TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS - Nitretação; - Carbonitretação; - Cementação. Prof. M.Sc. Antonio...

TRATAMENTOS TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOSTERMOQUÍMICOS

- Nitretação;- Carbonitretação;- Cementação.

Prof. M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota

TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOSTRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS

DefiniçãoSão tratamentos que visam o

endurecimento superficial do aço através da difusão de elementos como:

C (carbono), N (nitrogênio) ou B (boro), formando carbonetos, nitretos ou boretos, respectivamente.

CementaçãoCementação

Endurecimento superficial de engrenagens


A cementação é um tratamento que consiste em aumentar a porcentagem de carbono numa fina camada externa da peça.

A cementação é feita aquecendo-se a peça de aço de baixo teor de carbono, junto com um material rico em carbono (carburante).

Quando a peça atinge alta temperatura (750ºC a 1.000ºC) passa a absorver parte do carbono do carburante.

Quanto mais tempo a peça permanecer aquecida com o carburante, mais espessa se tornará a camada.


Os carburantes podem ser sólidos, (grãos ou pós), líquidos ou gasosos. A qualidade dos carburantes influi na rapidez com que se forma a camada.

Após a cementação tempera-se a peça; as partes externas adquirem elevada dureza enquanto as partes internas permanecem sem alterações.


Fases da cementação 1ª Fase: Aquecimento - Cementação em caixa: As peças são colocadas em caixas juntamente com o carburante, fechadas hermeticamente e aquecidas até a temperatura recomendada.


- Cementação em banho: As peças são mergulhadas no carburante líquido aquecido, através de cestas ou ganchos.


2ª Fase: Manutenção da temperatura – O tempo de duração desta fase varia de acordo com a espessura da camada que se deseja e da qualidade do carburante utilizado. (0,1mm a 0,2mm por

hora). 3ª Fase: Resfriamento – A peça é esfriada lentamente dentro da própria caixa. Após a cementação as peças são temperadas.


Basicamente, o processo consiste em aumentar o teor de carbono de uma fina camada na superfície da peça e posterior tratamento de têmpera e revenido.

Assim, se o aço é de baixo carbono, apenas a camada superficial é endurecida e o interior mantém as características de ductilidade e tenacidade.

Isso proporciona uma combinação das propriedades desejáveis de resistência ao desgaste e estabilidade estrutural.


A difusão é proporcionada pelo carbono fornecido por algum meio, em temperaturas nas quais ela possa ocorrer.

Normalmente na faixa da austenita, de 840 a 1000ºC.

CEMENTAÇÃOCEMENTAÇÃO

CementaçãoProcesso de transformação superficial que se dá

através da concessão de carbono do meio carburizante para a superfície da peça formando Fe3C (cementita), a uma temperatura de 900 a 950 ºC.

Deixa, desse modo, o aço dúctil e tenaz.Exemplos de reação: 2C + O2 2CO2CO + 3Fe Fe3C + CO2


Cementação Líquida Neste processo, as peças são mantidas submersas em um banho

de sal fundido a base de cianeto e cloreto de Na, Ba e K. Cementação Gasosa Neste processo, o responsável pela oferta de carbono é um gás.

Normalmente, um gás endotérmico enriquecido com propano. Cementação Sólida Neste processo, as peças são colocadas em caixas de aço

contendo carvão.

Forno Câmara


Aquecimento em conjunto com uma substância em carbono permitindo a difusão do © para o aço.

Aumentar a dureza e resistência ao desgaste superficial (por fricção ou atrito), enquanto mantém o núcleo (miolo) do material ainda dúctil.


Tratamento térmico da Cementação:

Todos os aços cementados devem ser temperados. Pode-se temperar de três maneiras:

Têmpera simples Consiste em temperar o material normalmente após tê-lo

cementado e resfriado ao ar. Têmpera direta Consiste em resfriar rápido, diretamente da temperatura de

cementação. Têmpera dupla A partir da temperatura de austenitização do núcleo, para refiná-lo,

em seguida na temperatura de austenitização da camada cementada.

Tratamentos Granulaçãoinicial do aço

Camada cementada Núcleo

A Têmpera simples

Fina Estrutura fina Estrutura grosseira

BTêmpera simples

Fina Estrutura ligeiramente grosseira

Estrutura parcialmente refinada

CTêmpera simples

Fina Estrutura ligeiramente groseira

Estrutura refinada

Tempo

Representação de vários tratamentos possíveis de têmpera após a cementação

Tratamentos Granulaçãoinicial do aço

Camada cementada Núcleo

D Têmpera dupla

Grosseira Estrutura refinada Estrutura refinada

ETêmpera dupla

Fina Estrutura não refinada Estrutura não refinada

FTêmpera simples

Fina Estrutura refinada Estrutura grosseira mole,tenaz e usinável

Representação de vários tratamentos possíveis de têmpera após a cementação

Tempo

D

Tratamento termoquímico de endurecimento superficial, baseado na introdução de nitrogênio em sua superfície.

O processo se realiza, expondo a peça em uma atmosfera do forno rica em nitrogênio.

NitretaçãoNitretação

Peça nitretada

Nitretação Nitretação

NitretaçãoTratamento de endurecimento superficial em que se

introduz o nitrogênio na superfície do aço. Aumenta a resistência ao desgaste, resistência à fadiga, resistência à corrosão e a dureza superficial.

A temperatura onde se dá o processo de nitretação é sub-austenítica (500 a 600 ºC), portanto, sem os problemas de tensões, distorções, e sem necessidade de tratamento posterior.

Vantagens e desvantagens da nitretaçãoVantagens e desvantagens da nitretação

Vantagens:- A temperatura de tratamento é inferior à da cementação;- As peças apresentam-se nas dimensões eacabamento finais.Desvantagens:- O tempo de permanência é grande;- A espessura da camada nitretada é muitopequena.

Nitretação Nitretação

São cinco os tipos mais comuns de nitretação:

Nitretação a Gás Consiste em submeter as peças a ação de um meio gasoso rico em nitrogênio,

geralmente amônia. Nitretação em banho de sal (tenifer) Consiste em submeter as peças num banho de sal fundido à base de cianeto de

sódio e potássio. O resfriamento se faz em água até a temperatura ambiente. Carbonitretação É um tratamento que pode ser entendido como a união de cementação e nitretação.

A temperatura é intermediária, cerca de 850 ºC. Carbonitretação Gasosa Atmosfera gasosa composta de gás endotérmico e amônia. A espessura da camada

varia de 0,1 a 0,7 mm. Carbonitretação Líquida (Cianetação) Tratamento em um forno contendo sal fundido, a base de cianeto, a uma

temperatura entre 760 a 870 ºC. A camada varia de 0,1 a 0,3 mm.


Aços para nitretação:

Nitralloy Steels Cr, Mo, Al e NiTambém são utilizados aços com teores de

carbono entre 0,13 e 0,40%, podendo ter adições de alumínio (essencial), cromo, silício, tungstênio e vanádio.

Tratamentos térmicos anteriores: Têmpera e revenido

CarbonitretaçãoCarbonitretação

Tratamento termoquímico, em que se promove o enriquecimento superficial simultâneo com carbono e nitrogênio.


carbonitretação é uma forma modificada de cementação e nitretação que consiste na introdução de amônia na atmosfera gasosa.

O nitrogênio contido na amônia difunde na superfície da peça, simultaneamente, com o carbono, e abaixa a velocidade critica do resfriamento.

A carbonitretação é feita com temperatura mais baixa (pelo menos 55oC ou 100oF) e tempo mais curto (meia hora ou mais) do que a cementação.

carbonitretaçãocarbonitretação

forno usado para carbonitretação de autopeças.

Boretação Boretação

BoretaçãoO boro se difunde na superfície do material tratado,

formando boreto de ferro. Pode-se tratar qualquer tipo de aço. A peças são colocadas em uma caixa de aço contendo

granulado de boro. A temperatura varia de 800 a 1050 ºC. O objetivo da boretação é aumentar a dureza superficial

em torno de 1800 a 2000 HV, melhorar a resistência ao desgaste e corrosão de ácidos.

PRÁTICA DE TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS

Nitretação líquida - TeniferNitretação líquida - Tenifer

Instalações para nitretação em banho de sal tipo “tenifer” (tufftride)

Conjunto formado por um forno destinado ao pré-aquecimento, um forno para nitretação a 570 ºC em cadinho de titânio, tanques de água para resfriamento e lavagem e uma cabine fechada com sistema de exaustão e purificação do ar.

Fornos para tratamentos térmicosFornos para tratamentos térmicos

Fornos de câmara para múltiplas aplicações, tipo “Gruq” ou “Kos”.

Instalações totalmente automáticas, permitindo efetuar operações de têmpera, cementação e carbonitretação sob atmosfera controlada. Aquecimento elétrico ou a gás, temperaturas até 950 ºC.

Umas ou duas câmaras de aquecimento. Forno conjugado com máquina de lavar, forno de revenimento e gerador de gás endotérmico.

Fornos para tratamentos térmicosFornos para tratamentos térmicos

Fornos com Atmosfera Controlada Geradores de Gás Instalação destinada à obtenção de gás endotérmico, exotérmico,

hidrogênio ou amônia dissociada a partir de álcool, hidrocarbonetos ou gás amoníaco.

Aplicações em tratamentos térmicos na formação de atmosfera protetora ou controlada, sintetização, indústrias químicas, petroquímicas, farmacêuticas, alimentícias, etc.

TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS COMPLEMENTAÇÃOTRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS COMPLEMENTAÇÃO

O potencial de carbono de uma atmosfera carbonetante pode ser diminuído, se desejado, no interior da câmara de cementação introduzindo-se pequenas quantidades de ar de modo a aumenta o ponto de orvalho (percentagem de água) e o teor de CO2, de acordo com as seguintes reações:

H2 + ½ O2 H2O

CO + ½ O2 CO2

34

descarbonetante carbonetante


35


36

Forno com atmosfera controladaForno com atmosfera controlada

Aços para cementação e Aços para cementação e nitretaçãonitretação Os aços carbono depois de

cementados, temperados e revenidos adquirem núcleo com boa resistência

Nos aços-liga a soma total de elementos raramente ultrapassa 2%.

Usados em caminhoes, tratores ônibus e indústria aeronáutica.

O processo clássico de nitretação a gás exige a presença do: alumínio, cromo e molibdênio e eventualmente níquel;

facilitam a difusão do nitrogênio;

produzem a camada superficial nitretada da espessura adequada;

Após a nitretação os aços são prontos para serem utilizados, ou seja, não há tratamento térmico posterior como ocorre com a cementação.

Classificação dos fornos industriais para tratamento térmico

combustível Detalhes do aquecimento Formas construtivas processos

Óleo ou gás Para tratamento térmico de aços em banhos de sais, ativados ou neutros, em cadinhos metálicos com aquecimento indireto – temperatura máxima de 950°C. Geralmente, possuem uma câmara de pré-aquecimento acoplado

Geralmente cilíndrico tipo poço

Aquecimento à temperatura de cementação, têmpera, beneficiamento, normalização, etc.

Tratamentos especiaisTratamentos especiais

Têmpera por laser Têmpera por laser

O processo é muito preciso em impor aquecimento seletivo sobre áreas bem específicas.Além disto o processo pode ser feito em alta velocidade, produzindo pouca distorção.

NITRETAÇÃO A PLASMANITRETAÇÃO A PLASMATendência Tendência

Aplicações: Moldes para estampagem de roda, peças internas das

bombas de óleo, moldes para peças de alumínio de motores, brinquedos, compressores e outros.

Faixa de temperaturaFaixa de temperaturaDe 380 a 570ºC.De 380 a 570ºC.

Controle da composição e espessura

Mistura

N2 + H2

N2 + CH4

N2 + H2 + AR

NitretadaNitro-carbonetadaOxi-nitro-carbonetada

BRASIMET TRDBRASIMET TRD

TRD ® Ferramenta com alto desgaste submetida ao processo BRASIMET TRD Brasimet Thermal Reactive Diffusion: tratamento destinado à formação de camada de Carbeto de Vanádio.Camada:espessura: 8 a 15 mm dureza: > 4000 HV

Propriedades:alta resistência à abrasão, alta resistência ao desplacamento e alta resistência à corrosão

Aplicações: ferramentas de conformação a frio e a quente, submetidas a elevado desgaste abrasivo e elementos de máquina, submetidos à abrasão.

Fonte: www.brasimet.com.br

TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS (REVISÃO)(REVISÃO)

Tratamentos Termoquímicos-Tratamentos Termoquímicos-

Objetivo:

Endurecimento superficial dos aços, pela modificação parcial de sua composição química e aplicação simultânea de um tratamento térmico.

Tratamentos TermoquímicosTratamentos Termoquímicos

Tipos:- Cementação;- Nitretação;- Carbonitretação;- Cianetação;- Boretação.


Tratamento termo-químico que consiste em aumentar-se o teor de carbono na superfície do material, mantendo-se um núcleo dúctil, através da difusão do carbono. Normalmente é seguido de têmpera.

Há líquida tipos principais de cementação:- Sólida (em caixa);- Gasosa;- Líquida;

Cementação SólidaCementação Sólida

A substância fornecedora de carbono é sólida (misturas carborizantes).

As peças são colocadas em caixas metálicas envoltas pela mistura carborizante. As caixas são colocadas no forno.

Cementação GasosaCementação Gasosa

A substância carbonácea é uma atmosfera gasosa como o CO ou gases derivados de hidrocarbonetos.

Cementação LíquidaCementação Líquida

O meio carborizante é um sal fundido com composição química variável.


Objetiva o endurecimento superficial de aços por absorção de nitrogênio.

Propicia elevada além de alta dureza superficial, resistência ao desgaste, à fadiga, à corrosão e ao calor.

É normalmente realizada em fornos com atmosfera controlada, rica em Nitrogênio (em geral NH3)

Pode ser à gás ou líquida (banho de sal).

CianetaçãoCianetação

Aquecimento do aço à temperatura acima da crítica em um banho de sal de cianeto fundido. Absorvendo assim, carbono e nitrogênio simultaneamente.

Obtém-se superfície dura e resistência ao desgaste.


O meio carbonitretante é uma atmosfera gasosa de carbono e nitrogênio.

BoretaçãoBoretação

Introdução de Boro por difusão, obtendo-se boreto de ferro, de dureza muito elevada.

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CEMENTAÇÃOCEMENTAÇÃO

CEMENTAÇÃO Forno para cementação sob atmosfera controlada Tratamento termoquímico em que se promove enriquecimento superficial com carbono.

É utilizada para peças que necessitam de alta dureza superficial, alta resistência à fadiga de contato e submetidas a cargas superficiais elevadas.

A cementação pode ser executada em fornos de banho de sais e em fornos com atmosfera controlada.

Forno para cementação sob atmosfera controlada

CARBONITRETAÇÃOCARBONITRETAÇÃO

CARBONITRETAÇÃO Forno usado para carbonitretação de autopeças Tratamento termoquímico em que se promove o enriquecimento superficial simultâneo com carbono e nitrogênio.

Utiliza-se para peças que necessitam de alta dureza superficial, alta resistência à fadiga de contato e submetidas a cargas superficiais moderadas

Forno usado para carbonitretação de autopeças

Tratamentos termoquímicosTratamentos termoquímicos

Os tratamentos termoquímicos são os tratamentos térmicos baseados em processos que, além de envolver calor, existe a adição de elementos químicos na superfície do aço.

São esses: - Nitretação;- Carbonitretação;- Cementação.


A nitretação consiste no enriquecimento superficial em nitrogênio de aços inoxidáveis convencionais por meio de tratamento termoquímico em temperaturas elevadas (geralmente entre 1000 e 1200ºC), sob atmosfera gasosa rica em N2.

É possível obter peças com camadas de elevado teor de nitrogênio com aproximadamente 0,5 a 2 mm de espessura.

Normalmente é precedida de têmpera e revenimento.

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