Cementação e NITRETAÇÃO, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

Baixe Cementação e NITRETAÇÃO e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity!

Alexandre

Augusto

Andersom

John

Cementação e

NITRETAÇÃO

O processo de endurecimento superficial de

cementação é o mais utilizado atualmente, e tem

permanecido praticamente inalterado ao longo do

tempo. Este processo é geralmente utilizado na

produção de pistas e roletes de rolamento,

engrenagens, buchas e juntas homo cinéticas. O método

consiste essencialmente no aquecimento da peça

envolta em um meio rico em carbono, fazendo com que

o carbono difunda para o interior aumentando o teor de

carbono da camada superficial.

CEMENTAÇÃO

A velocidade de difusão do carbono no aço está estreitamente ligada à temperatura. Quanto maior a temperatura menor o tempo que a peça terá que permanecer no forno. Estes dados referem-se ao aço no estado austenítico, e somente neste estado teremos solubilidade do carbono suficiente para chegar aos percentuais utilizados na camada superficial de peças cementadas. O limite inferior de temperatura para o processo está condicionado à austenitização do aço e o limite superior está condicionado ao crescimento do grão. Como quanto maior o tamanho de grão menor é a tenacidade do material, este efeito se torna indesejado. Para peças menos solicitadas de menor responsabilidades podemos utilizar temperaturas mais altas, mas, para peças mais solicitadas devemos utilizar temperaturas mais baixas, a menos que se faça um tratamento térmico posterior para corrigir o problema. A TEMPERA

A difusão do carbono também é influenciada pelo tempo em que a peça fica na temperatura de tratamento. A profundidade atingida no processo é proporcional à raiz quadrada do tempo. Isto quer dizer que à mediada em que desejarmos profundidades maiores, maior será o tempo de tratamento e a cada vez que dobrarmos a espessura de cementação o tempo é multiplicado por 4 aproximadamente. Como podemos ver quanto maior a profundidade que se queira maior será a consumo de energia e a ocupação do equipamento, fazendo com que este processo se torne antieconômico para camadas de profundidade muito grande. Em geral na prática esta espessura está limitada a 2,5 mm o que já dá um tempo de cementação de aproximadamente 25 h a uma temperatura de 925 o C. Tempo

A profundidade de penetração do carbono pode atingir 2mm ou mais. O processo pode utilizar vários tipos de fornos, não exige atmosfera protetora, diminui a tendência ao empenamento das peças por elas estarem sustentadas na mistura carbonizante sólida. Porém, não recomendável para camadas cementadas muito finas, não permite um controle rigoroso do teor de carbono, não indicado para têmpera direta, pois a melhor técnica consiste em tirar as caixas do forno e deixá-las resfriar ao ar.

Este processo permite melhor controle do teor de carbono e da espessura da camada cementada e é mais rápido. Mas as reações são mais complexas exigindo maiores controles. É um processo que se popularizou nas ultimas décadas devido a evolução dos fornos de tratamento e dos métodos de análises químicas. São utilizados gases como fontes de carbono, que podem ser gases naturais ou gases manufaturados, tais como monóxido e carbono e metano. A mistura adequada desses gases irá permitir controlar o potencial de carbono na superfície do aço. Cementação gasosa

As peças são introduzidas no forno, onde se processa o vácuo. Em seguida, a temperatura é elevada entre 925º a 1040ºC, em que a austenita fica rapidamente saturada de carbono. Introduz-se, um fluxo controlado de hidrocarbonetos gasosos (metano, propano, ou outro gás) em quantidade que depende da carga, da área das superfícies a serem cementadas, do teor de carbono desejado e da profundidade de cementação. O gás, ao entrar em contato com a superfície do aço, desprende vapor de carbono, depositando uma camada muito fina de carbono na superfície do material. Esse carbono é absorvido pelo aço, até o limite de saturação. Cementação sob vácuo

O fluxo de gás é interrompido, e as bombas de vácuo, que estão operando durante todo o processo, retiram o excesso de gás. Começa a segunda fase do processo, ou o chamado “ciclo de difusão controlada”, atingindo os desejados teores de carbono e de profundidade da camada cementada. As peças assim cementadas são menos suscetíveis à formação de óxidos, microfissuras, descarbonetação e outros defeitos.

Em princípio qualquer aço pode ser cementado, entretanto, a composição poderá fazer variar a dureza final da camada nitretada, como é o caso de aços que possuem alumínio, cromo, vanádio e molibdênio que apresentam uma dureza final maior. A camada nitretada tem menor espessura do que a cementada, raramente ultrapassando 0,8 mm caso contrário os tempos seriam muito grandes o que torna o método antieconômico. Há dois processos de nitretação:

Neste processo é utilizada amônia que é injetada no forno aquecido geralmente a 510° C. Nesta temperatura a amônia se dissocia de acordo com a seguinte equação:

2NH 3 2N + 3H 2 Esta reação libera nitrogênio atômico

que difunde para o aço,os tempos de tratamento variam entre 12 e 120 horas. Um dos inconvenientes além do tempo e em função da sua própria demora, é o crescimento que o material sofre enquanto submetido ao tratamento. Esse fato deve ser levado em conta na usinagem à que são submetidas as peças antes da nitretação. Na nitretação a gás, a espessura nitretada raramente ultrapassa a 0,8mm e a dureza superficial obtida é da ordem de 1000 a 1100 vickers. Nitretação a gás