endurecimento superficial

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Endurecimento superficial 
Marcelo F. Moreira 
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ENDURECIMENTO SUPERFICIAL 
 
Os processos de endurecimento superficial visam o aumento de dureza (ou 
outras propriedades mecânicas) de uma região específica de um componente. 
Normalmente, tal região sofrerá algum tipo de solicitação localizada. A solicitação 
mais comum é o desgaste abrasivo e, assim, torna-se importante um aumento de 
resistência ao desgaste da região por meio de um endurecimento localizado, 
conservando as características originais do núcleo do componente. 
A figura abaixo apresenta um exemplo de uma engrenagem de grande porte 
em que seus dentes foram endurecidos superficialmente, visando-se uma redução de 
desgaste e aumento de vida à fadiga. 
 
 
Engrenagem endurecida superficialmente pelo processo de têmpera por indução. 
 
 
Existem diversos processos de endurecimento superficial. Os mais comuns 
são: 
 
ƒ Encruamento por conformação mecânica a frio (“shot peening” ou 
“roletagem”); 
ƒ Tratamentos de eletrodeposição ou aspersão térmica (aplicação de “cromo 
duro”, revestimentos cerâmicos e etc.) 
ƒ Têmpera superficial e os 
ƒ Tratamentos termoquímicos (cementação, nitretação, carbonitretação etc.) 
 
Nesta aula, abordaremos os processos de têmpera superficial e suas variantes 
e os tratamentos termoquímicos mais importantes industrialmente. 
 
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Têmpera superficial 
 
ƒ A têmpera superficial produz regiões endurecidas na superfície do componente (de 
microestrutura martensítica) de elevada dureza e resistência ao desgaste, sem 
alterar a microestrutura do núcleo. 
 
Vantagens comparativas do endurecimento superficial em relação ao total: 
ƒ Dificuldades técnicas decorrentes do tratamento térmico de peças de 
grandes dimensões; 
ƒ Diminuição do risco de trincas em peças de grandes dimensões; 
ƒ Possibilidade de endurecimento apenas regiões submetidas ao desgaste; 
ƒ Economia - Emprego de aços de baixa temperabilidade (aços ao carbono de 
custo mais baixo) no lugar de aços de alta temperabilidade (custo mais 
elevado); 
ƒ Produtividade – o tratamento de têmpera superficial é mais rápido; 
 
 
Os processos de têmpera superficial são classificados de acordo com o método 
de aquecimento: 
ƒ Têmpera superficial por chama 
ƒ Têmpera superficial por indução 
 
Têmpera por chama 
 
ƒ O aquecimento é realizado por meio de chama oxiacetilênica até a austenitização 
da camada desejada. O resfriamento é realizado com salmoura ou óleo por meio 
de spray ou imersão. 
ƒ Existem 4 métodos para a têmpera superficial: 
ƒ Estacionário: Aquece-se apenas o local a ser endurecido com subsequente 
resfriamento rápido, por meio de aspersão ou imersão. É o método mais 
simples. Emprega apenas um maçarico e um tanque para resfriamento. 
ƒ Giratório: o componente, de seção circular, gira a uma velocidade estabelecida 
empiricamente, enquanto a tocha oxiacetilênica austenitiza a região ser 
endurecida. Para um aquecimento mais rápido e homogêneo são empregadas 
diversas tochas. 
ƒ Progressivo: método direcionado ao tratamento de peças de grande porte. O 
equipamento consiste de uma ou mais tochas de aquecimento e um dispositivo 
de resfriamento por aspersão, montados em um carro que pode Ter sua 
velocidade controlada. As velocidades variam, normalmente, de 5 a 30 cm/min. 
ƒ Progresivo-giratório: O componente gira ao mesmo tempo em que a tocha 
sofre deslocamento. 
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Têmpera por indução 
 
ƒ O aquecimento é realizado por meio de indução eletromagnética. O tempo de 
aquecimento é da ordem de segundos. O resfriamento é realizado com salmoura 
ou óleo por meio de spray ou imersão. 
 
ƒ Se uma corrente alternada passa por um bobina, estabelece-se nesta um campo 
magnético alternado, o qual induz um potencial elétrico na peça a ser aquecida. 
Como a peça é um circuito fechado, a tensão induzida provoca um fluxo de 
corrente. A resistência à passagem desta corrente provoca o aquecimento da 
região a ser temperada. 
 
ƒ A camada a ser temperada depende: 
ƒ da forma da bobina de indução; 
ƒ do número de voltas da bobina; 
ƒ da freqüência do campo magnético; 
ƒ da densidade de potência. 
 
ƒ Camadas temperadas com profundidade entre 0,3 a 1,5 mm (dureza entre 58 e 62 
HRC) oferecem boa resistência ao desgaste em componentes submetidos a 
tensões leves e moderadas. Nestes casos, a profundidade de austenitização pode 
ser controlada empregando-se freqüências entre 10 kHz e 2MHz, densidades de 
potência na bobina entre 800 e 8000W/cm2 e tempos de aquecimento inferiores a 
10 s. 
 
ƒ Em componentes submetidos á tensões elevadas (> 30% σe) especialmente 
aqueles submetidos à tensões cíclicas são recomendadas camadas mais espessas, 
entre 1,5 e 6,5mm. Para estes resultados são empregadas freqüências entre 10 
kHz e 1 kHz, densidades de potência entre 80 e 1550 W/cm2 e tempos de 
aquecimento de até 140s. 
 
Revenimento 
 
ƒ O revenimento sempre deve ser realizado imediatamente após o resfriamento da 
peça. 
 
ƒ Normalmente o revenimento realizado após a operação de têmpera superficial 
emprega temperaturas entre 150 e 300ºC (também chamado de alívio de tensões 
pois não há queda acentuada da dureza). 
 
ƒ Em alguns casos, o revenimento pode empregar aquecimento indutivo ou por 
chama. 
 
ƒ Em componentes com camadas endurecidas espessas (4 a 6mm), o calor residual 
presente no núcleo, depois do resfriamento, pode ser suficiente para aliviar as 
tensões de têmpera, tornando desnecessário o revenimento. Este procedimento é 
conhecido como auto-revenimento. 
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ƒ Têmpera por indução em eixo 
 
 
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ƒ Exemplo de engrenagem temperada com um indutor em V (dente a dente) e 
resfriamento com óleo. Note que parte da camada temperada (topo do dente) é 
parcialmente revenida pelo passe posterior. 
 
 
 
ƒ Engrenagem temperada por indução rompida em serviço por fadiga. A nucleação 
de trincas de fadiga foi provocada pela ausência de camada temperara na base 
dos dentes. Note que a engrenagem era submetida à esforços em ambos os 
sentidos de rotação. 
 
 
 
Referências bibliográficas 
1- Heat Treater´s Guide 2nd editon ASM International 
2- ASM Handbook – vol 4 - Heat Treatment 9th edition 
3- IPT – Relatórios técnicos 
 
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TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS 
 
ƒ Os tratamentos termoquímicos promovem um endurecimento superficial pela 
modificação da composição química e microestrutura em regiões superficiais. 
ƒ Seu objetivo é o aumento de dureza e resistência ao desgaste de uma camada 
superficial, mantendo-se a microestrutura do núcleo dúctil e tenaz. 
ƒ Os tratamentos termoquímicos mais importantes industrialmente são: 
ƒ cementação; 
ƒ nitretação e 
ƒ carbonitretação. 
 
1. CEMENTAÇÃO 
 
ƒ 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. 
ƒ A cementação é realizada somente em aços ao carbono e aços baixa-liga com 
teores de carbono inferiores a 0,25%. 
ƒ A cementação é classificada de acordo com o meio empregado para a difusão de 
carbono: cementação gasosa, cementação líquida e cementação solida. 
 
 
1.1- CEMENTAÇÃO GASOSA 
 
ƒ É o mais importanteprocesso de cementação industrial. 
ƒ A aporte de carbono é fornecido pela atmosfera gasosa do forno, que inclui 
hidrocarbonetos, como o metano propano e butano ou hidrocarbonetos líquidos 
vaporizados. 
ƒ A atividade de carbono é controlada de modo a produzir camadas superficiais com 
teores de carbono entre 0,8 e 1,0% de C. 
ƒ 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. 
ƒ As variáveis mais importantes do processo são a temperatura, o tempo e a 
composição da atmosfera. Outras variáveis incluem o grau de circulação da 
atmosfera no interior do forno e o teor de elementos de liga presentes no aço. 
ƒ O coeficiente de difusão do carbono na austenita determina o tempo necessário 
para a obtenção de uma determinada profundidade de camada: 
tDp . = 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: 


−=
TR
QdDD
.
exp.0 onde D0 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]. 
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ƒ Verifica-se que o coeficiente de difusão depende fortemente da temperatura do 
processo. Por exemplo, o coeficiente de difusão do carbono a 925ºC é 40% maior 
que a 870ºC. 
 
ƒ O efeito combinado do tempo e temperatura na espessura de camada cementada 
é apresentado na figura abaixo: 
 
 
 
 
 
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ƒ Forno de cementação gasosa de operação descontínua (por lotes) 
 
 
 
 
ƒ Forno de cementação gasosa de operação contínua 
 
 
 
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1.2- CEMENTAÇÃO LÍQUIDA 
 
ƒ 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 transferencia de 
calor muito elevados por apresentarem, simultaneamente, condução, convecção e 
radiação. 
ƒ A composição dos banhos é à base de cianetos e o processo dividido em duas 
variantes: 
ƒ Banhos de baixa temperatura – 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. 
ƒ 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. 
 
Composição dos banhos empregados em cementação líquida: 
Composição dos banhos [%] 
 
Constituinte 
Banhos de baixa 
temperatura (entre 
845ºC e 900°C) 
Banhos de alta 
temperatura (entre 
900ºC e 955ºC) 
Cianeto de sódio (NaCN) 10 a 23 6 a 16 
Cloreto de bário (BaCl) - 30 –55 
Outros sais alcalinos terrosos 
(Cloretos de cálcio e estrôncio) 
0 a10 0 a 10 
Cloreto de potássio (KCl) 0 a 25 0 a 20 
Cloreto de sódio (NaCl) 20 a 40 0 a 20 
Carbonato de sódio (NaCO3) 30 máx. 30 máx. 
Aceleradores que não contenham 
metais alcalinos terrosos (dióxido de 
manganês, óxido de boro fluoreto de 
sódio e pirofosfato de sódio) 
0 a 5 0 a 2 
Cianato de sódio 1,0 máx. 0,5 máx. 
Densidade do sal fundido 1,76 g/cm3 a 900ºC 2,0 g/cm3 a 925ºC 
 
Principais características: 
ƒ Processo mais rápido (camadas entre 1 e 2 mm) 
ƒ Tempos totais de ciclo mais curtos 
ƒ Facilidade de manuseio das peças (uso de ganchos, ou cestas) 
ƒ Oferece um controle preciso da camada cementada 
 
Desvantagens do processo 
ƒ Requer sistema de exaustão sobre o banho, uso de EPI e cuidados adicionais para 
evitar contaminação por cianetos. 
ƒ Neutralização dos banhos via processamento químico, após um determinado 
período de operação 
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1.3- CEMENTAÇÃO SÓLIDA 
 
ƒ Na cementação sólida os componentes são colocados no interior de uma caixa 
metálica com tampa, na presença de misturas carbonetantes sólidas. 
ƒ As misturas carburantes ou preparados para cementação são compostos por: 
carvão vegetal e carbonatos como substâncias ativadoras (carbonato de bário, 
carbonato de cálcio, carbonato de potássio e carbonato de sódio). 
ƒ Temperaturas do processo entre 850 e 950ºC 
 
ƒ Mecanismo: 
ƒ Em temperaturas elevadas o C combina-se com o oxigênio presente na caixa 
formando CO2: 
C + O2 → CO2 
ƒ O CO2 reage o carbono conforme a reação de Bourdoard: 
CO2 + C → 2 CO 
ƒ O CO gerado decompõe-se em carbono atômico que difunde-se no metal: 
2 CO → 2 C + O2 
ƒ A formação de CO é favorecida pela presença dos carbonatos. 
 
As considerações favoráveis ao emprego da cementação em caixa envolvem: 
ƒ possibilidade de ser realizada em uma grande variedade de fornos; 
ƒ é mais adequado para peças que são resfriadas lentamente a partir da 
temperatura de cementação e 
ƒ o processo oferece uma série de técnicas de isolamento de componentes 
submetidos à cementação seletiva. 
 
Por outro lado a cementação sólida é menos limpa e menos precisa que os outros 
processos de cementação. Adicionalmente, 
ƒ é um processo mais lento que os processos de cementação líquida e 
gasosa; 
ƒ não é adequada para a realização de têmpera diretamente da temperatura 
de cementação; 
ƒ não é adequada para componentes com camadas finas e/ou com tolerâncias 
estreitas e 
ƒ exige um maior trabalho manual para montagem e desmontagem do 
aparato. 
 
Operação: 
ƒ Os compostos para cementação sólida comuns são reutilisáveis e contêm de 10 a 
20% de carbonatos de metais alcalinos e carvão vegetal moído ou coque. O 
carbonato de bário é o catalisador principal e responde por 70% do teor dos 
carbonatos. 
ƒ As temperaturas de operação estão entre 815ºC e 955ºC. 
ƒ Os componentes devem posicionados no interior da caixa, de maneira 
eqüidistante. A distância recomendada entre as peças e entre elas e as paredes da 
caixa deve ser de, no mínimo, 25 mm e deverá ser preenchida pelo composto de 
cementação 
 
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ƒ A profundidade de camada obtida em função do tempo de cementação a 925ºC 
é apresentada na figura baixo: 
 
 
 
Microestrutura obtida após cementação 
 
 
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TÊMPERA APÓS A CEMENTAÇÃO 
 
a) Resfriamento lento da cementação e têmpera convencional entre 750 e 850ºC 
 
γ
γ + Fe3C
α + Fe3C
γ + α
0,2%C 0,8%C
T T
tempo%C
cementação
Têmpera
revenimento
 
 
ƒ É o procedimento de têmpera após cementação mais empregado. 
ƒ O resfriamento lento (ao ar) após a cementação refina o tamanho de grão da 
microestrutura. 
ƒ A temperatura austenitização para a têmpera fica entre 750 e 850°C e produz uma 
microestrutura de martensita na superfície (0,8%C) e martensita e ferrita no núcleo 
(0,2%C). 
 
b) Resfriamento lento da cementação e têmpera convencional na faixa de 900-950ºC 
 
γ
γ + Fe3C
α + Fe3C
γ + α
0,2%C 0,8%C
T T
tempo%C
cementação Têmpera
revenimento
 
 
ƒ Tem como objetivo principal o aumento de resistência mecânica do núcleo por 
meio da microestrutura de martensita de baixo carbono no núcleo e aumento de 
dureza da camada cementada (martensita de alto carbono). 
ƒ O resfriamento lento (ao ar) após a cementação refina o tamanho de grão da 
microestrutura. 
ƒ Devido ao emprego de temperaturade austenitização para têmpera na faixa de 
900 - 950ºC há grande probabilidade de presença de austenita retida na camada 
cementada. 
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c) Têmpera direta 
 
γ
γ + Fe3C
α + Fe3C
γ + α
0,2%C 0,8%C
T T
tempo
%C
cementação
Têmpera
revenimento
 
 
ƒ O objetivo principal é redução de custos de operação e manuseio. 
ƒ A temperatura de cementação é da ordem de 900ºC. 
ƒ A operação de têmpera é realizada diretamente da temperatura de cementação e 
como não existe resfriamento lento após a cementação o tamanho de grão da 
austenita que sofrei cementação permanecerá o mesmo após a têmpera. 
ƒ Este procedimento é adotado em aços para cementação ligados (ex. SAE 4023, 
4118, 4320, 4620, 4820, 8620, 8615, 8822, 9310). A adição de elementos de liga 
(particularmente Cr e Mo) forma carbonetos que minimizam o crescimento de grão 
da austenita durante a etapa de cementação. 
 
 
REVENIMENTO 
 
ƒ O revenimento após a têmpera de componentes cementados tem como objetivo 
principal aliviar as tensões de têmpera mantendo a dureza e resistência ao 
desgaste. 
ƒ A faixa de temperatura empregada é normalmente de 170 a 300ºC. 
 
 
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2- NITRETAÇÃO 
 
ƒ A nitretação é um tratamento termoquímico que visa o endurecimento superficial 
pela difusão de nitrogênio e conseqüente formação de nitretos. 
ƒ A nitretação é realizada em temperaturas abaixo do campo austenítico e não é 
necessário um tratamento subsequente de têmpera para aumento de dureza. 
 
ƒ As principais características da nitretação são: 
ƒ aumento da dureza superficial; 
ƒ aumento da resistência ao desgaste e resistência ao “galling”; 
ƒ aumento da resistência à fadiga e 
ƒ aumento da resistência à corrosão de aços convencionais (não inoxidáveis). 
Adicionalmente, a nitretação provoca menores distorções e deformações que 
outros tratamentos superficiais, devido ao emprego de temperaturas mais baixas. 
 
ƒ Os melhores resultados são obtidos em componentes fabricados com aços (com 
teores de C entre 0,2 e 1,2%) contendo elementos de liga formadores de nitretos 
(alumínio, cromo, vanádio, tungstênio e molibdênio). Outros elementos como Ni, 
Cu, Si e Mn possuem pequeno ou nulo efeito sobre as características da camada 
nitretada. Aços contendo 0,85 a 1,5% de Al apresentam os melhores resultados de 
resistência ao desgaste. Estes aços são conhecidos como “nitralloys”. 
 
ƒ A nitretação pode ser realizada por três processos: 
ƒ nitretação gasosa; 
ƒ nitretação líquida e 
ƒ nitretação iônica (plasma) 
 
2.1- NITRETAÇÃO A GÁS 
 
ƒ O meio nitretante é gasoso, composto, basicamente, por amônia (NH3). 
ƒ A reação global do processo é dada por: 
2 NH3 → 2 N + 3 H2 
 
ƒ A temperatura de nitretação gasosa para todos os aços está entre 495 e 565ºC. 
ƒ Os aços temperados e revenidos são tratados antes da nitretação, sendo que a 
temperatura mínima de revenimento deve ser 30ºC superior à temperatura de 
nitretação. 
ƒ Antes de serem nitretados, os componentes são submetidos a uma limpeza 
desengraxante com vapor. 
ƒ Os tempos de tratamento variam entre 10 h e 100 h e as profundidades de 
camada típicas estão entre 0,05 mm à 0,5 mm. 
ƒ Existem duas práticas de nitretação gasosa: 
ƒ Estágio único – em que os componentes são tratados em temperaturas 
entre 495ºC e 525ºC e é formada uma camada dura e frágil de nitretos na 
superfície, denominada camada branca. 
ƒ Duplo estágio (processo Floe) – tem como objetivo reduzir a espessura de 
camada branca formada no primeiro estágio. 
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ƒ Gradientes de dureza Knoop 
 
 
 
ƒ Forno de nitretação gasosa 
 
 
 
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ƒ Microestrutura obtida em um aço SAE 4140 temperado e revenido e submetido à 
nitretação gasosa de único estágio (a) e de duplo estágio (b). 
 
 
 
 
 
2.2- NITRETAÇÃO LÍQUIDA OU EM BANHO DE SAL 
 
ƒ As aplicações dos processos de nitretação gasosa e líquida são muito similares. O 
processo gasoso é recomendado para camadas mais espessas e aplicações em 
que a camada branca não é desejada pois oferece a opção de nitretação de duplo 
estágio. 
 
ƒ Como na nitretação gasosa, os aços submetidos à nitretação líquida são aços com 
teores de carbono entre 0,1 e 1,3% de C, podendo apresentar microestruturas 
ferríticas, perlíticas, bainíticas ou martensíticas. Os melhores resultados de 
resistência ao desgaste são obtidos com aços “nitralloys” (contendo Al e Cr). 
 
ƒ O meio nitretante é um banho de sal fundido à base de cianetos, operado em 
temperaturas entre 510 e 580ºC. 
Componente Composição [%] 
Cianeto de sódio (NaCN) 60 a 70 
Cianeto de potássio (KCN) 30 a 40 
Carbonatos, cianatos e aditivos até 10 
 
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ƒ Microestrutura de um componente fabricado em aço baixo carbono após 
nitretação líquida 
 
 
 
ƒ Exemplos de componentes automotivos em que os processos de endurecimento 
superficiais foram substituídos por nitretação líquida (Heat Treater´s Guide ): 
Componente Requisitos Material e processo 
utilizado originalmente 
Problema 
resultante 
Solução adotada 
Arruela de 
pressão 
Suportar 
pressão sem 
sofrer 
deformação ou 
“galling” 
Aço SAE 1010, 
carbonitretado em 
contato com bronze 
Empenamento 
do aço e 
colagem deste 
com o bronze 
Aço SAE 1010 
nitretado por 90 
min a 570ºC 
seguido de 
resfriamento 
rápido em água 
Eixo Resistir ao 
desgaste na 
região de 
rolamento 
Aço 4140 temperado 
por indução nas regiões 
de rolamento 
Custo de 
inspeção 
elevado 
Aço SAE 1040 
nitretado por 90 
min a 570ºC 
Componente 
do cinto 
(macho) 
Resistir ao 
desgaste 
superficial 
Aço SAE 1020 
cementado 
Distorções e 
problemas com 
fragilidade 
SAE 1020 
nitretado por 90 
min seguido de 
resfriamento 
rápido em água 
Eixo came Resistir ao 
desgaste 
superficial 
SAE 1045 temperado 
por indução, polido e 
fosfatizado 
Alto custo do 
processo e 
materiais 
SAE 1010 
nitretado 90 min a 
580ºC 
 
Desvantagens do processo 
ƒ Assim como o processo de cementação em banho de sal, os banhos de nitretação 
apresentam cianetos de sódio e potássio, exigindo cuidados especiais de 
manuseio, operação e descarte destes sais. 
 
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ƒ Gradientes de dureza Knoop 
 
 
 
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2.3- NITRETAÇÃO IÔNICA ("PLASMA NITRIDING") 
 
ƒ Consiste em um processo sob vácuo (pressão entre 1 a 10 torr) no qual a 
introdução de nitrogênio na superfície do metal é obtida pelo plasma gerado pela 
alta tensão entre a carcaça do forno e as peças a serem tratadas. Esta diferença de 
potencial ioniza o gás à base de nitrogênio formando íons N3+, que são acelerados 
em direção a superfície das peças. 
 
Características: 
 
ƒ O processo de nitretação iônica, em comparação ao processo de nitretação 
gasosa, apresenta um controle mais preciso do potencial de nitrogênio na 
superfície do metal. Por meio deste controle é possível selecionar a camada branca 
ε (Fe2-3N) ou γ (Fe4N) ou, ainda, evitar completamente a formação de camada 
branca. 
 
 
ƒ O processo de nitretação iônica vem substituindo a carbonitretação gasosa devido 
ao melhor controle dimensional das peças tratadas e a minimização ou eliminação 
da usinagem final após o tratamento. 
ƒ A microestruturainicial influencia no perfil de dureza após a nitretação. A 
microestrutura de martensita revenida nos aços-liga apresenta os melhores 
resultados. 
 
 
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Informações operacionais: 
ƒ As temperaturas de operação estão entre 375 e 650°C. 
ƒ O gás de processo é uma mistura de N2, H2 e, em alguns casos, pequenas 
quantidades de metano (CH4). O H2 tem o papel de ajustar o potencial de 
nitrogênio (balanço da composição). 
ƒ Após o aquecimento da carga, o gás de processo é admitido com uma vazão 
previamente calculada com base na área total das peças á serem tratadas. 
ƒ A pressão é normalmente regulada entre 1 e 10 torr. 
ƒ O resfriamento é realizado com a recirculação do gás de processo ou N2. 
 
Aplicações: 
ƒ A dureza após a nitretação depende da presença de elementos de liga formadores 
de nitretos. Os aços mais empregados são da série "nitralloys" e possuem em sua 
composição aproximadamente 1%Al e 1-1,5%Cr. 
ƒ Outras aplicações envolvem o uso aços-liga contendo Cr, aços inoxidáveis, aços 
ferramentas, componentes obtidos por metalurgia do pó e ferros fundidos. 
 
 
 
 
Vista geral de componentes 
sendo tratados em um forno de 
nitretação iônica 
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3- CARBONITRETAÇÃO 
 
ƒ Variante de baixo custo do processo de nitretação gasosa em que ocorre a difusão 
simultânea de C e N para a superfície do metal. 
ƒ O gás admitido no forno consiste de misturas com diferentes proporções de 
amônia e gás natural ou metanol. 
ƒ O processo é realizado em aços aquecidos em temperaturas da ordem de 570°C. 
ƒ Os tempos de tratamento variam entre 1 h a 3 h. 
ƒ A profundidade de camada endurecida varia entre 0,07 e 0,2 mm 
 
ƒ As aplicações da carbonitretação são mais limitadas que os processos de 
cementação e/ou nitretação. Normalmente a carbonitretação é aplicada em 
componentes de baixa responsabilidade submetidos a situações de desgaste 
leves. Os exemplos típicos são componentes de eletrodomésticos (como lâminas, 
eixos, engrenagens etc.) 
ƒ Existem diversas variantes do processo de carbonitretação: 
ƒ Nitemper 
ƒ Processo Alnat-N 
ƒ Nitrocarbonetação negra 
ƒ Nitrocarbonetação austenítica 
ƒ Nitrocarbonetação via plasma 
 
ƒ Microestruturas obtidas na carbonitretação 
 
 
 
Referências bibliográficas 
4- Heat Treater´s Guide 2nd editon ASM International 
5- ASM Handbook – vol 4 - Heat Treatment 9th edition 
Endurecimento superficial 
Marcelo F. Moreira 
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Lista de exercícios – tratamentos termoquímicos 
 
1- Para a fabricação de um eixo rotativo de aço SAE 1050 é necessário a aplicação de 
um tratamento superficial. Os eixos foram temperados e revenidos a 450°C para 
atingir-se um limite de escoamento de no mínimo de 1000 MPa. Nesta aplicação, 
além da resistência mecânica, são exigidas elevadas resistências ao desgaste e à 
fadiga. O componente não é submetido ao impacto. A curva de revenimento para 
o aço SAE 1050 é apresentada abaixo: 
a) Qual o tratamento termoquímico mais indicado? 
b) Você faria alguma alteração no aço ou em seu tratamento original? 
 
 
 
2- Um componente de aço SAE 1020 (∅ 50 mm) foi cementado durante 4h a 930°C 
para a obtenção de uma camada cementada de 1,2 mm e com teor de carbono de 
0,8 %. 
a) É possível a realização da operação de têmpera diretamente da temperatura de 
cementação, isto é, sem resfriamento após a cementação? Justifique sua resposta. 
b) Especificar o ciclo térmico de têmpera mais indicado para esta peça (especificar 
o ciclo térmico completo). 
c) E se o aço foi substituído pelo SAE 8620, qual o ciclo de têmpera mais indicado. 
 
3- Por que o potencial de C vigente nos processos de cementação é normalmente 
mantido entre 0,8 e 1,0%. Justifique sua resposta. 
 
4- Apresente alternativas de aços e o tratamentos termoquímicos para um eixo 
comando de válvulas de um motor 16 válvulas? Nesta aplicação, além da 
resistência mecânica, são exigidas elevadas resistências ao desgaste e ao impacto. 
Especificar um ciclo térmico típico deste tratamento. 
 
5- Um determinado lote de peças, fabricadas com o aço SAE 1020 cementado e 
temperado, apresentou dureza (medida após a têmpera) de 50 HRC. A dureza 
normalmente obtida é de 62 HRC. Pergunta-se: 
a)- Apresente duas hipóteses que possam justificar o ocorrido. (1,0 ponto) 
b)- Citar duas ações corretivas para produzir a microestrutura objetivada na 
camada. 
 
Endurecimento superficial 
Marcelo F. Moreira 
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6- Sobre o tratamento termoquímico de nitretação: 
a)- Qual o teor de carbono típico dos aços passíveis de nitretação? 
b)- Qual a vantagem do emprego de aços da classe “nitralloy”? 
 
7- Qual o tratamento termoquímico normalmente indicado para componentes de 
eletrodomésticos? 
a) Quais as razões que justificam a aplicação deste tratamento nestas aplicações? 
b) Especificar um ciclo térmico típico deste tratamento. 
 
8- Um componente com 100 mm (4 pol.) de diâmetro usinado em aço SAE 1020 foi 
cementado durante 4 horas para a obtenção de uma camada com 1,2 mm e 0,8% 
de C. Sua microestrutura após a têmpera e revenimento deve ser constituída por 
martensita revenida na superfície (camada cementada) e uma mistura com, 
aproximadamente, 50% de martensita revenida e 50% de ferrita no núcleo. Com o 
auxílio do diagrama Fe-C abaixo, especificar os ciclos térmicos (temperaturas, 
tempos e meios de resfriamento) de têmpera e revenimento necessários para a 
obtenção da microestrutura especificada.