores, visto que o cianeto é tóxico 
em altas temperaturas; deve-se evitar exposição ao ar devido à possibilidade de 
oxidação (CHIAVERINI, 2015). 
 
2.1.4 Cementação a plasma 
 
A cementação a plasma é uma técnica mais recente, ela surgiu na década de 
60 e vem sendo empregada em diversos seguimentos da indústria. Seus benefícios 
 21 
favorecem sua aplicação em peças automotivas e indústria aeroespacial. A 
cementação a plasma gera uma camada superficial de carbonetos, aumentando a 
resistência ao desgaste, diferentemente do que acontece na cementação a gás, 
onde o contato com os reagentes aumenta a concentração de carbono superficial da 
peça, aumentando sua dureza e resistência ao desgaste (VALE, 2011). A Figura 7 
apresenta alguns componentes preparados para esse processo. 
 
Figura 7 – Lote de componentes preparados para cementação a plasma 
 
Fonte: VALE (2011, p. 119). 
 
Dentre as vantagens da utilização da cementação a plasma, destacam-se: 
melhores estruturas cristalinas e propriedades mecânicas; não ocorre oxidação 
interna; camadas com melhor uniformidade; melhor controle da formação de 
camadas; boa produtividade; tempo de aplicações menores, entre outros 
(CHIAVERINI, 2015). 
 
2.2 NITRETAÇÃO 
 
A Nitretação tem por objetivo o endurecimento e aumento da resistência ao 
desgaste, abrasão e corrosão através da difusão do Nitrogênio nos materiais. Esse 
processo é realizado abaixo da temperatura de crítica de austenitização, não sendo 
necessária a realização de têmpera para aumento da dureza. Suas principais 
características são: 
• Aumento da dureza superficial das peças; 
 22 
• Aumento da resistência ao desgaste; 
• Aumento da resistência à fadiga; 
• Aumento da resistência a corrosão (COSTA, C.e COSTA, E., 2017). 
Esse processo provoca menos distorções e deformações nas peças, visto que 
é feito com temperaturas menores. Os aços com teores de Carbono entre 0,2 a 1,2 
% apresentam melhores resultados, e os contendo elementos de ligas, como: 
Alumínio, Cromo, Vanádio, Tungstênio e Molibdênio. Outros elementos como Níquel, 
Cobre, Silício e Manganês não produzem efeito sobre as características da camada 
nitretada. Aços contendo de 0,85 a 1,5 % de alumínio apresentam melhores 
resistência ao desgaste nesse processo (CHIAVERINI, 2015). A Nitretação pode ser: 
gasosa, líquida ou a plasma, o próximo capítulo tratou de cada um desses processos 
de forma mais aprofundada. 
 
2.3 CIANETAÇÃO 
 
Esse processo também é conhecido como carbo-nitretação, ele é semelhante 
ao processo de cementação líquida, com os banhos líquidos apresentando maior 
concentração de cianeto, o que resulta em uma superfície mais rica em nitrogênio e 
com menos carbono (COLPAERT, 2008). A Figura 8 apresenta um filete de rosca 
depois de passar por esse processo. 
 
Figura 8 – Filete de rosca cianetado: peça atacada com Nital a fim de apresentar 
melhor sua microestrutura 
 
Fonte: COLPAERT (2008, p. 326). 
 23 
Esse processo ocorre a uma faixa de temperatura de 760° a 870°, com um 
tempo de imersão que variam de 30 minutos a 1 hora, gerando uma espessura de 
camada de 0,10 mm a 0,30 mm. A cianetação geralmente é feita em aços carbono 
de baixo teor de carbono. Deve se tomar um cuidado especial durante esse tipo de 
operação, visto que os sais empregados no processo são tóxicos (CHIAVERINI, 
2015). 
 
2.4 CARBONITRETAÇÃO 
 
Esse processo também é conhecido como “cianetação a gás” ou 
“nitrocarbonetação”. Ele consiste em colocar o aço em uma atmosfera controlada 
com carbono e nitrogênio em uma temperatura acima da zona de transformação, a 
fim de que o aço absorva essas substâncias (COSTA, C. e COSTA, E., 2017). A 
Figura 9 apresenta um exemplo de peças carbonitretadas. 
 
Figura 9 – Peça carbonitretada 
 
Fonte: GALVÃO et. al, (2016, p. 48). 
 
Esse processo é realizado a uma faixa de temperatura entre 705° a 900° C, 
durando aproximadamente 2 horas, sendo resfriado em água ou óleo 
posteriormente. Através da carbonitretação é possível obter uma camada de 
espessura variando de 0,07 mm a 0,7 mm. A principal aplicação desse processo são 
peças de pequeno porte, como: pinhões, pinos, componentes de carburadores, 
relógios e aparelhos eletrodomésticos (GALVÃO, et. al, 2016). 
 24 
2.5 BORETAÇÃO 
 
Esse processo consiste em difundir átomos de Boro na superfície da peça, 
formando Boretos (Fe2B), o Boro preenche os interstícios do material, criando uma 
liga de Boro e Ferro. Como se trata de um processo de difusão não ocorre 
interferência mecânica entre a liga e o substrato. Esse processo fornece ao material 
alta dureza, resistência a abrasão e ao desgaste (VALE, 2011). 
As espessuras das camadas de Boretos variam de 20 a 300 micrômetros, 
resultando em um aumento significativo da vida útil das peças. São inúmeras as 
aplicações desse processo, dentre as quais se destacam: sistemas pneumáticos, 
unidades plastificantes, peças de moinhos, componentes de bombas e válvulas, 
máquinas têxteis, matrizes para conformação mecânica, entre outros (COSTA, C. e 
COSTA, E., 2017). A Figura 10 apresenta um modelo de matriz empregado nos 
processos de trefilação. 
 
Figura 10 – Matrizes para trefilação boretadas 
 
Fonte: HENKE (2013, p. 44). 
 
Dentre as vantagens da aplicação desse processo, destacam-se: dureza 
elevada; resistência a corrosão; baixo coeficiente de atrito; aplicação em diversos 
tipos de aços, como: aços carbono, aços baixa liga, aços ferramenta, aços 
inoxidáveis, entre outros. Entretanto, esse processo apresenta algumas limitações, 
como: a boretação sólida não permite automação; baixa usinabilidade; baixa 
resistência a fadiga (HENKE, 2013). 
 25 
3 TIPOS DE NITRETAÇÃO 
 
A nitretação consiste em um processo de tratamentosuperficial termoquímico 
que tem por objetivo introduzir nitrogênio no interior das ligas ferrosas, a fim de 
conferir algumas propriedades ao aço, como: dureza, resistência ao desgaste e 
resistência a abrasão. Esse processo teve início no século XIX, tendo por propulsor 
o pesquisador Fremy, que percebeu o efeito que o nitrogênio provoca no aumento d 
dureza quando introduzido nos ferros e nos aços (CARDOSO, 1999). 
A difusão do nitrogênio nos aços ocorre a baixas temperaturas, na faixa de 
500° a 575°, o que resulta em menores distorções das peças (SENAI - ES, 1997). É 
comum nesse tipo de tratamento a formação de uma camada na superfície da peça, 
rica em compostos (Nitretos), também conhecida como “camada branca” 
(COLPAERT, 2008). A Figura 11 apresenta essa camada em uma peça de aço AISI 
4340 temperado, revenido e nitretado. 
 
Figura 11 – Aço AISI 4340 temperado, revenido e nitretado 
 
Fonte: COLPAERT (2008, p. 326). 
 
A nitretação geralmente é realizada com intuito de alcançar os seguintes 
objetivos: 
• Aumentar a dureza superficial; 
• Aumentar a resistência à abrasão e ao desgaste; 
• Aumentar a resistência à fadiga; 
• Aumentar a resistência à corrosão; 
 26 
• Aumentar a resistência ao calor até temperaturas próximas à de 
nitretação (CHIAVERINI, 2015). 
Para alcançar esses resultados existem alguns processos conhecidos, dentre 
os quais se destacam: nitretação a gás, nitretação líquida e ionitretação. Essa 
variedade de processos permite a aplicação da nitretação em diversos seguimentos, 
como: indústria mecânica, automotiva, em sistemas hidráulicos, de conformação de 
metais, metalurgia, siderurgia, biomédica, alimentação, moldes de extrusão de 
alumínio, de injeção de plásticos, ferramentas de corte e usinagem, matrizes em 
geral, entre outros (DENARDI e ELIAS, 2013). Em face do exposto, os tópicos 
seguintes trataram de cada um desses processos de nitretação de forma detalhada, 
apresentando algumas características importantes sobre os mesmos. 
 
3.1 NITRETAÇÃO A GÁS 
 
Este tipo de processo acontece em uma faixa de temperatura entre 500° 
530ºC, com duração entre 40 a 90 horas. Nessas condições de temperatura a 
amônia (NH3) dissocia e o nitrogênio aprofunda nas camadas superficiais da peça, 
atingindo uma profundidade de até 0,8 mm (VALE, 2011). A Figura 12 ilustra como 
ocorre esse processo. 
 
Figura 12 – Dissociação da amônia em nitrogênio e absorção pelo aço 
 
Fonte: VALE (2011, p. 120). 
 
A profundidade da camada conhecida também como “camada branca” é em 
função da velocidade de dissociação de amônia, que é em função do fluxo de 
amônia no sistema e da temperatura do forno e o tempo de exposição (CHIAVERINI, 
 27 
2015). O gráfico da Figura 13 apresenta a relação entre o tempo de nitretação e a 
espessura da camada. 
 
Figura 13 – Influência do tempo de nitretação a gás sobre a espessura da camada 
nitretada 
 
Fonte: CHIAVERINI (2015, p. 145). 
 
A Figura 14 apresenta a microestrutura do aço AISI 1015 após passar pelo 
processo de nitretação a gás. 
 
Figura 14 – Microestrutura do aço AISI 1015 nitretado por meios gasosos 
 
Fonte: VALE (2011, p. 121). 
 
Os processos de nitretação geralmente seguem uma série de etapas 
conhecidas, que são: 
• Tratamento térmico das peças, geralmente têmpera e revenimento; 
• Usinagem inicial; 
 28 
• Em peças de estrutura delicada ocorre um novo revenimento a fim de 
aliviar as tensões geradas na usinagem; 
• Usinagem definitiva; 
• Nitretação da peça; e 
• Retificação e ou polimento das peças. 
O processo de nitretação a gás pode acontecer em “estágio simples” ou 
“duplo estágio”, onde no primeiro a faixa de temperatura varia de 495° a 525°C, com 
a dissociação da amônia variando entre 15 a 30%. Nesse processo é formada uma 
camada dura e frágil de nitretos na superfície conhecida como “camada branca” 
(GALLEGO, 2015). O tratamento em “duplo estágio” tem por objetivo reduzir a 
camada branca do primeiro estágio, com as temperaturas do processo variando 
495° a 565ºC, e com a dissociação da amônia entre 80 a 85% (SANTOS, 2003). A 
Figura 15 apresenta um esquema típico do processo de nitretação a gás. 
 
Figura 15 – Esquema típico do processo de nitretação a gás 
 
Fonte: VILLARDO (2014, p. 86). 
 
As principais vantagens da aplicação dessa técnica são: Menor custo de 
investimento; possibilidade de nitretação de furos de pequenos diâmetros; 
possibilidade de revenimento; entre outras (SANTOS, 2003). 
 29 
3.2 NITRETAÇÃO LÍQUIDA 
 
Esse tipo de processo é tão antigo quanto à nitretação a gás, sendo 
empregado quando se deseja camadas nitretadas não tão profundas. O processo de 
preparação é semelhante, com a diferença que a nitretação é feita em banhos de 
sais geralmente de sódio e potássio (CHIAVERINI, 2015). A Tabela 2 apresenta a 
concentração e alguns dos sais empregados nesse processo. 
 
Tabela 2 – Sais comumente empregados na nitretação líquida 
Sais para nitretação líquida 
Sais de 
sódio 
Composiçã
o (%) 
Sais de 
potássio 
Composiçã
o (%) 
Outros sais 
Composiçã
o (%) 
NaCN 96,5 KCN 96 NaCN 30 
Na2CO3 2,5 K2CO3 0,6 
Na2CO3 ou 
K2CO3 
25 
NaCNO 0,5 KCNO 0,75 
Outros 
ingredientes 
4 
 
KCL 0,5 Umidade 2 
 
KCL 39 
Fonte: Adaptado CHIAVERINI (2015, p. 147). 
 
Esse processo é mais rápido do que a nitretação a gás, com banho durando 
entre 2 a 3 horas, com temperaturas de 500° a 580° C, possibilitando atingir uma 
espessura de 0, 005 mm a 0, 015 mm. Essa camada possui alta resistência ao 
desgaste e engripamento e resistência a corrosão, apesar de não apresentar dureza 
tão elevada. Essas qualidades fazem com que esse processo seja aplicado 
amplamente em indústrias automobilísticas em peças como: anéis, virabrequins, 
pinhões e engrenagens (SANTOS, 2003). 
No processo conhecido como Tenifer os banhos de sais são feitos em fornos 
elétricos de cadinhos que tem a característica de reduzir a contaminação dos 
compostos de ferro. Nesse processo existe um fluxo de ar contínuo que é feito 
através de tubulações de alumínio que chegam até o fundo do forno. Geralmente o 
aquecimento nesse modelo de forno é feito por eletrodos de aço imersos no banho 
 30 
de sais. Esse processo geralmente é feito com aços rápidos (CARDOSO, 1999). A 
Figura 16 apresenta um modelo desse tipo de forno. 
 
Figura 16 – Forno elétrico de cadinho para nitretação em banhos de sais 
 
Fonte: SENAI - SP (1999, p. 34). 
 
A principal vantagem desse processo é a versatilidade, sendo indicados para 
situações onde se deseja uma camada pequena, servindo basicamente para 
aumentar a resistência ao desgaste (VALE, 2011). A Figura 16 apresenta a 
microestrutura de um aço carbono nitretado. 
 
Figura 17 – Microestrutura do aço carbono nitretado por banho líquido 
 
Fonte: VALE (2011, p. 121). 
 
A principal desvantagem desse processo é ambiental, visto que pode ser 
tóxico e poluente, em face disso a nitretação a gás vem sendo gradativamente 
substituída por processos alternativos, como a nitretação a plasma (SANTOS, 2003). 
 31 
3.3 NITRETAÇÃO A PLASMA 
 
A nitretação a plasma tem menos experiência no mercado, no entanto, ela 
desponta como uma das melhores alternativas para tratamentos de superfície, em 
face das inúmeras aplicações e tipos de materiais que podem passar por esse tipo 
de processo, como: aço, ferro sintetizado, ferro fundido, entre outros. Bem como a 
possibilidade de controlar de forma eficiente a espessura e a composição das 
camadas, o que não acontece com os outros processos (SENAI - SP, 1999). A 
Figura 18 apresenta uma esquematização do processo. 
 
Figura 18 – Mecanismo de nitretação a plasma 
 
Fonte: VALE (2011, p. 122). 
 
Esse processo também é conhecido por nitretação iônica, em face do 
processo de descarga incandescente que introduz nitrogênio na superfície do aço 
ionizando o material tratado (ALVES JÚNIOR, 2001). Ele pode ser feitoem menos 
tempo do que as técnicas de nitretação a gás e nitretação líquida. Isso ocorre devido 
à formação do plasma, que é um gás ionizado em altas temperaturas, o que permite 
a dissociação das moléculas e a difusão e absorção do nitrogênio pela peça 
(QUEIROZ, 2014). A energia desprendida pelo plasma é suficiente para alcançar a 
 32 
temperatura desejada para o processo, então os gases são introduzidos em baixas 
pressões a fim de garantir a composição química desejada (NACHES, 2006). A 
Figura 19 apresenta um reator típico empregado nos processos de nitretação iônica. 
 
Figura 19 – Reator de nitretação a plasma 
 
Fonte: Adaptado COSTA, C.e COSTA, E., (2017, p. 27). 
 
O processo consiste em criar uma atmosfera de gases controlados em um 
ambiente a vácuo, com tensões elétricas entre a peça, formando um cátodo e um 
ânodo, a fim de facilitar o processo de ionização (SENAI – SP, 1999). 
As peças geralmente passam por um tratamento de têmpera e revenimento, 
depois por usinagem e em seguida ocorre o tratamento de nitretação a plasma, com 
a retificação e ou polimento dando acabamento final à peça. Para formação do 
plasma é empregado uma energia de 500 a 1000 V, o processo de nitretação ocorre 
a uma faixa de temperatura entre 375ºC a 650ºC, e são introduzidos misturas de 
gases com: Ar, H2, CH4, N2, ou ar a uma pressão que varia de 1 a 10 torr 
(CHIAVERINI, 2015). Geralmente é empregado um programa de computador para 
monitorar e controlar todos os parâmetros do processo, como: corrente, tensão, 
temperatura e composição dos gases, o que permite ter um controle minucioso da 
espessura e composição das camadas, assegurando a eficiência do processo 
(SENAI – SP, 1999). A Figura 20 apresenta um esquema típico de um forno para 
nitretação a plasma. 
 
 33 
Figura 20 – Esquema de um forno de nitretação a plasma típico 
 
Fonte: GALVÃO et. al, (2016, p. 43). 
 
O aumento da camada nitretada depende da temperatura empregada e do 
tempo de tratamento. Esse processo permite a nitretação de peças com geometrias 
variadas e de formatos complexos, com controle minucioso sobre a espessura das 
camadas nitretadas. (ALVES JR, 2001). A Figura 21 apresenta a diferença entre as 
camadas nitretadas pelo processo a gás e pelo processo a plasma. 
 
Figura 21 – Espessura das camadas nitretadas: nitretação gasosa e nitretação 
plasma 
 
Fonte: OLIVEIRA (2014, p. 67). 
 
 34 
O gráfico da Figura 22 demonstra a relação entre espessura da camada 
nitretada e tempo de operação, apresentando as curvas dos diferentes processos de 
nitretação descritos. 
 
Figura 22 – Curvas referentes à relação espessura da camada por tempo de 
operações dos diferentes processos de nitretação 
 
Fonte: CHIAVERINI (2015, p. 151). 
 
Através do gráfico da Figura 22 é possível perceber que a nitretação iônica 
consegue atingir espessuras de camadas superiores aos outros processos, em 
menos tempo de operação. Esse tempo inferior de tratamento, o controle da 
espessura e composição das camadas e a baixa temperatura de tratamento são 
qualidades importantes desse processo, o que faz com ele tenha fortes perspectivas 
de crescimento no mercado. No entanto, esse processo exige um valor maior de 
investimento, além de maior experiência e conhecimento técnico por parte do 
profissional, o que faz com que ele não esteja tão difundido quanto o tratamento a 
gás e o líquido (CHIAVERINI, 2015). 
 
 35 
4 APLICAÇÕES DA NITRETAÇÃO A GÁS 
 
Este capítulo cuidou de tratar acerca dos aços comumente utilizados nesse 
tipo de tratamento superficial e os principais modelos de peças fabricadas que 
passam por esse processo. 
 
4.1 AÇOS PARA NITRETAÇÃO 
 
Existem alguns elementos de ligas fundamentais empregados nos aços que 
facilitam a formação de nitretos durante o processo, como: o cromo, o alumínio e o 
molibdênio. Em face disso, eles também são conhecidos como “Nitralloy”, sendo 
copiosamente empregados (QUEIROZ, 2014). A Tabela 3 apresenta alguns dos 
principais elementos de ligas e seus efeitos na formação de nitretos. 
 
Tabela 3 – Efeitos dos elementos de liga em relação à formação de nitretos 
Elemento 
Nitretos que se formam 
(com amônia) 
Efeitos sobre o 
endurecimento superficial 
Manganês Mn3NS5 Quase nulo 
Níquel - Sozinho, nulo 
Cromo Cr2N, CrN Forte 
Alumínio AI3N3 Muito forte 
Molibdênio - 
Medíocre; junto com o 
cromo mais forte (aumenta 
a penetração) 
Tungstênio Nenhum Nulo 
Titânio TiN 
Bastante forte máximo com 
o Cr 
Zircônio ZrN (Zr3N2) Idem 
Vanádio VN 
Medíocre ou fraco; 
entretanto, notável nos aços 
contendo Gr e Al. 
Silício Si2N3 Quase nulo 
Fonte: Adaptado CHIAVERINI (2015, p. 306). 
 36 
O carbono confere ao aço uma maior temperabilidade e ajuda na formação da 
camada nitretada, sua aplicação varia a uma taxa de 0,30 % a 0,45 %. O alumínio e 
o cromo ajudam na difusão de nitrogênio, e variam de 0,85 % a 1,20 % e 0,90 % a 
1,80 %, respectivamente. O molibdênio serve para diminuir melhorar a resistência ao 
revenido. E o níquel aumenta a dureza do núcleo da peça tratado, sua aplicação 
varia de 3,25 % a 3,75 % (CHIAVERINI, 2015). A Tabela 4 apresenta algumas 
propriedades mecânicas dos principais aços Nitralloy. 
 
Tabela 4 – Propriedades mecânicas dos principais aços nitralloy 
Tipo 
Temperatura 
de revenido 
°C 
Limite de 
escoamento 
Limite de 
resistência à 
tração 
A
lo
n
g
a
m
e
n
to
 
%
 
E
s
tr
ic
ç
ã
o
 
%
 
D
u
re
z
a
 
B
ri
n
e
ll
 
 
kgf/m
m2 
MPa 
Kgf/mm
2 
MPa 
 593 96,0 940 108,5 1065 15 52 310 
135 650 84,0 820 96,5 945 20 58 280 
 705 72,0 710 84,5 825 23 62 230 
 537 127,0 1250 144,0 1410 13,2 45,8 415 
135 595 115,5 1135 126,5 1245 15,5 54,3 368 
Modificado 650 98,5 965 111,0 1090 17,5 56,8 320 
 705 87,5 855 101,5 995 20,5 64,5 285 
Fonte: Adaptado CHIAVERINI (2015, p. 308). 
 
O aço mais empregado nos processos de nitretação é o 135 sendo muito 
empregado na indústria automobilística e aeronáutica. As principais peças que 
passam pelo processo de nitretação se destacam: pinos, eixos, rotores, camisas de 
cilindro, engrenagens e virabrequins (PICCILI, 2009). 
Quanto aos outros tipos de aços utilizados eles seguem outra classificação 
definida pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), onde os vários 
tipos de aços até 1% de carbono com elementos comuns, como: silício, enxofre, 
manganês, fósforo, com baixa presença de elementos de liga são classificados por 
quatro algarismos, onde os dois primeiros indicam a presença ou não de elementos 
 37 
de liga e os dois últimos indicam o teor de carbono no aço (SENAI – ES, 1997). A 
Tabela 5 apresenta a classificação dos aços comumente utilizados. 
 
Tabela 5 – Classificação dos aços comumente utilizados 
Designação 
Tipos de aço 
SAE AISI 
10XX C10XX Aços-carbono comuns 
11XX C11XX Aços de usinagem fácil, com alto S 
40XX 40XX Aços-Mo com 0,25%Mo médio 
41XX 41XX 
Aços-Cr-Mo com 0,50% ou 0,95%Cr e 0,12%, 0,20%, 0,25% 
e 0,30%Mo 
43XX 43XX Aços-Ni-Cr-Mo com 1,82%Ni, 0,50% ou 0,80%Cr, 0,25%Mo 
86XX 86XX Aços-Ni-Cr-Mo com 0,55%Ni, 0,50% ou 0,65%Cr, 0,20%Mo 
87XX 87XX Aços-Ni-Cr-Mo com 0,55%Ni, 0,50%, 0,25%Mo 
XXBXX XXBXX Aços-boro com 0,0005% de B mín. 
XXLXX CXXLXX Aços-chumbo com 0,15% a 0,35% de chumbo 
Fonte: Adaptado SENAI - ES (1997, p. 14). 
 
Além dos aços Nitralloy os aços SAE 4140, SAE4340, o SA1015, AISI –SAE 
H11 também são amplamente empregados, alcançando valores elevados resistência 
ao desgaste, fadiga, a corrosão e a abrasão. Os aços inoxidáveis também recebem 
nitretação com objetivo principal de aumentar sua resistência à corrosão, sendo 
empregados em aplicações onde ocorrem vapores supersaturados, superaquecidos 
e em contato com combustíveis (CHIAVERINI, 2015). 
 
4.2 EIXOS E VIRABREQUINS 
 
Os eixos e virabrequins são elementos mecânicos que estão sujeitos a 
grandes esforços, carregamentose atritos durante o seu funcionamento. O que 
aumenta a necessidade desses componentes de terem alta resistência mecânica e 
ao desgaste, a fim de suportar suas condições de trabalho (BUDYNAS, 2011). 
 38 
Geralmente é empregado o aço SAE 8640, que é um aço médio carbono de baixa 
liga. A Figura 23 apresenta um virabrequim nitretado a gás. 
 
Figura 23 – Virabrequim nitretado a gás 
 
Fonte: KUIR (2018). 
 
Esses componentes também podem ser fabricados a partir dos aços SAE 
1020, SAE 1045, SAE 4140, SAE 4320 e SAE 4340. Com a espessura da camada e 
tratamento térmico variando em função das características do componente e 
aplicação (BUDYNAS, 2011). 
 
4.3 ENGRENAGENS 
 
As engrenagens são elementos mecânicos que estão sujeitas a grandes 
carregamentos e atritos durante sua operação, esses componentes podem passar 
pelos mais variados tratamentos térmicos e de superfície, como: têmpera, 
revenimento, cementação e nitretação. As engrenagens cementadas geralmente 
apresentam distorções decorrentes do processo, o que gera perda de resistência 
mecânica (DAVIS, 2005). 
Nesse sentido, a nitretação aparece como uma alternativa viável quando se 
deseja aumentar a vida útil desse componente, sendo empregada nos casos em que 
as engrenagens vão estar sujeitas a cargas moderadas. A nitretação não exige 
espessuras muito grandes nas camadas, como ocorre nos casos da cementação. A 
temperatura do processo também é menor, o que resulta em menor consumo de 
 39 
energia e distorções (LEITÃO, 2010). A Figura 24 apresenta um exemplo de 
engrenagem que passou pelo processo de nitretação. 
 
Figura 24 – Engrenagem M8 Z15 nitretada 
 
Fonte: AZANELLI (2018). 
 
Apesar das qualidades descritas às engrenagens nitretadas apresentam uma 
curva de queda de dureza mais acentuada do que a sua correspondente pela 
camada comentada (LEITÃO, 2010). O gráfico da Figura 25 apresenta as curvas de 
dureza de uma engrenagem cementada e de sua correspondente nitretada. 
 
Figura 25 – Gradiente de dureza de engrenagem de aço nitralloy 135 M nitretada e 
engrenagem de aço SAE 8620 cementada e temperada 
 
Fonte: LEITÃO (2010, p. 47). 
 40 
A nitretação de engrenagens é recomendada quando suas temperaturas de 
operação forem elevadas, em torno de 500 ºC, deste modo, as engrenagens têm 
condições de suportar as condições de trabalho com uma maior vida útil do 
componente (DAVIS, 2005). 
 
4.4 PINOS E CHAVETAS 
 
Os pinos e chavetas são elementos geralmente empregados na fixação de 
elementos rotativos, de transmissão de movimento, força e torque. Essas condições 
de trabalho fazem com que eles recebam grandes esforços e solicitações. O 
tratamento superficial é feito a fim de aumentar a vida útil desses componentes 
(PICCILI, 2009). A Figura 26 apresenta alguns modelos de pinos 8694 de aço prata 
nitretados. 
 
Figura 26 – Pino extrator tipo B 8694 de aço prata nitretado 
 
Fonte: STEEL RET (2018). 
 
Esses componentes podem ser fabricados por aço SAE 1045, AISI 4140, AISI 
H13, entre outros. A natureza do material e espessura da camada depende do tipo 
de solicitação e ambiente de trabalho desses componentes (BUDYNAS, 2011). 
 
4.5 PARAFUSOS 
 
Os parafusos são elementos mecânicos empregados na fixação de 
componentes, sem que haja necessidade de soldagem. Esses elementos 
 41 
geralmente estão sujeitos a torques elevados, podendo ser fabricados em aços 
carbono, aços ligados, com roscas e classes especiais conforme a aplicação 
(BUDYNAS, 2011). A Figura 27 apresenta um parafuso sextavado nitretado. 
 
Figura 27 – Parafuso sextavado ANSI B18.2.1 nitretado 
 
Fonte: PARTEC (2018). 
 
A nitretação é feita na nas roscas e ou nas cabeças dos parafusos, a fim de 
aumentar a resistência ao atrito, abrasão e oxidação, devido aos ambientes nocivos 
que esses componentes podem atuar (BUDYNAS, 2011). 
 
4.6 ANÉIS DE PISTÃO 
 
A Figura 28 ilustra pistão montado com os anéis de vedação. 
 
Figura 28 – Células de potência típicas com os anéis do pistão 
 
Fonte: FORDESCORT (2018). 
 42 
O anel superior (2) é o principal responsável pela vedação do conjunto. O 
segundo anel é também chamado de anel raspador, ele tem a função de retirar o 
excesso de óleo da parede do cilindro. E o terceiro anel (1) também é conhecido 
como anel de óleo, ele tem a função de controlar o volume do filme de óleo na 
parede do cilindro. O pistão (3) é o responsável por transmitir potência para bielas e 
virabrequins. Os anéis dos pistões são componentes mecânicos empregados nas 
células de potência, esses elementos são circulares e auto-expansivos e servem 
para vedar o cárter e a câmara de combustão (PICCILI, 2009). Esses componentes 
estão sujeitos a uma alta solicitação de trabalho, e devem ser resistentes ao atrito, 
temperatura e pressões elevadas (PICCILI, 2009). A Figura 29 apresenta um anel de 
aço nitretado. 
 
Figura 29 – Anel de pistão da primeira canaleta composto de aço nitretado 
 
Fonte: PICCILI (2009, p. 4). 
 
Em face dessas condições de trabalho é realizado o tratamento superficial 
nessas peças, com intuito de melhorar a sua resistência mecânica, a fadiga, ao 
desgaste e a abrasão, prolongando sua vida útil. A aplicação da nitretação é 
vantajosa porque ela diminui o atrito, aumenta a resistência ao desgaste e gera 
menos poluentes do que os revestimentos de molibdênio e cromo eletrolíticos 
comumente utilizados (FERRARESE, 2004). 
 
 
 43 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
O trabalho teve por objetivo realizar uma revisão de literatura aprofundada 
sobre os tratamentos de superfície, a fim de demonstrar os principais conceitos 
relacionados ao tema, dando uma atenção especial ao processo de nitretação, 
apresentando os principais tipos de processos e as aplicações da nitretação a gás. 
Esse estudo permitiu vislumbrar os diferentes tratamentos termoquímicos, 
como: cementação sólida, gasosa, líquida e a plasma, nitretação, cianetação, 
carbonitretação e boretação. Esses processos têm a função de aumentar a 
resistência superficial das peças, como: resistência a fadiga, abrasão, desgaste e 
aumento da dureza, mantendo o núcleo com características boas de ductilidade e 
tenacidade. Cada processo tem características e limitações especificas, sendo 
aplicados nos mais diversos tipos de materiais. Dentre esses processos, a nitretação 
é um dos mais importantes e com maior maturidade no mercado. Através dela é 
possível melhorar a resistência da peça sem o inconveniente das distorções e 
empenos, como ocorre na cementação, por exemplo. Essa qualidade é devida 
essencialmente as temperaturas de processo, que geralmente são menores. Os 
aços que obtém melhor qualidade nesse tipo de tratamento são os aços com baixo 
teor de carbono, os que contêm elementos de liga, como: alumínio, cromo, vanádio, 
tungstênio e molibdênio. A nitretação pode ser gasosa, líquida ou a plasma. 
A nitretação gasosa é bastante eficiente, ela consiste em difundir nitrogênio 
no material a uma faixa de temperatura entre 500° 530ºC, podendo atingir uma 
profundidade de até 0,8 mm. O principal inconveniente desse processo é que ele é 
demorado, durando entre 40 a 90 horas. Sua principal vantagem é que ele é menos 
oneroso, além de possibilitar tratar geometrias diversas e com formatos complexos. 
A nitretação líquida é mais rápida do que a gasosa, durando cerca de 2 a 3 horas, 
com o processo sendo realizado a uma faixa de temperatura de 500° a 580° C, 
possibilitando atingir uma espessura de 0, 005 mm a 0, 015 mm. Sua principal 
desvantagem em relação à nitretação gasosa é que a superfície nitretada não 
apresenta dureza tão elevada, além da questão ambiental, visto que o processo 
gera resíduos tóxicos. A nitretação a plasma é mais recente no mercado, mas 
apresenta inúmeras vantagens, como: menor tempo de tratamento, maior controle 
sobre a composição e espessura das camadas, e baixa temperatura de tratamento. 
Noentanto, o processo exige um maior valor de investimento e mão de obra 
 44 
qualificada e experiente, a fim de garantir a qualidade do processo. Em face disso, a 
nitretação a gás não é tão difundida quanto às outras. Essa diversidade de 
processos possibilita a aplicação da nitretação em inúmeros seguimentos, como 
indústria automotiva, conformação de metais, sistemas hidráulicos, siderurgia, 
fabricação de moldes de extrusão, matrizes, entre outras. 
Os aços que contém elementos de liga que facilitam a formação de nitretos, 
como: o cromo, alumínio e molibdênio são chamados de Nitralloy, e são os principais 
aços empregados nos processos de nitretação. Os aços com baixo teor de carbono 
e os com maior concentração de alumínio também aceitam bem esse tipo processo, 
bem como os aços inoxidáveis. Essa diversidade permite que a nitretação gasosa 
seja empregada na fabricação de diversos modelos de peças, como: eixos e 
virabrequins, engrenagens, pinos e chavetas, parafusos e anéis de pistão. A 
nitretação realizada nesses componentes aumenta a resistência ao desgaste, a 
abrasão, corrosão e promove o aumento da dureza superficial, que são 
características importantíssimas em face das condições de trabalho que esses 
componentes estão sujeitos, deste modo, é possível prolongar a vida útil e garantir 
segurança, eficiência, qualidade e máximo desempenho durante operação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 45 
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