Teoria Atmística

Prévia do material em texto

FACULDADES DA INDÚSTRIA – SISTEMA FIEP
   
 CEMENTAÇÃO
&
NORMALIZAÇÃO
CURITIBA/PR 2020
ARIANE DE ALBUQUERQUE
EMERSON RODRIGUES
HELIO HENRIQUE NOVAK
MARCOS P. SILVA
RAUL BORGATO FRANCISCO
Trabalho Apresentado Curso Superior de Tecnologia em Fabricação Mecânica, da Faculdades Da Indústria – Sistema FIEP, como requisito para a composição da primeira nota da disciplina de CTM – Ciências e Tecnologia dos Materiais. 
Prof.: Cheng Te Chuan 
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO .................................................................................................. 4 
CEMENTAÇÃO ................................................................................................. 5 
 Tipos de Cementação.................................................................................... 6 
 Cementação Sólida........................................................................................ 6 
 Cementação Gás ........................................................................................... 7 
 Cementação Líquida ...................................................................................... 8 
 Características do Processo de Cementação ................................................ 9 
 Alterações Dimensionais ...............................................................................10 
NORMALIZAÇÃO ..............................................................................................11
 Objetivos da Normalização ...........................................................................12 
 Procedimento de Normalização ....................................................................12
 Microestrutura Obtida ....................................................................................13 
CONCLUSÃO ....................................................................................................13 
REFERÊNCIAS .................................................................................................14 
INTRODUÇÃO
 Os tratamentos termoquímicos têm por objetivo alterar as propriedades superficiais do aço. Em geral materiais extremamente duros têm elevada resistência ao desgaste, porém baixa tenacidade/resistência ao impacto. Por outro lado, materiais menos duros, embora mais tenazes, em geral não apresentam boa resistência ao desgaste.
 Em peças como engrenagens, deseja-se um núcleo tenaz e uma superfície resistente ao desgaste. Para essa aplicação, aços com baixo teor de carbono são submetidos ao tratamento termoquímico de cementação, que eleva o teor de carbono na superfície, aumentando sua resistência ao desgaste, ao mesmo tempo que preserva a tenacidade do núcleo, mantido com baixo teor de carbono.
 Meios para realizar o tratamento: são as fontes de C e N. Podem ser sólidos, líquidos e gasosos. Inicialmente a cementação foi desenvolvida em meio sólido, mas esse não é o meio mais eficiente.
 Na atualidade prefere-se meios líquidos e gasosos para a realização de tratamentos termoquímicos, devido à maior velocidade do processo quando realizado com esses fluidos como meios.
 
CEMENTAÇÃO
            A cementação consiste na introdução de maiores quantidades de carbono em superfícies de aço com baixo conteúdo de carbono. Portanto, é indicado para aço leve ou liga de aço quando o carbono original é inferior a 0,25%. A cementação aumenta esse nível até valores em torno de 1%, garantindo superfícies duras e um núcleo mais resistente.
 Quando o ferro ou o aço é rapidamente resfriado por têmpera, o maior teor de carbono na superfície exterior torna-se duro através da transformação da austenita em martensita, enquanto que o núcleo permanece macio e resistente como uma microestrutura ferrítica e/ou perlita. 
 A cementação tem sido usada por um longo tempo. No entanto, este processo evoluiu com os avanços nas técnicas de tratamento de calor que têm melhorado a dureza e durabilidade dos produtos, como molas de arame de aço ao carbono e forjadas com aço ao carbono. A parte do gás-carburado (nitreto de carbono) pode ser dito a consistir de um material compósito, em que a superfície carburada é dura, mas o núcleo inalterado é mais macio e dúctil. 
 
Tipos de Cementação
Cementação Sólida
 
 É o processo mais antigo de cementação, que inicialmente envolvia somente o uso de meios de cementação (cementos) sólidos.
Entretanto, devido à lentidão da cementação sólida e às dificuldades de controle preciso dos resultados obtidos com esse processo, acabou sendo superado por outros processos, como a cementação gasosa e a cementação líquida. Por estes motivos passou a ter aplicação restrita, embora do ponto de vista microestrutural seja uma base para os demais processos.
 O tratamento de cementação é realizado acima da zona crítica, no campo austenítico, no qual a solubilidade do carbono no aço é elevada. Embora a fonte de carbono seja sólida, o carbono é transportado pelo gás que se forma em torno da peça, a qual é envolvida pelo meio de carbonetação. A reação CO2 + C = 2CO é crítica para definir o potencial químico do carbono.
 Os cementos sólidos são tradicionalmente constituídos por uma mistura de carvão vegetal moído, porém não muito fino, e carbonatos, os quais agem como catalisadores, aumentando a proporção de CO em relação à de CO2. Um cemento tradicional é o de Caron, constituído por 40 % de carbonato de bário e 60 % de carvão vegetal.
 A cementação sólida é lenta, requerendo algumas horas de permanência acima da zona crítica (900 a 1000 ºC) e durante este tempo ocorre crescimento de grão austenítico. Por esse motivo, após a cementação sólida em caixa é necessário um tratamento térmico que permita refinar o grão, geralmente a normalização. Após a normalização a camada superficial pode ser endurecida por têmpera.
 
 Como resultado da cementação e da têmpera, a temperatura de têmpera foi suficiente para temperar a região cementada, devido ao seu alto teor de carbono, porém não modifica muito as propriedades do núcleo da peça, que deste modo preserva sua ductilidade. O interior da peça permanece na região Inter crítica com resfriamento lento: perlita e ferrita, a superfície da peça é austenitizada e depois temperada, resultando em martensita.
A Dupla Têmpera é um tratamento térmico alternativo à normalização: uma primeira têmpera é realizada a cerca de 900 ºC, e é seguida por um novo tratamento de têmpera, porém em temperatura mais baixa (da ordem de 770 ºC). Deste modo, o núcleo poderá apresentar uma microestrutura mais refinada, obtendo assim melhor tenacidade. O tratamento é completado por um revenimento a 180 ºC para que as tensões sejam aliviadas. Os revenimentos de peças cementadas são obrigatoriamente realizados em baixas temperaturas para afetar o mínimo possível a dureza da camada cementada. A profundidade (espessura da camada cementada) depende do tempo de tratamento: a espessura da camada cementada aumenta com o tempo de cementação.
Na cementação sólida é inviável o ajuste do potencial químico do carbono, havendo considerável risco de cementação excessiva, inclusive formação de cementita em rede, que causa trincas na têmpera e no acabamento superficial.
Quando os gradientes de teor de carbono são muito altos há risco de lascamento da cama cementada.
Cementação de Gás
 A cementação gasosa é muito empregada na indústria, porém a limpeza superficial da peça a ser cementada é muito importante. Possibilita o controle do potencial de carbono através do uso de gases que contêm CO, CO2, H2, H2O e CH4. Além do controle do potencial de carbono também é necessário o controle do potencial de oxigênio.
 Para assegurar uma distribuição adequada de carbono após a cementação é realizado um tratamento de difusão de carbono no campo austenítico. A microestrutura resultante da cementação depende de dois fatores conjugados: variação de velocidade de resfriamento (têmpera)e variação de composição química (difusão de carbono). Assim, há diferentes microestruturas na superfície da peça cementada dependendo da velocidade de resfriamento após a cementação e do teor de carbono.
 A cementação de gás é o processo mais eficiente porque permite a cementação de peças com maior consistência e melhor eficiência energética.
 Este processo geralmente usa gás propano ou gás natural para a geração de carbono necessário e a temperatura varia de 850°C a 950°C. Após a cementação, o aço é temperado em óleo.
Cementação Líquida
 Neste processo, são utilizados sais fundidos ricos em carbono, principalmente com base nos sais de cianeto e carbonato. A temperatura deve ser de 930°C a 950°C porque os sais tornam-se líquidos a esta temperatura, com a fusão inicial em torno de 650° C.
 Em seguida, as peças são pré-aquecidas para 400ºC são mergulhadas em banho fundido. O papel do pré-aquecimento é eliminar a água e prevenir o choque térmico. A peça deve ser arrefecida em salmoura com 10 a 15% de cloreto de sódio (ClNa) ou com óleo temperado.
Características do Processo de Cementação 
 Geralmente, o processo de cementação é realizado em peças com um baixo teor de carbono, variando entre 0,2% e 0,3%. Para a realização do processo de cementação, a peça é envolvida em um meio rico em carbono, sendo aquecida durante determinado período de tempo, a uma temperatura específica. Essa temperatura faz com que os átomos de carbono sejam transferidos para a superfície da peça, o que melhora suas propriedades.
 Depois, continuando com o processo de cementação, a peça deve ser temperada na temperatura adequada, para que a superfície tenha sua dureza aumentada, enquanto o núcleo mantém a mesma composição e tenacidade, alterando apenas um pouco sua dureza.
 Quando determinada peça passa pelo processo de cementação, sua dureza superficial aumenta consideravelmente. Isso é extremamente benéfico, pelo fato de que a geometria da peça praticamente não será alterada, por mais complexa que ela seja, consequentemente não modificando sua aplicação. Além disso, a peça terá uma resistência ao desgaste muito maior, o que elevará sua vida útil. 
 
 Alterações Dimensionais 
 É virtualmente impossível ter uma peça de trabalho passando por cementação sem ter algumas alterações dimensionais. A quantidade destas mudanças varia com base no tipo de material que é usado, o processo de cementação que o material sofre e do tamanho e forma da peça de trabalho original. No entanto as alterações são pequenas em comparação com as operações de tratamento térmico. 
	Alteração nas propriedades do material
	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
NORMALIZAÇÃO
 
 Normalização é um tratamento térmico aplicado aos aços com o objetivo de obter uma microestrutura homogênea e refinada em substituição a uma microestrutura original grosseira, oriunda de fundição ou de crescimento excessivo de grãos decorrente de processamento térmico/termomecânico em temperatura elevada.
 O refino de grão proporcionado pela normalização resulta de aumento de resistência mecânica e tenacidade, e a homogeneização resultante também contribui nesse sentido.
 Ciclo térmico de normalização: consiste no aquecimento até o campo austenítico (austenitização: acima de Ac3), seguido de resfriamento ao ar. Microestrutura resultante: Ferrita e Perlita.
 Alguns aços, de elevada temperabilidade, como os aços-ferramenta não devem ser normalizados pois temperam ao ar, resultando em microestrutura martensítica.
A taxa de resfriamento da normalização é função da geometria (dimensões e forma) da peça.
 
Objetivos da Normalização 
 O objetivo da normalização é a obtenção de uma microestrutura mais fina e uniforme (homogênea). Além disso, podem contar com aumento da resistência mecânica, melhora na ductilidade, amplificação da resistência ao desgaste, melhores propriedades de corte, resistência à corrosão e ao calor e alteração nas propriedades elétricas e magnéticas do produto. Esse processo é conhecido no meio metalúrgico como "o refinador de grãos". 
 A normalização é possivelmente o único método que existe para melhorarmos TODAS as propriedades do material: dureza, resistência tenacidade, ductilidade.
 Procedimento de Normalização
 A normalização consiste no aquecimento da peça a uma temperatura acima da zona crítica (temperatura A3 ou temperatura Acm) seguido de resfriamento ao ar.
 É necessário que toda a estrutura se austenitize (transforme) antes do resfriamento e para isso deve manter-se a essa temperatura mais alta por um dado tempo. O tempo de manutenção do aquecimento acima da temperatura A3 depende da espessura da peça a ser tratada. É usual adotar 1 hora por polegada de espessura quando não temos outra referência (norma por exemplo).
Microestrutura Obtida
 Os constituintes que se obtém da normalização do aço carbono são ferrita e perlita fina (aços hipoeutetóides) ou cementita e perlita fina (aços hipereutetóides). Dependendo do tipo de aço pode-se, eventualmente, obter bainita.
 O aço normalizado fica um pouco menos dúctil que o aço recozido.
CONCLUSÃO
 
 
       Podemos concluir que todo tipo de tratamento termoquímico serve para melhorarmos a estrutura do material a ser usado, aumentando as suas características físicas e químicas.
 Sendo assim, podemos obter as mais variadas estruturas para diversas aplicações dentro da indústria como um todo, oferecendo uma gama maior de produtos, com custo final variando conforme for a necessidade a ser utilizada.
REFERÊNCIAS
https://www.mecanicaindustrial.com.br/tratamentos-termoquimicos-cementacao/ 
https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=222
https://www.materiais.gelsonluz.com/2017/12/tratamento-termico-de-normalizacao.html
https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=219
http://www.maxitrate.com.br/cms/processo-de-normalizacao-tratamento-termico/
 
 
 2